(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発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。位相シフト構造が格子中央部に設けられていて、出力信号のモードプロフィールを変化させることにより、ピーク強度がキャビティの中央部に生じ、その間に、上記変化されたモードプロフィールから生じた空間的ホールバーニングが改善される。
2005513803.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、電極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、上記半導体レーザ構造が少なくとも面発光の形態で出力信号を発し、
上記レーザ構造の上記活性層に付随した分配回折格子を備え、上記回折格子は、上記電流が上記レーザ構造に注入されたとき周期的に交互に大と小の利得値を有する複数の格子要素を有し、上記格子は、キャビティ内でカウンターランニング・ガイドモードを発生するように寸法化および形状化され、
上記カウンターランニング・ガイドモードの位相をシフトさせる手段を備えて、モードプロフィールを変化させて上記出力信号の近視野強度を増大させ、
上記変化されたモードプロフィールから生じる空間的ホールバーニングを改善する手段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２】
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、上記活性層に設置された利得結合格子であり、
上記変化されたモードプロフィールから生じる空間的ホールバーニングを改善する手段は、高利得値を有する交互格子要素を備え、上記交互格子要素は、より多くの利得が上記格子要素に供給されると、上記高利得格子要素の屈折率が減少する特性を有し、上記屈折率の減少は、縦方向の空間的ホールバーニングを改善させ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、
上記分配回折格子は、上記活性層に隣接する損失結合格子であり、
上記変化されたモードプロフィールから生じる空間的ホールバーニングを改善する手段は、低利得値を有する交互格子要素を備えて、上記活性層におけるキャリア涸渇を補うために印加利得が増大すると、十分な光子励起キャリアが発生する特性を有して、縦方向の空間的ホールバーニングが改善され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、
上記位相シフト手段は、上記格子に形成された変調されたピッチ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５】
請求項４に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記変調ピッチ格子は、上記レーザ構造に渡って光子密度を均等にするように寸法化および形状化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４に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記変調ピッチ格子は、略ガウス分布形状の面発光プロフィールを生じ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４に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記変調ピッチ格子によって、１つ以上の２次モードが、上記レーザ構造の中央部で零に近づく面発光を有す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２または３に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記半導体レーザ構造は、面発光として発された信号に加えて、第２出力信号をエッジ発光の形態で発す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１または２または３に記載の面発光半導体レーザにおいて、
隣接する１対の上記交互光子要素は格子周期を形成し、大きな利得値を有する格子要素は約７５％の上記格子周期の長さ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１０】
請求項１または２または３に記載の面発光半導体レーザの配列において、
上記レーザはＮ個のレーザの凝集配列の形態をしていて、Ｎ２の力率を有するポンプ源を形成して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１１】
請求項２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、上記活性層における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１２】
請求項３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、モードヴォリュームにおける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１３】
請求項２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不活性で、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１４】
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、上記位相シフトの両側に、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１５】
請求項１または２または３に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記構造は、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１６】
請求項１５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１７】
請求項１５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１８】
請求項１７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１９】
請求項１７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２０】
請求項１９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２１】
請求項１５に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記隣接領域は、上記レーザ使用時に上記格子と電気的に分離させるために、十分な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２２】
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２３】
請求項１または２または３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、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ために、寸法化および形状化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２４】
請求項２３に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記横方向閉込電極は、リッジ電極であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２５】
請求項１または２または３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２６】
請求項２５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２７】
請求項２６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２８】
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を備え、
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付随した複数の分配回折格子を形成するするステップと、
上記半導体レーザからの出力信号のモードプロフィールを変化させるために、上記格子に移相器を形成するステップと、
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２９】
請求項２８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３０】
請求項２８に記載の面発光半導体レーザの製造方法において、
上記各半導体レーザ構造の光学的モードを横方向に閉じ込めるために、各格子に付随した少なくとも１つの上記電極を寸法化および形状化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３１】
請求項２８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３２】
請求項２８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面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項３３】
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付随した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は、９１０ｎｍ〜９９０ｎｍの領域または１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの領域の出力信号を生じさせ、上記格子は、上記出力とファイバとの結合を容易にするために出力モードプロフィールを変化させる移相器と、上記縦の空間的ホールバーニングを改善する手段と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３４】
請求項３３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、上記活性層に設置された利得結合格子であり、
上記変化されたモードプロフィールから生じる空間的ホールバーニングを改善する手段は、高利得値を有する交互格子要素を備え、上記交互格子要素は、より多くの利得が上記格子要素に供給されると、上記高利得格子要素の屈折率が減少する特性を有し、上記屈折率の減少は、縦方向の空間的ホールバーニングを改善させ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に面発光半導体レーザにおいて、
上記分配回折格子は、上記活性層に隣接する損失結合格子であり、
上記変化されたモードプロフィールから生じる空間的ホールバーニングを改善する手段は、低利得値を有する交互格子要素を備えて、上記活性層におけるキャリア涸渇を補うために印加利得が増大すると、十分な光子励起キャリアが発生する特性を有して、縦方向の空間的ホールバーニングが改善されることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項３６】
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、出力信号を遠距離通信バンドに発生させ、電流が上記レーザ構造内に注入されたとき、上記出力信号を光学ファイバに容易に結合させるモードプロフィールに与えるように寸法化および形状化された移相器を分配回折格子が有してい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３６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、
上記格子は、変調ピッチ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３８】
請求項３７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、
上記変調ピッチ格子は、上記レーザ構造の全域に渡って、光子密度を均等にすることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項３９】
請求項３７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、
上記変調ピッチ格子は、略ガウス分布形状の面発光プロフィール生じることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項４０】
請求項３７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、
上記変調ピッチ格子によって、１つ以上の２次モードが、上記レーザ構造の中央部で零に近づく面発光を有することを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項４１】
請求項３６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、格子周期を定める交互格子要素から成り、上記要素の１つは比較的高い利得要素であり、その隣接する要素は比較的低い利得要素であり、上記比較的高い要素の長さは、格子周期の長さの約０．７５倍であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項４２】
請求項４１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内の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４３】
請求項３６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、上記構造のモードヴォリューム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４４】
請求項３６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。
【０００４】
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、分布ブラッグ反射（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。
【０００５】
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）の収率は低い。これは最終製造や梱包のステップでの多くの要因による。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。しかし、ＤＦＢレーザの単一モードオペレーションは、ＤＦＢレーザがレーザキャビティの端部で劈開されている場合、格子（グレーティング）の位相の関数である。劈開ステップで導入された位相の不安定性は、弱ＳＭＳＲによって低い単一モード収率となる。こうして作られた多重モードレーザは、ＤＷＤＭシステムでの使用に適していない。
【０００６】
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、多重モード挙動すなわち弱ＳＭＳＲに起因して、ウェハからの収率が低く、非効率性が増大する。
【０００７】
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プロフィール（外形）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形状に近く、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。
【０００８】
モードプロフィールによってファイバ結合が容易となるように、当該技術分野ではレーザを変化させる試みがなされてきたが、余り上手くいっていない。例えば、米国特許第５,９７０,０８１号は、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、上記ＤＦＢレーザ構造は、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位相シフトを導入させて、レーザ発光モードのプロフィールを改善させ、したがって、結合効率を改善させる。しかし、上記位相シフトモードプロフィールは急峻なピークを含み、この急峻なピークは、位相シフト領域における空間的ホールバーニングの増加に関連した他の仕様を劣化させる。さらに、上記教示発明は、付随のリソグラフィのために、実施が困難である。米国特許第４,９８５,３５７号においては、面発光のためにインデックス結合された２次格子のレーザが示され、上記格子は、レーザ中央部での位相シフトの使用、或いは、レーザキャビティ内での多重位相シフトの使用を含んでいる。この構造は、位相シフト領域に強力なフィールドが発生するため、空間的ホ−ル・バーニングに見舞われる。これは、装置の出力を限定し、好ましいものではない。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
色分散の影響は、遠距離通信分野では問題となる。単一パルスの異なるスペクトル成分は、ファイバに沿って僅かに異なる群速度で移動する。このため、パルスの拡大が生じる。パルスの拡大はパルス間の干渉を引き起こし、ビットエラー率の増大となる。パルスの拡大は、隣接する波長チャンネル間の移動を増大させる。また、パルスが移動すればする程、パルスは拡大する。したがって、ビット率は、パルス拡大化との組合せにおいて、光学リンクの全分散によって制限され、通常は、ファイバ長さによって支配される。光学信号源が高いチャープを示すならば、パルスは急速に拡大し、所定のビット率で支持されるリンク長さは減少する。それ故に、光通信では、低いチャープ源が望ましい。
【００１２】
望まれるものは、従来技術の位相シフトデザインに付随する有害な空間的ホールバーニングの問題を生じることなく、有用な量の出力を提供できる面発光レーザ構造である。望まれるものは、また、低チャープを有する構造である。
【００１３】
（発明の概要）
本発明の目的は、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または最小限にできる面発光レーザ構造を提供することである。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、しかも現在の技法よりも高い生産性を有する半導体レーザの形態をしたものである。したがって、本発明の目的は、上に言及した従来技術と比較して、より低コストで信号源を製造することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、信号源は、ブロードバンド遠距離通信へ応用するために、空間的ホールバーニングに因る実際的制限に遭遇することなく、十分な出力と波長安定性と精度とを有することである。したがって、望まれるものは、空間的ホールバーニングの改善手段を含んで、出力の実際的価値がレーザから生じることができる面発光レーザである。
【００１５】
望まれるものは、また、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。
【００１６】
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％の収率で製造された４０個の信号源の配列は、僅か４０％の配列製造収率となる。このように、改善された製造収率は、コスト効率の高い配列製造に対して重要である。
【００１７】
本発明の更に別の局面は、配列の各レーザ源は、同一或いは異なる波長で、最も好ましくは遠隔通信信号バンド内の波長で、作動するように製造されることである。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。
【００１８】
したがって、本発明の第１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、電極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、上記半導体レーザ構造が少なくとも面発光の形態で出力信号を発し、
上記レーザ構造の上記活性層に付随した分配回折格子を備え、上記回折格子は、上記電流が上記レーザ構造に注入されたとき周期的に交互に大と小の利得値を有する複数の格子要素を有し、上記格子は、キャビティ内でカウンターランニング・ガイドモードを発生するように寸法化および形状化され、
上記カウンターランニング・ガイドモードの位相をシフトさせる手段を備えて、モードプロフィールを変化させて上記出力信号の近視野強度を増大させ、
上記変化されたモードプロフィールから生じる空間的ホールバーニングを改善する手段を備えていることを特徴とする面発光半導体レーザを提供する。
【００１９】
本発明の別の局面によると、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を備え、
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付随した複数の分配回折格子を形成するするステップと、
上記半導体レーザからの出力信号のモードプロフィールを変化させるために、上記格子に移相器を形成するステップと、
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を提供する。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。例えば、モードヴォリュームは、その境界部が光学モードエネルギーの８０％を包囲すると解し得る。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。
【００２２】
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。
【００２３】
本発明による回折格子の総括的効果は、単一モード出力信号と呼ばれる２つの縦モードの１つに、レーザ振動を限定することであると定義される。本発明によると、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いる。
【００２４】
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。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。
【００２５】
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。適当な材料成分（例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ）を使用して本発明による装置が設計され得る遠距離通信に重要なもう１つの関連波長範囲は、９１０〜９９０ｎｍの波長範囲である。この範囲は、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。
【００２６】
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、寸法化され、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２７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、結果的に面発光形態での出力信号となる格子である。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。
【００２７】
位相シフトの手段は格子２４内の中央に配置されている。上記手段は、僅かに広い高利得「トゥース（歯状物）」２６を備えている。このトゥース２６は、１／４波長の位相シフトが供給されるように寸法取りおよび形状化されている。本発明は、当該技術分野の熟達者が理解するように、他の形態の位相シフトを含む。必要とされるものは、格子に十分な位相シフトを付与して、近視野強度のプロフィールを変化させ、主要モードを二重ピーク形状から、ピークが略位相シフト上に配置される単一ピーク形状に変化させることである。このようなモードプロフィールは、二重ローブプロフィールよりもより効果的に、ファイバに結合される。結合効率を向上させるために、このようにモードプロフィールが変更される場合、位相シフトの量および位相シフトの方法は、本発明の精神を逸脱することなく、変更し得る。
【００２８】
例えば、全体的に１／４波位相シフトを生じさせる多重位相シフトが採用され、２つのλ／８または２つの３λ／８または他の組合せ等が含まれる。同様に、製造が困難であるが、連続チャープ格子または変調されたピッチ格子が含まれる。本発明による変調ピッチ格子は、図７に記載されている。図７は、端部吸収領域３０１と、リッジ電極３０２と、中央格子部３０３の周りの等長側格子部３０４とを示す。図示の如く、中央格子の周期は、格子部３０４の格子周期と僅かに異なる。この図７では、変調ピッチ格子が図示され、位相シフトは格子を横切って分布される。
【００２９】
光子密度と面発光との両方のキャビティ長さに対するフィールド密度の理論的プロットである。３つのプロット（８ａ，８ｂ，８ｃ）が、それぞれ、３つの基本モード、すなわち、０次モードと―１次モードと＋１次モードとについて提供されている。図８ａから注目すべきことは、主要（すなわちレーザ発光）０次モードに対して、光子密度はレーザ構造またはキャビティを横切って可成り均一な分布を有している。事実、図示されたピーク４０１は２．５以下であり、一方、下部４０２は１より僅かに下である。図８ａから、面発光プロフィール４０４は、４０６の所で形状が略丸くなっていて、ガウス分布していることが分かる。これは、面発光が、遠距離通信に適用するファイバに素直に結合されることを意味している。
【００３０】
また、２つの２次モード８ｂと８ｃは、それぞれ、４１０と４１２が、キャビティの中央部で、零となっている正規化された近視野強度のプロフィールを示す。２次モードはファイバと殆ど結合しないために、空間的ホールバーニングの減少を達成しながら、高い側部押圧を生じる。この形状は、また、低チャープを呈する。要するに、位相シフトを導入するために、多くの異なる形態の構造が使用され得るが、変調ピッチデザインは好ましい形態の１つである。この明細書では、変調ピッチデザインという用語は、キャビティの端部と中央部とで僅かに異なる周期を有する格子を意味している。このような周期の変化は、前述の実施形態のように１つのトゥース（歯状物）で急激に変化するのではなく、格子の横方向に漸次導入されることが最も好ましい。
【００３１】
図１に戻ると、格子２４の上の次の層は、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。
【００３２】
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、（層歪と利得波長とインデックスとに影響する）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、電流阻止層を形成する。電流阻止層の一部は、負荷サイクルに対応して、エッチング除去する。
【００３５】
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。位相シフトされた２次活性結合格子は、レーザ発光可能な３つのモードを有している。それらは、高利得閾値を有する２つの二重ローブモードと、最低利得閾値を有する単一ローブモードである。したがって、主要モードは、位相シフトの位置でピークとなる単一ローブ・プロフィールであり、本発明によるものは、ファイバに好適に結合するために、レーザ構造の中央部に配置されている。
【００３６】
さらに、本発明によると、空間的ホールバーニングを改善する手段が設けられている。ここで、改善は改良を意味し、除去することではない。こうして、本発明は、空間的ホールバーニングが課す有害な制限を減少させることにより、レーザ構造の性能を改善することを含む。当業者が認識する如く、空間的ホールバーニングは除去されるのではなく、改善されて、本発明のレーザが、単一モードオペレーションを劣化させることなく高出力で作動できるのである。上記単一モードオペレーションの劣化は、通常、位相シフトデザインにおいて生じ、許容できない色分散やパルス拡大になる。
【００３７】
本発明による活性層に付随した格子を有する位相シフトＤＢＦレーザは、空間的ホールバーニング改善手段のために、空間的ホールバーニングに対して強靱である。具体的には、本発明は、波形活性層（或いは、例えばモードボリュームでの吸収層における活性層に付随した波形）付きＤＦＢレーザを提供し、（利得を増大させるために）キャリア注入の増大により高利得領域でのキャリアは増大するが、反射率はプラズマ効果のために減少するようにしている。その結果、指数結合係数は減少し、これによって空間的ホールバーニングを改善する。こうして、上記活性層に関連した格子特性によって、空間的ホールバーニングが改善される。このように、本発明は、活性層に付随した位相シフト２次格子を含んで、位相シフトインデックス格子のモードプロフィールの利点を利用し、同時に、上述の空間的ホールバーニングの自己抑制を行う。
【００３８】
負荷サイクルの選択に制限はないが、合理的に可能な限り大きな出力で本発明のレーザを作動させるのが好ましいのなら、約０．７５の負荷サイクルが好ましいと考えられる。しかし、その他の負荷サイクル値が使用されてもよく、例えば、約０．２５〜０．７５或いはそれ以上の負荷サイクル値が使用されてもよい。低負荷サイクルでは、より少ない格子が、利得を生じ、したがって、閾値電流を増大させ、レーザから得られる総合的出力と効率とを減少させる。
【００３９】
この効果を図示するために、図３は、２つの異なる２次１／４位相シフトＤＦＢレーザの特性を示している。１つはインデックス結合格子であり、他の１つは利得結合格子である。公正に比較するために、両レーザは、同一の正規化された２のインデックス結合係数ＫｉＬと、３ｃｍ−１の放射フィールドに対する結合係数ＫＬとを有することを想定している。さらに、利得格子付ＤＦＢレーザの利得係数比Ｋg／Ｋtotalは１０％であると想定している。このように、図３は、視野強度がキャビティの両端で正規化されている場合の比較を図示している。インデックス結合格子の強度ピークが、利得結合格子の強度ピークよりも大きいことが分かる。
【００４０】
図４では、正規化された利得差ΔαＬの表示が、図３と同じ２つのレーザのバイアス電流または注入電流の関数として、プロットされている。これは、サイドモード抑圧比を表わしている。図から明らかなように、インデックス格子付レーザの正規化された利得差は、モード競合のために、バイアスの増加と共に急激に減少する。したがって、インデックス格子付１／４波位相シフト構造においては、空間的ホールバーニングは、高出力レベルでは限定要因であり、多重モードオペレーションの源泉となり、したがって、チャープの源泉となっている。対照的に、本発明の利得格子レーザ構造の正規化された利得差は、バイアス電流（つまり出力）の変化の全域で、殆ど一定のままである。したがって、本発明は、一実施形態において、従来のインデックス結合格子と比較して低いチャープを有する１／４波位相シフト構造を提供する。
【００４１】
半導体レーザでは、多重オペレーションはチャープの源である。利得または損失結合ＤＦＢレーザは、モード選択性のための固有の機構を有する。したがって、サイドモード抑圧比は非常に高く、それ故に、チャープは低い。詳細には、半導体レーザでは、レーザフィールドの不均一性は、励起再結合と空間的ホールバーニングのために、レーザキャビティ内に不均一なキャリア分布を引き起こす。インデックス結合格子では、キャビティ内における屈折率分布の変化によって、縦モードの安定性は劣化する。本発明は、上述の図に示されるように、利得結合格子によって改善された空間的ホールバーニングを包含する。
【００４２】
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、キャリアと光学フィールド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、寸法化され、形状化され得ることが含まれている。
【００４３】
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、上述したように、面発光させるとともに位相シフトを含むような構造の変更を包含している。
【００４４】
図５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１７が電極１１２内に設けられている。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１４０と、低利得（無利得または純損失と言える）要素１３８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１４０と、１つの低利得要素１３８との組合せは、上記格子１２５の周期１４２を形成する。１／４波長位相シフトは、位相シフトトゥース１４１によって与えられる。これは、レーザの近視野モードプロフィールを変化させた第１実施形態の２６に相当する。
【００４５】
図６は、図５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、リッジは光学的なフィールドの横方向の閉込を付与する。
【００４６】
本発明の利得結合格子について検討したように、図５と図６の損失結合格子は、空間的ホールバーニングを改善する手段を含んでいる。損失結合の実施形態では、活性領域でのキャリアの涸渇は、光励起されたキャリアが吸収層内に発生することによって補われる。これは、また、空間的ホールバーニングを減少させるのに効果がある。さらに、強度分布と損失変調とが重複するために、本発明は、（利得結合デザインに等しく適用される）外部帰還に対していっそう強靱なものとなる。当業者は理解するように、この効果は、従来技術のインデックス結合デザインの場合と異なる。
【００４７】
図８は、レーザキャビティに沿った距離に対する光学近視野強度の概略図である。図８は、通常、図１および２と図５および６との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、モード２の（分岐二重ローブ）フィールドが、位相シフトすることによって変化されて、最小値１４４を形成している。このようにして、図８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内に開口が必要なことを示している。図８のプロットは、図８ａのプロットと比較することができ、変調された周期格子は、光子密度分布を均一にすると共に、面発光のピークを丸めることが分かる。
【００４８】
図９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。
【００４９】
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位相シフトの導入が、完全に回避される。
【００５０】
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。
【００５１】
図１０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われる。このようにして、本発明は、様々な条件範囲に渡り、所望の出力波長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。
【００５２】
図１１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。また、各レーザ源は同一の周波数に同調され、位相が合せられて、Ｎ個のレーザの配列はＮ２の力率を有することが理解される。
【００５３】
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、２次ＤＦＢ格子における位相シフトと、空間的ホールバーニングを改善する手段を有することである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】利得メディアに形成された１／４波位相シフト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】本発明の様態を示すためのインデックス結合と利得結合の１／４波位相シフトＤＦＢレーザ間の比較概略プロットである。
【図４】図３の１／４波位相シフトＤＦＢレーザのバイアス電流の関数としての、正規化された利得差分ＤａＬのプロットである。
【図５】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６】図５の実施形態の端面図である。
【図７】本発明によるピッチモジュ−ルデザインの平面図である。
【図８】図８は、本発明の図１の実施形態のための主要モードの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の概略図である。
【図８ａ】図８ａは、図７の実施形態の３つの主要モードに対する光子密度と面発光との正規化されたフィールド分布の概略図である。
【図８ｂ】図８ｂは、図７の実施形態の３つの主要モードに対する光子密度と面発光との正規化されたフィールド分布の概略図である。
【図８ｃ】図８ｃは、図７の実施形態の３つの主要モードに対する光子密度と面発光との正規化されたフィールド分布の概略図である。
【図９】レーザキャビティ端部における吸収領域の形態での終端領域を示す本発明の別の実施形態の平面図である。
【図１０】上記終端領域の１つが検知器である図８の発明の別の実施形態の平面図である。
【図１１】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の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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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