(57)【要約】【課題】熱の発生量が少なくて熱による特性変動、性能劣化及び信頼性の低下が回避できるとともに、波長可変幅が大きい波長可変半導体レーザ及びその製造方法を提供する。【解決手段】光の照射によりチューニング層１２にキャリアが発生し発振波長が変化する主半導体レーザ１０の下方に、チューニング層１２のバンドギャップ波長よりも短波長の光を発生する面発光型副半導体レーザ３０を配置する。主半導体レーザ１０と副半導体レーザ３０との間にレンズを配置してもよい。【選択図】  図１
2004342961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の照射によりチューニング層にキャリアが発生し発振波長が変化する主半導体レーザと、
前記主半導体レーザのチューニング層にチューニング層の長さ方向に交差する方向から光を照射する光源と
を有することを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【請求項２】
前記光源と前記主半導体レーザとの間にレンズが配置され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。
【請求項３】
前記光源が、前記チューニング層のバンドギャップ波長よりも短波長の光を発生す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。
【請求項４】
基板と、
前記基板の第１の領域上に形成されて光の照射によりチューニング層にキャリアが発生し発振波長が変化する主半導体レーザと、
前記基板の第２の領域上に形成された光源と、
前記基板上に形成され、前記光源で発生した光を前記チューニング層にチューニング層の長さ方向に交差する方向から導入する光導波路層と
を有することを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【請求項５】
基板上に、チューニング層形成領域、光励起層形成領域及び光導波路層形成領域が開口されたマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部内側に光学材料を気相成長させて、チューニング層、光励起層及びそれらの間を連絡する光導波路層を同時に形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記チューニング層の上方に活性層を形成する工程と、
前記光励起層、前記光導波路層及び前記活性層を、それらよりも屈折率が低い材料で被覆する工程と
を有することを特徴とする波長可変半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光励起による屈折率変化を利用して発振波長を変化できるようにした波長可変半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザの発振波長を変えるためには、活性層のバンドギャップを変化させたり、共振器内の光路長を変化させることが考えられる。しかし、完成した半導体レーザの活性層のバンドギャップを変化させることは困難であるため、共振器を構成する半導体の屈折率を変化させることにより実効的な光路長を変化させて発振波長を変化させることが研究されている。
【０００３】
半導体の屈折率を変化させる方法はいくつか知られているが、最も大きな屈折率変化を期待できるのは、キャリア励起による非線形光学効果を利用した方法である。ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，  ＶＯＬ．  ３５，  ＮＯ．  ５，  ＭＡＹ  ５（非特許文献１）には、この効果を利用した波長可変半導体レーザとしてチューナブル・ツイン・ガイドレーザが提案されている。
【０００４】
しかし、上述のチューナブル・ツイン・ガイドレーザでは、複雑な電流注入構造の最適化が困難であり、現状では予想される特性が得られていない。また、この構造では順方向電流を注入して非線形光学効果を引き起こすため、波長可変幅を大きくするためには比較的大きな制御電流が必要である。この制御電流に伴って発生する熱量が大きく、しかも熱源が活性層の比較的近傍にあるため、熱による特性変動、性能の劣化及び信頼性の低下などが避けられないという問題点がある。また、熱を放散するために大型のヒートシンクも必要である。
【０００５】
このような問題点を解消すべく、光励起による屈折率変化を利用したチューナブル・ツイン・ガイドレーザが提案されている（特開平９−１４８６６５号公報（特許文献１））。このレーザでは、主半導体レーザの共振器の端部に発光ダイオードを配置し、発光ダイオードで発生した光を主半導体レーザの光ガイド層に入射して光ガイド層でキャリアを発生し、屈折率を変化させている。これにより、前述した問題点を解消しつつ、発振波長を変化させることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１４８６６５号公報
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，  ＶＯＬ．  ３５，  ＮＯ．  ５，  ＭＡＹ  ５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の光励起による屈折率変化を利用したチューナブル・ツイン・ガイドレーザでは波長可変幅が小さいという欠点がある。このため、熱の発生量が少なくて熱による特性変動、性能劣化及び信頼性の低下が回避できるとともに、波長可変幅がより一層大きい半導体レーザが要求されている。
【０００８】
以上から、本発明の目的は、熱の発生量が少なくて熱による特性変動、性能劣化及び信頼性の低下が回避できるとともに、波長可変幅が大きい波長可変半導体レーザ及びその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、光の照射によりチューニング層にキャリアが発生し発振波長が変化する主半導体レーザと、前記主半導体レーザのチューニング層にチューニング層の長さ方向に交差する方向から光を照射する光源とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザにより解決する。
【００１０】
上記した課題は、基板と、前記基板の第１の領域上に形成されて光の照射によりチューニング層にキャリアが発生し発振波長が変化する主半導体レーザと、前記基板の第２の領域上に形成された光源と、前記基板上に形成され、前記光源で発生した光を前記チューニング層にチューニング層の長さ方向に交差する方向から導入する光導波路層とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザにより解決する。
【００１１】
上記した課題は、基板上に、チューニング層形成領域、光励起層形成領域及び光導波路層形成領域が開口されたマスクを形成する工程と、前記マスクの開口部内側に光学材料を気相成長させて、チューニング層、光励起層及びそれらの間を連絡する光導波路層を同時に形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記チューニング層の上方に活性層を形成する工程と、前記光励起層、前記光導波路層及び前記活性層を、それらよりも屈折率が低い材料で被覆する工程とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザの製造方法により解決する。
【００１２】
光励起により大きな屈折率変化を得るためには、チューニング層の長さ方向の広い範囲に亘って一様にキャリアを発生させることが有効である。このため、本発明においては、チューニング層の長さ方向に交差する方向から光を照射する。これにより、チューニング層の長さ方向の広い範囲に亘ってキャリアが発生し、屈折率が変化する。従って、波長を大きく変化させることが可能になる。
【００１３】
なお、光源から放出された光をチューニング層に効率よく入射させるために、主半導体レーザと光源との間にレンズを配置することが好ましい。
【００１４】
また、主半導体レーザと光源とを同一の基板上に形成することも可能である。この場合、主半導体レーザと光源とを個別に製造する場合に比べて製造工程が簡単になるとともに、波長可変半導体レーザの小型化が可能になり、且つ主半導体レーザと光源との光軸を合わせる工程が不要になるという利点がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の波長可変半導体レーザ（チューナブル・ツイン・ガイドレーザ）の構成を示す断面図、図２は同じくその上面図である。なお、図１は図２のＩ−Ｉ線の位置における断面を示している。
【００１７】
本実施の形態の波長可変半導体レーザは、主半導体レーザ１０と、この主半導体レーザ１０の下方に配置されて主半導体レーザ１０を下側から照射する面発光型副半導体レーザ３０とにより構成されている。
【００１８】
主半導体レーザ１０は、ｎ型ＩｎＰ基板１１を用いて形成されている。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１１の共振器形成領域、及びその共振器形成領域に接続する負極側電極形成領域の上には、多重量子井戸構造を有するチューニング層１２が形成されている。このチューニング層１２は、例えばバンドギャップ波長が１．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰ層と、バンドギャップ波長が１．１０μｍのＩｎＧａＡｓＰ層とを２０周期多重化して構成されている。
【００１９】
チューニング層１２の上にはｎ型ＩｎＰ層１３が形成されている。負極側電極形成領域のｎ型ＩｎＰ層１３上には負極側電極２４ａが形成されている。一方、共振器形成領域のｎ型ＩｎＰ層１３の上には、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層１４と、多重量子井戸構造を有する活性層１５と、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層１６と、１周期が２４０ｎｍで深さが３５ｎｍの回折格子１７と、ｐ型ＩｎＰ層１８とが下からこの順に積層されてなるメサ形積層体が形成されている。このメサ形積層体は図１の紙面に垂直な方向を長さ方向とするストライプ状であり、例えばメサ幅が１μｍ、ストライプ長が８００μｍである。
【００２０】
ＩｎＧａＡｓＰ層１４，１６はいずれもバンドギャップ波長が１．２０μｍである。また、活性層１５は、例えば発振波長が１．５５μｍとなるように設計した７周期のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ層により構成されている。
【００２１】
このメサ形積層体の幅方向の両側にはｐ型ＩｎＰ層１９及びｎ型ＩｎＰ層２０が下からこの順に積層されて配置されている。
【００２２】
メサ形積層体及びｎ型ＩｎＰ層２０の上にはｐ型ＩｎＰ層２１が形成されている。また、ｐ型ＩｎＰ層２１の上にはバンドギャップ波長が１．０８μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２２が形成されており、その上にはバンドギャップ波長が１．３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２３が形成されている。これらのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２２、ｐ型ＩｎＰ層２１、ｎ型ＩｎＰ層２０、ｐ型ＩｎＰ層１９、ｎ型ＩｎＰ層１３及びチューニング層１２により構成される構造体は、図１に示すようにメサ形に形成されている。そして、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２３の上に正極側電極２４ｂが形成されている。
【００２３】
一方、副半導体レーザは３０、ｎ型ＩｎＰ基板３１を用いて形成されている。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板３１の一方の面上（図１では下側）にはｎ型ＩｎＰ層とｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層した多層構造を有するＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ）ミラー３２が形成されている。このＤＢＲミラー３２の下には活性層３３が図１の紙面に垂直な方向を長さ方向とするストライプ状に形成されている。活性層３３は、バンドギャップ波長が１．１０μｍのＩｎＧａＡｓＰ層とバンドギャップ波長が１．２０μｍのＩｎＧａＡｓＰ層とを１０周期多重化して形成されている。
【００２４】
活性層３３の下にはｎ型ＩｎＰ層とｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層した多層構造を有するＤＢＲミラー３４が形成されている。これらの活性層３３及びＤＢＲミラー３４の幅方向の両側にはＦｅをドープしたＩｎＰ層（Ｆｅ−ＩｎＰ層）３５が配置されている。
【００２５】
そして、ｎ型ＩｎＰ基板３１の上には光が通過する開口部が設けられた負極側電極３６ａが形成されており、ＤＢＲミラー３４及びＦｅ−ＩｎＰ層３５の下には正極側電極３６ｂが形成されている。
【００２６】
このように構成された本実施の形態の波長可変半導体レーザにおいて、主半導体レーザ１０の電極２４ａ，２４ｂ間に電圧を印加すると、活性層１５で発生した光が図１の紙面に対し垂直な方向に出力される。このとき、副半導体レーザ３０の電極３６ａ，３６ｂ間に電圧を印加して発光させると、主半導体レーザ１０のチューニング層１２に光が照射され、光の強度に応じた量のキャリアが発生してチューニング層１２の屈折率が変化する。これにより、主半導体レーザ１０の回折格子の光学的な周期が変化するため、発振波長が変化する。
【００２７】
この場合に、本実施の形態においては、主半導体レーザ１０の下方から面発光レーザ３０により主半導体レーザ１０のチューニング層１２の広い範囲に光を照射するので、チューニング層１２に多くのキャリアを発生させることができる。これにより、主半導体レーザ１０の発振波長を大きく変化させることができる。
【００２８】
また、本実施の形態の波長可変半導体レーザは、光の照射によりキャリアを発生させるので、熱の発生量が少なく、熱による特性の変動、性能劣化及び信頼性の低下が回避できる。
【００２９】
以下、本実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法について、図３〜図４に示す断面図を参照して説明する。
【００３０】
最初に、主半導体レーザ１０の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１１を用意する。そして、このｎ型ＩｎＰ基板１１の上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて多重量子井戸構造のチューニング層１２を形成する。このチューニング層１２は、例えばバンドギャップ波長が１．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰ層と、バンドギャップ波長が１．１０μｍのＩｎＧａＡｓＰ層とを２０周期多重化して構成する。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、チューニング層１２の上にｎ型ＩｎＰ層１３を形成する。そして、このｎ型ＩｎＰ層１３の上に、バンドギャップ波長が１．２０μｍのアンドープＩｎＧａＡｓＰ層１４と、多重量子井戸構造の活性層１５と、バンドギャップ波長が１．２０μｍのアンドープＩｎＧａＡｓＰ層１６とを順次形成する。活性層１５の多重量子井戸構造は、例えば発振波長が１．５５μｍとなるように設計した７周期のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ層により構成する。
【００３２】
その後、ＩｎＧａＡｓＰ層１６上に、１周期が２４０ｎｍ、深さが３５ｎｍの回折格子１７を形成する。そして、回折格子１７の上にｐ型ＩｎＰ層１８を形成する。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、ｐ型ＩｎＰ層１８、ＩｎＧａＡｓＰ層１６、活性層１５及びＩｎＧａＡｓＰ層１４の積層体をメサ形に加工する。
【００３４】
次に、図４（ａ）に示すように、ｐ型ＩｎＰ層１８、ＩｎＧａＡｓＰ層１６、活性層１５及びＩｎＧａＡｓＰ層１４により構成されるメサ形積層体の幅方向の両側に、ｎ型ＩｎＰ層１９及びｐ型ＩｎＰ層２０を形成する。その後、全面にｐ型ＩｎＰ層２１を形成する。そして、ｐ型ＩｎＰ層２１の上にバンドギャップ波長が１．０８μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２２と、バンドギャップ波長が１．３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２３とを順次形成する。
【００３５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により共振器形成領域のＩｎＧａＡｓＰ層２２，２３、ｐ型ＩｎＰ層２１、ｎ型ＩｎＰ層２０、ｐ型ＩｎＰ層１９、ｎ型ＩｎＰ層１３及びチューニング層１２をエッチングしてメサ形の共振器を形成するとともに、負極側電極形成領域のｎ型ＩｎＰ層１３を露出させる。そして、図１に示すように、ｎ型ＩｎＰ層１３の上に金属膜からなる負極側電極２４ａを形成し、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２３の上に金属膜からなる正極側電極２４ｂを形成する。このようにして、主半導体レーザ１０が完成する。
【００３６】
以下、副半導体レーザ３０の製造方法について、図５を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３１を用意する。そして、このｎ型ＩｎＰ基板３１の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層とＩｎＰ層との多層構造からなるＤＢＲミラー３２を形成する。
【００３７】
次に、図５（ｂ）に示すように、バンドギャップ波長が１．１０μｍのＩｎＧａＡｓＰ層とバンドギャップ波長が１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ層とを１０周期多重化して、主半導体レーザ１０のチューニング層１２に比べて短波長で発光する多重量子井戸構造の活性層３３を形成する。その後、活性層３３の上に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層とｐ型ＩｎＰ層との多層構造からなるＤＢＲミラー３４を形成する。そして、フォトリソグラフィ法により、ＤＢＲミラー３４及び活性層３３をメサ形に加工する。その後、メサ形のＤＢＲミラー３４及び活性層３３の両側にＦｅがドーピングされたＩｎＰ層３５を形成する。
【００３８】
次いで、図１に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３１の下に金属膜からなるリング状の電極３６ａを形成し、ＤＢＲミラー３４及びＦｅ−Ｉｎｐ層３５の上には金属膜からなるリング状の電極３６ｂを形成する。これにより副半導体レーザ３０が完成する。
【００３９】
このようにして、主半導体レーザ１０及び副半導体レーザ３０を形成した後、副半導体レーザ３０を主半導体レーザ１０の下方に配置して固定する。これにより、本実施の形態の波長可変半導体レーザが完成する。
【００４０】
なお、上記実施の形態では、副半導体レーザ３０から出力された光を主半導体レーザ１０のチューニング層１２に照射してキャリアを発生させる場合について説明したが、副半導体レーザ３０に替えて例えばチューニング層１２のバンドキャップ波長よりも短波長で発光する発光ダイオード又はその他の光源を使用してもよい。
【００４１】
（変形例１）
図６は第１の実施の形態の変形例１を示す断面図である。
【００４２】
第１の実施の形態において、副半導体レーザ３０から出射される光の照射域の幅は通常５μｍ以上となり、主半導体レーザ１０のメサ幅１μｍより大きい。チューニング層１２のキャリアを効率的に励起するためには、レンズ等を用いて副半導体レーザ３０から放出される光を主半導体レーザ１０の共振器の幅と同程度に集光することが有効である。
【００４３】
すなわち、図６に示すように、副半導体レーザ３０と主半導体レーザ１０との間にシリンドリカルレンズ４１を配置すると、主半導体レーザ１０の共振器を構成するチューニング層１２に副半導体レーザ３０から出射される光を効率よく照射することができる。これにより、第１の実施の形態に比して主半導体レーザ１０の波長可変幅をより一層大きくすることが可能になる。
【００４４】
（変形例２）
図７は第１の実施の形態の変形例２を示す断面図である。
【００４５】
第１の実施の形態においては副半導体レーザ３０を主半導体レーザ１０の下方に配置したが、図７に示すように主半導体レーザ１０の側方に配置してもよい。この場合も、副半導体レーザ３０から出射された光により主半導体レーザ１０の共振器を構成するチューニング層１２を広い範囲に亘って均一に照射することができる。この変形例２においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（変形例３）
図８は第１の実施の形態の変形例３を示す断面図である。
【００４７】
この変形例３においては、副半導体レーザ３０を主半導体レーザ１０の側方に配置し、更に主半導体レーザ１０と副半導体レーザ３０との間にシリンドリカルレンズ４１を配置している。この変形例３においても、変形例１と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図９は本発明の第２の実施の形態の波長可変半導体レーザ（チューナブル・ツイン・ガイドレーザ）の構成を示す断面図である。
【００４９】
本実施の形態の波長可変半導体レーザは、主半導体レーザ５０と副半導体レーザ７０とが同一のｎ型ＩｎＰ基板５１上に形成されている。
【００５０】
すなわち、主半導体レーザ形成領域では、ｎ型ＩｎＰ基板５１の上にバンドギャップ波長が１．３μｍのチューニング層５２ｃが形成されている。このチューニング層５２ｃの上にはｎ型ＩｎＰ層５３、多重量子井戸構造を有する活性層５４及びｐ型ＩｎＰ層５５が下からこの順に積層して形成されている。これらのｎ型ＩｎＰ層５３、活性層５４及びｐ型ＩｎＰ層５５の積層体は図９の紙面に垂直な方向を長さ方向とするメサ形に形成されている。このメサ形積層体の幅は、例えば１μｍである。
【００５１】
このメサ形積層体の幅方向の両側にはｐ型ＩｎＰ層５６及びｎ型ＩｎＰ層５７が下からこの順に積層して形成されている。ｐ型ＩｎＰ層５５及びｎ型ＩｎＰ層５７の上にはｐ型ＩｎＰ層５８が形成されており、このｐ型ＩｎＰ層５８の上にはｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９が形成されている。これらのｐ型ＩｎＰ層５８及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９はメサ形に加工されている。また、ＩｎＧａＡｓＰ層５９の上には、主半導体レーザ５０の正極側電極７１ｃが形成されている。
【００５２】
一方、副半導体レーザ形成領域では、ｎ型ＩｎＰ基板５１の上に、バンドギャップ波長が１．２μｍの光励起層５２ａが形成されている。この光励起層５２ａの上にはｐ型ＩｎＰ層５８が形成されており、ｐ型ＩｎＰ層５８の上にはｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９が形成されている。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９の上には、副半導体レーザ７０の正極側電極７１ｂが形成されている。なお、副半導体レーザ７０は、主半導体レーザ５０のチューニング層５２ｃの長手方向（図９の紙面に垂直な方向）に沿って複数個が配置されている。
【００５３】
そして、主半導体レーザ形成領域と副半導体レーザ形成領域との間のｎ型ＩｎＰ基板５１の上には、バンドギャップ波長が１．１５μｍの光導波路層５２ｂが形成されている。この光導波路層５２ｂの上面及び側面は、ｐ型ＩｎＰ層５８に覆われている。また、ｎ型ＩｎＰ基板５１の下側には、主半導体レーザ５０及び副半導体レーザ７０に共通の負極側電極７１ａが形成されている。
【００５４】
なお、光を共振器及び光導波路層５２ｂに閉じ込めるために、ｐ型ＩｎＰ層５６、ｎ型ＩｎＰ層５７及びｐ型ＩｎＰ層５８の屈折率は、活性層５４、光励起層５２ａ及び光導波路層５２ｂの屈折率よりも低いことが必要である。
【００５５】
このように構成された本実施の形態の波長可変半導体レーザにおいて、電極７１ａ，７１ｃ間に電圧を印加すると、活性層５４で発生した光が図９の紙面に対し垂直な方向に出力される。このとき，電極７１ｂ，７１ｃ間に電圧を印加すると、光励起層５２ａで光が発生する。この光は光導波路層５２ｂを通って主半導体レーザ７１ｃのチューニング層５２に導入される。これにより、光の強度に応じた量のキャリアがチューニング層５３に発生して屈折率が変化する。これにより、主半導体レーザ５０の発振波長が変化する。
【００５６】
この場合に、本実施の形態においては、主半導体レーザ５０の側方から副半導体レーザ７０によりチューニング層５２ｃを広い範囲に亘って照射するので、発振波長を大きく変化させることができる。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、主半導体レーザ５０と副半導体レーザ７０との光軸を合わせる組み立て作業が不要になるという効果を奏する。
【００５７】
以下、本実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法について、図１０の平面図及び図１１〜図１５の断面図を参照して説明する。なお、図１０中の矢印は、主半導体レーザ５０の光の出射方向を示している。
【００５８】
まず、ｎ型半導体基板５１の上にＳｉＯ２  膜を形成する。そして、図１０に示すように、フォトリソグラフィ法によりＳｉＯ２  膜をパターニングして、光励起層形成領域、光導波路層形成領域及びチューニング層形成領域が露出する開口部を有するＳｉＯ２  マスク６１を形成する。
【００５９】
次に、図１１（ａ）に示すように、有機金属気相成長法を用いて、マスク６１の開口部から露出したｎ型ＩｎＰ基板５１の上にＩｎＧａＡｓＰを成長させて、ＩｎＧａＡｓＰからなる光励起層５２ａ、光導波路層５２ｂ及びチューニング層５２ｃを形成する。このとき、チューニング層５２ｃのバンドギャップ波長が１．３μｍになるように有機金属気相成長時の条件を設定すると、Ｉｎ原子とＧａ原子との拡散長の違いにより、ＳｉＯ２  マスク６１に覆われていない部分では開口幅に応じた組成分布が生じる。その結果、光励起層５２ａのバンドギャップ波長は約１．２μｍとなり、光導波路層５２ｂのバンドギャップ波長は約１．１５μｍとなる。
【００６０】
次に、ＳｉＯ２  マスク６１をウェットエッチングにより除去した後、図１１（ｂ）に示すように、チューニング層形成領域以外の領域を被覆するＳｉＯ２  マスク６２を形成する。
【００６１】
次に、図１２（ａ）に示すように、チューニング層５２ｃの上にｎ型ＩｎＰ層５３、多重量子井戸構造を有する活性層５４及びｐ型ＩｎＰ層５５を順次成長する。活性層５４の多重量子井戸構造は、発振波長が１．５５μｍとなるように設計した７周期のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ層により構成する。
【００６２】
次に、図１２（ｂ）に示すように、ｐ型ＩｎＰ層５５の上にＳｉＯ２  マスク６３を形成する。そして、ｐ型ＩｎＰ層５５、活性層５４及びｎ型ＩｎＰ層５３の積層体をメサ形にエッチング加工する。
【００６３】
次に、図１３（ａ）に示すように、ｐ型ＩｎＰ層５５、活性層５４及びｎ型ＩｎＰ層５３により構成されるメサ形積層体の幅方向の両側に、ｐ型ＩｎＰ層５６及びｎ型ＩｎＰ層５７を下からこの順に形成する。その後、図１３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２  マスク６２，６３をウェットエッチングにより除去する。
【００６４】
次に、図１４（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板５１の上側全面にｐ型ＩｎＰ層５８を形成し、その表面を平坦化にする。その後、ｐ型ＩｎＰ層５８の上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９を形成する。このｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９は、例えば厚さが約０．１μｍ、バンドギャップ波長が１．３μｍ、ｐ型不純物濃度が８×１０１８ｃｍ−３とする。
【００６５】
次に、図１４（ｂ）に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９の上に、所定のパターンでＳｉＯ２  マスク６４を形成する。そして、図１５に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９及びｐ型ＩｎＰ層５８をエッチングし、主半導体レーザ５０及び副半導体レーザ７０の外形をメサ形に加工する。
【００６６】
次いで、マスク６４を除去した後、図９に示すように、ｎ型半導体基板５１の下面に電極７１ａを形成し、副半導体レーザ７０のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９の上に電極７１ｂを形成し、主半導体レーザ５０のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５９の上に電極７１ｃを形成する。これにより、本実施の形態の波長可変半導体レーザが完成する。
【００６７】
上述した本実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法では、ＳｉＯ２  マスク６１の開口幅の差を利用してバンドギャップ波長が異なる光励起層５２ａ、光導波路層５２ｂ及びチューニング層５２ｃを同時に形成するので、製造工程数が少なく、波長可変半導体レーザを比較的容易に製造することができる。
【００６８】
また、本実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法においては、主半導体レーザ５０と副半導体レーザ７０とを同一基板上に形成するので、主半導体レーザ５０と副半導体レーザ７０との光軸を合わせる組立工程が不要であるという利点がある。
【００６９】
（付記１）光の照射によりチューニング層にキャリアが発生し発振波長が変化する主半導体レーザと、前記主半導体レーザのチューニング層にチューニング層の長さ方向に交差する方向から光を照射する光源とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【００７０】
（付記２）前記光源と前記主半導体レーザとの間にレンズが配置されていることを特徴とする付記１に記載の波長可変半導体レーザ。
【００７１】
（付記３）前記光源が面発光型レーザであることを特徴とする付記１に記載の波長可変半導体レーザ。
【００７２】
（付記４）前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする付記１に記載の波長可変半導体レーザ。
【００７３】
（付記５）前記光源が、前記チューニング層のバンドギャップ波長よりも短波長の光を発生することを特徴とする付記１に記載の波長可変半導体レーザ。
【００７４】
（付記６）基板と、前記基板の第１の領域上に形成されて光の照射によりチューニング層にキャリアが発生し発振波長が変化する主半導体レーザと、前記基板の第２の領域上に形成された光源と、前記基板上に形成され、前記光源で発生した光を前記チューニング層にチューニング層の長さ方向に交差する方向から導入する光導波路層とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【００７５】
（付記７）基板上に、チューニング層形成領域、光励起層形成領域及び光導波路層形成領域が開口されたマスクを形成する工程と、前記マスクの開口部内側に光学材料を気相成長させて、チューニング層、光励起層及びそれらの間を連絡する光導波路層を同時に形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記チューニング層の上方に活性層を形成する工程と、前記光励起層、前記光導波路層及び前記活性層を、それらよりも屈折率が低い材料で被覆する工程とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザの製造方法。
【００７６】
（付記８）前記チューニング層の長さ方向に沿って前記光励起層及び前記光導波路層を複数形成することを特徴とする付記７に記載の波長可変半導体レーザの製造方法。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長可変半導体レーザによれば、主半導体レーザのチューニング層にチューニング層の長さ方向に交差する方向から光を照射するので、チューニング層の長さ方向の広い範囲に亘ってキャリアが発生し、屈折率が変化する。これにより、主半導体レーザの発振波長を大きく変化させることが可能になる。また、光によりキャリアを発生するので、熱の発生量が少なく、熱による特性の変動、性能劣化及び信頼性の低下を回避できる。
【００７８】
本発明の波長可変半導体レーザの製造方法によれば、マスクの開口幅の差を利用してバンドギャップ波長が異なる光励起層、光導波路層及びチューニング層を同時に形成するので製造工程数が少なく、比較的容易に製造することができる。また、本発明によれば、主半導体レーザと光源とを同一基板上に形成するので、主半導体レーザと光源との光軸を合わせる組立工程が不要であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の波長可変半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態の波長可変半導体レーザの上面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態の波長可変半導体レーザの主半導体レーザの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の波長可変半導体レーザの主半導体レーザの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図５】図５は、第１の実施の形態の波長可変半導体レーザの副半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図６】図６は第１の実施の形態の変形例１を示す断面図である。
【図７】図７は第１の実施の形態の変形例２を示す断面図である。
【図８】図８は第１の実施の形態の変形例３を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の第２の実施の形態の波長可変半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第２の実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法を示す図（その１）である。
【図１１】図１１は、第２の実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法を示す図（その２）である。
【図１２】図１２は、第２の実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法を示す図（その３）である。
【図１３】図１３は、第２の実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法を示す図（その４）である。
【図１４】図１４は、第２の実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法を示す図（その５）である。
【図１５】図１５は、第２の実施の形態の波長可変半導体レーザの製造方法を示す図（その６）である。
【符号の説明】
１０，５０…主半導体レーザ、
１１，３１，５１…ｎ型ＩｎＰ基板、
１２，５２ｃ…チューニング層、
１３，２０，５３，５７…ｎ型ＩｎＰ層、
１４，１６…アンドープＩｎＧａＡｓＰ層、
１５，３３，５４…活性層、
１７…回折格子、
１８，１９，２１，５５，５６，５８…ｐ型ＩｎＰ層、
２２，２３，５９…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層、
３０，７０…副半導体レーザ、
３２，３４…ＤＢＲミラー、
３５…Ｆｅ−ＩｎＰ層、
４１…レンズ、
５２ａ…光励起層、
５２ｂ…導波路層、
６１，６２，６３，６４…マスク。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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