(57)【要約】【課題】Ａｌを含む化合物半導体による発光層を有する、簡易な作製方法で実現可能な半導体レーザ並びにそれを用いた光モジュール及び機能集積型レーザを提供すること。【解決手段】ｐ型のＩｎＰ半導体基板２０１の上に形成した、ＩｎＧａＡｌＡｓを含む多重量子井戸構造で構成された発光層２０５と、該発光層の近傍に配置した半導体層２０９に放出された光を分布反射するための、光の進行方向に沿う周期的回折格子２１１とを少なくとも有し、周期的回折格子２１１は、レーザの発振波長において光学利得を有するＩｎＧａＡｓＰ材料を含む多重量子井戸構造２０９で構成され、かつ屈折率及び光学利得が周期的に摂動を受ける利得回折格子である。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型のＩｎＰ半導体基板と、第１の導電型のバッファ層と、発光層と、該発光層の近傍に配置した半導体層に放出された光を分布反射するための、光の進行方向に沿う周期的回折格子と、第２の導電型のクラッド層とを少なくとも有し、
上記バッファ層、上記発光層、上記周期的回折格子及び上記クラッド層は、上記半導体基板の上にこの順に形成されており、
前記発光層は、ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｌＡｓのいずれかを少なくとも含む半導体層を含み、
前記周期的回折格子は、レーザの発振波長において光学利得を有するＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ材料のいずれかを少なくとも含み、かつ屈折率及び光学利得が周期的に摂動を受ける利得回折格子であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
上記発光層は、ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｌＡｓのいずれかを少なくとも含む量子井戸構造で構成され、
上記利得回折格子は、ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓのいずれかを少なくとも含む量子井戸構造で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
上記発光層は、ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｌＡｓのいずれかを少なくとも含む多重量子井戸構造で構成され、
上記利得回折格子は、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓのいずれかを少なくとも含むバルク構造で構成されていることを特徴とした請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
多重量子井戸構造で構成された上記発光層の最終層と多重量子井戸構造で構成された利得回折格子の最初の層との間に組成が徐々に変化する組成傾斜層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
多重量子井戸構造で構成された上記発光層の最終層とバルク構造で構成された上記利得回折格子との間に組成が徐々に変化する組成傾斜層が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
第１の導電型がｐ型であり、第２の導電型がｎ型であることを特徴とした、請求項１〜請求項５のいずれか一に記載の光送信装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一に記載の半導体レーザと光機能素子とがモノリシック集積されていることを特徴とする機能集積型レーザ。
【請求項８】
請求項１〜請求項６に記載のいずれか一に記載の半導体レーザと、該半導体レーザが出射するレーザ光を集光するための光学レンズとを少なくとも有し、該半導体レーザから出射されるレーザ光が光アイソレータを介さずに該光学レンズを経て、光を外部に導く光ファイバに入射されることを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項７に記載の機能集積型レーザと、該機能集積型レーザが出射するレーザ光を集光するための光学レンズとを少なくとも有し、該機能集積型レーザから出射されるレーザ光が光アイソレータを介さずに該光学レンズを経て、光を外部に導く光ファイバに入射されることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信装置に係り、特に光通信用モジュール、光通信システム、光ネットワークに適用して好適な、単一波長で発振する分布帰還型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、幹線系のみならず加入者系の通信網の光化が急速に進んでいる。単一縦モード動作が実現可能な分布帰還（以下「ＤＦＢ」という）型半導体レーザは、高速変調時にも動作が安定しており、基本送信デバイスとして盛んに実用化が進められている。
【０００３】
安定な単一縦モード動作を再現良く実現するための素子として、位相シフト型の回折格子を用いた位相シフト型ＤＦＢレーザと利得回折格子を用いた利得結合型ＤＦＢレーザがある。位相シフト型ＤＦＢレーザでは、四分の一波長（λ／４）の位相シフトをレーザ共振器内部に導入したλ／４位相シフトＤＦＢ半導体レーザ（例えば非特許文献１参照）が主流の構造となっているが、λ／４位相シフト型回折格子を高い歩留まりで大量生産する基本技術は未だ確立されていない。そのため、λ／４位相シフトＤＦＢ半導体レーザは広く実用化されるには至っていないのが現状である。
【０００４】
また、利得結合型ＤＦＢレーザとして、ＩｎＧａＡｓＰ材料で構成される多重量子井戸構造に直接回折格子を切り刻んだ利得回折格子構造のものが一部実用化されている（例えば非特許文献２参照）。この構造は、比較的容易な手法でＤＦＢレーザを歩留まり良く作製することができる特徴がある。
【０００５】
一方、最近に至り、通信用半導体レーザの諸特性を向上させる方法として、従来用いられてきたＩｎＧａＡｓＰに代わり、ＩｎＧａＡｌＡｓを用いることが知られるようになった。ＩｎＧａＡｌＡｓは材料固有の深い伝導体バンド構造を有するため、電子の閉じ込めが強く、量子サイズ効果がＩｎＧａＡｓＰに比べ増大する。
【０００６】
【非特許文献１】
光ファイバ通信会議及び展示会２００２（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔ，  ２００２）第１７−２２号第４１７頁〜第４１８頁（Ｔａｋｉｇｕｃｈｉ，  Ｔ  他“１．３μｍ  ｕｎｃｏｏｌｅｄ  ＩｎＧａＩｎＡｓ−ＭＱＷ  ＤＦＢ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  λ／４−ｓｈｉｆｔｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ”）（２００２年３月）
【非特許文献２】
第１４回ＩＥＥＥ国際半導体レーザ会議（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  １９９４，  １４ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）第１９−２３号第５１頁〜第５２頁（Ｌｕ，  Ｈ．他“Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ｇａｉｎ−ｃｏｕｐｌｅｄ  １．３μｍ  ｓｔｒａｉｎｅｄ−ｌａｙｅｒ  ＭＱＷ  ＤＦＢ  ｌａｓｅｒｓ”）（１９９４年９月）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＩｎＧａＡｌＡｓ材料の前述の特性から、これを発光層に用いれば、高温まで高性能特性を保つ半導体レーザが実現される。しかしながら、ＩｎＧａＡｌＡｓ材料を利得結合ＤＦＢレーザに適用することは作製プロセスの観点から困難である。それは、化学的に不安定で酸化しやすいＡｌを含むＩｎＧａＡｌＡｓ層を剥き出した状態での再成長が困難だからである。このような事情は、やはりＡｌを含むＩｎＡｌＡｓ材料でも同様である。
【０００８】
本発明の目的は、Ａｌを含む化合物半導体による発光層を有する、簡易な作製方法で実現可能な半導体レーザ並びにそれを用いた光モジュール及び機能集積型レーザを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、レーザの発光層となる活性層をＩｎＧａＡｌＡｓ材料活性層とその上に積層したＩｎＧａＡｓＰ材料活性層による二層構造とし、前記ＩｎＧａＡｓＰ活性層に利得回折格子を形成する構造を考案した。これにより、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層の高温度特性を有したまま、利得結合型分布帰還型レーザを実現することが可能となる。その結果、高温度特性の半導体レーザを高歩留まりで作製することが可能となる。
【００１０】
なお、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層の高利得特性と利得回折格子の組み合わせにより、レーザの戻り光耐性が大きく向上する。このため、従来、分布帰還型レーザをモジュール化する際に必ず必要であった光アイソレータが不要になるため、光モジュールの小型化と一層の経済化を同時に実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光送信装置を図面に示した幾つかの発明の実施の形態を参照して更に詳細に説明する。
＜発明の実施の形態１＞
図１は、本発明を用いて波長１．３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザを作製した例である。ｎ型半導体基板１０１の上にＩｎＧａＡｌＡｓ活性層１０５が形成されており、更にその上にＩｎＧａＡｓＰ活性層１０９が積層される。ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０９に回折格子１１１が形成され、表面が表面保護層１３１によって保護される。リッジ構造の上にｐ型電極１３２が、基板１０１の裏面にｎ型電極１３３が設けられている。基板１０１に垂直な前端面に低反射膜１５１が、後端面に高反射膜１５２が形成され、前端面から主たるレーザ光が出射し、後端面からモニタ用レーザ光が出射する。
【００１２】
このような構造の本実施形態の半導体レーザの作製方法を次に説明する。図２に示すように、導電型がｎ型で（１００）結晶面を有するＩｎＰ半導体基板１０１上に有機金属気相成長法により、０．５μｍ厚のｎ型ＩｎＰバッファ層１０２、０．０５μｍ厚のｎ型ＩｎＡｌＡｓバッファ層１０３、０．０５μｍ厚のｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ下側グレーデッド型ガイド層１０４、アンドープの７周期のＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸活性層［５ｎｍ厚の１．２％圧縮歪ＩｎＧａＡｌＡｓ（組成波長１．３７μｍ）井戸層、８ｎｍ厚のＩｎＧａＡｌＡｓ（組成波長１．００μｍ）障壁層］１０５、０．０１μｍ厚のアンドープＩｎＡｌＡｓ電子漏れ防止層１０６、０．０２μｍ厚のアンドープＩｎＧａＡｌＡｓＰ組成傾斜層１０７、０．０３μｍ厚のアンドープのＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．０５μｍ）中間ガイド層１０８、アンドープの３周期のＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸活性層［５ｎｍ厚の１．０％圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．３７μｍ）井戸層、８ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．００μｍ）障壁層］１０９、０．０１μｍ厚のｐ型第一ＩｎＰクラッド層１１０を順次成長する。多重量子井戸活性層１０５，１０９の発光波長は、共に約１．３１μｍである。また、組成傾斜層１０７においては、電子漏れ防止層１０６と中間ガイド層１０８の間で組成が徐々に変化している。
【００１３】
活性層近傍のバンド構造を図５に示す。図示のように、電子漏れ防止層１０６及び組成傾斜層１０７の導入により、ＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸層（ＭＱＷ）１０５への電子供給・閉じ込めを保ちつつ、ＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸活性層（ＭＱＷ）１０９を導入することが可能となる。また、正孔に対する障壁は、少なく均一なキャリア注入を可能にする。
【００１４】
次に、通常の干渉露光法によるフォトリソグラフィーとドライエッチングにより、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層１０９及びｐ型第一ＩｎＰクラッド層１１０の一部を図３に示すように周期的にエッチング除去し、回折格子１１１を基板全面に形成する。回折格子１１１の周期は２０１ｎｍである。回折格子の深さは約５０ｎｍとし、回折格子がＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層１０９を貫通しＩｎＧａＡｓＰ中間ガイド層１０８に達するようにする。
【００１５】
形成された回折格子１１１は、発光層である多重量子井戸活性層１０５の近傍層である多重量子井戸活性層１０９に放出された光を分布反射するための、光の進行方向に沿う周期的回折格子であり、かつこの周期的回折格子はレーザの発振波長において光学利得を有するＩｎＧａＡｓＰ材料を含み、更に屈折率及び光学利得が周期的に摂動を受ける利得回折格子である。
【００１６】
続いて、周知のウェットエッチングにより、図４に示すように、ドライエッチングで自動形成されたエッチング表面のダメージ層の数ｎｍを除去した後、０．０５μｍ厚のｐ型第二ＩｎＰクラッド層１１２、４ｎｍ厚のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．３μｍ）エッチング停止層１１３、１．７μｍ厚のｐ型第三ＩｎＰクラッド層１１４、０．０３μｍ厚のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．３μｍ）障壁緩和層１１５、０．２μｍ厚の高濃度ｐ型ＩｎＧａＡｓ電極接触層１１６を順次再成長する。このとき、ＩｎＧａＡｌＡｓ層はウェハ表面に露出していないため、Ａｌ層の酸化の問題がなく、良好な再成長界面を得ることができる。
【００１７】
以上の工程により、ＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸層１０５の上部にＩｎＧａＡｓＰ系の利得回折格子１１１が形成された利得結合分布帰還型レーザの基本構造が作製された。本レーザの規格化光結合係数は約４．０である。
【００１８】
続いて、本ウェハは、周知のリッジ導波路型レーザに加工され、図１に示したレーザダイオードチップが完成する。共振器長は２００μｍであり、前端面、後端面にはそれぞれ反射率１％の低反射膜１５１、反射率７０％の高反射膜１５２を通常の手法により形成した。
【００１９】
作製した１．３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザ素子は、室温、連続条件において閾値電流６ｍＡ、発振効率０．３０Ｗ／Ａであった。また、簡易な作製を反映して、８５℃の高温においても閾値電流１５ｍＡ、発振効率０．２２Ｗ／Ａと良好な発振特性を得た。
【００２０】
発振閾値以下に順バイアスを印加した場合の、スペクトル形状は、利得結合型の回折格子を反映してストップバンドの長波長側に発振主モードが現われる典型的なものが得られた。この結果、−４０℃〜８５℃の広い温度範囲において副モード抑圧比４０ｄＢ以上の安定な単一モード動作を９５％以上の高い作製歩留まりで実現した。
【００２１】
このように、本発明により、従来のＩｎＧａＡｌＡｓ系量子井戸構造の高温高性能特性と利得回折格子構造の分布帰還型レーザの高歩留まりを両立することが可能となる。本構造は１．３μｍ帯のみならず１．５５μｍ帯や他の波長帯の分布帰還型半導体レーザにも適用可能である。また、単体のレーザのみならず、後述するが、機能集積型の集積光素子にも本構造を適用することができる。
【００２２】
なお、本実施形態では、活性層１０５をＩｎＧａＡｌＡｓ系材料で構成した量子井戸構造としたが、これをＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｌＡｓのいずれかを少なくとも含む半導体層としても良く、また、利得回折格子が形成される活性層１０９をＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成した量子井戸構造としたが、これをレーザの発振波長において光学利得を有するＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ材料のいずれかを少なくとも含む半導体層とすることが可能であり、或いはＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓのいずれかを少なくとも含むバルク構造とすることが可能である。
＜発明の実施の形態２＞
図６は、本発明を用いて別構造を有する波長１．３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザを作製した例である。ｐ型の基板を用いる点及び埋め込みヘテロ構造を採用している点が実施形態１との主だった相違点である。ｐ型基板を用いることにより実施形態１の素子に比べ、正孔の活性層への注入効率が改善される。
【００２３】
本構造の半導体レーザにおいては、ｐ型半導体基板２０１の上にＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２０５が形成されており、更にその上にＩｎＧａＡｓＰ活性層２０９が積層される。ＩｎＧａＡｓＰ活性層２０９に回折格子２１１が形成され、表面が表面保護層２３１によって保護される。活性層２０５，２０９をｐ型埋め込み層２４１、高抵抗埋め込み層２４２、ｎ型埋め込み層２４３及び溝２４４によって囲むことにより、埋め込みヘテロ構造が構成される。構造の上部にｎ型電極１３２が、基板１０１の裏面にｐ型電極１３３が設けられている。基板１０１に垂直な前端面に低反射膜２５１が、後端面に高反射膜２５２が形成され、前端面から主たるレーザ光が出射し、後端面からモニタ用レーザ光が出射する。
【００２４】
このような構造の本実施形態の半導体レーザの作製方法を次に説明する。図７に示すように、導電型がｐ型で（１００）結晶面を有するＩｎＰ半導体基板２０１上に有機金属気相成長法により１．５μｍ厚のｐ型ＩｎＰバッファ層２０２、０．１μｍ厚のｐ型ＩｎＡｌＡｓバッファ層２０３、０．１μｍ厚のアンドープＩｎＧａＡｌＡｓ下側ガイド層２０４、アンドープの７周期のＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸活性層［５ｎｍ厚の１．２％圧縮歪ＩｎＧａＡｌＡｓ（組成波長１．３７μｍ）井戸層、８ｎｍ厚のＩｎＧａＡｌＡｓ（組成波長１．００μｍ）障壁層］２０５、０．１μｍ厚のアンドープＩｎＧａＡｌＡｓ中間ガイド層２０６、アンドープＩｎＧａＡｌＡｓＰ組成傾斜層２０７、０．０５μｍ厚のアンドープのＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．０５μｍ）中間ガイド層２０８、アンドープの３周期のＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸活性層［５ｎｍ厚の１．０％圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．３７μｍ）井戸層、８ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．００μｍ）障壁層］２０９、０．０１μｍ厚のｎ型第一ＩｎＰクラッド層２１０を順次成長する。多重量子井戸活性層２０５，２０９の発光波長は、共に約１．３１μｍである。
【００２５】
図１０は活性層近傍のバンド構造図である。本実施形態の場合はｐ型基板を使用しているため、電子供給と電子のｐ型層への漏洩が未然に防止することができるバンド構造となっていることが特徴である。更に、組成傾斜層２０７の導入により、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層（ＭＱＷ）２０９からＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸活性層（ＭＱＷ）２０５への電子に対する障壁が低減されている。
【００２６】
次に、通常の干渉露光法によるフォトリソグラフィーとドライエッチングによりＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層２０９及びｎ型第一ＩｎＰクラッド層２１０の一部を図８に示すように周期的にエッチング除去し、回折格子２１１を基板全面に形成する。回折格子２１１の周期は２０１ｎｍである。回折格子２１１の深さは約５０ｎｍとし、回折格子がＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層２０９を貫通しＩｎＧａＡｓＰ中間ガイド層２０８に達するようにする。
【００２７】
続いて、公知のウェットエッチングにより、ドライエッチングで自動形成されたエッチング表面のダメージ層数ｎｍを除去した後、０．４μｍ厚のアンドープ第二ＩｎＰクラッド層２１２、０．１μｍ厚のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．３μｍ）キャップ層２１３を順次再成長する（図９）。
【００２８】
以上の工程により、ＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸層２０５の上部にＩｎＧａＡｓＰ系の利得回折格子２１１が形成された利得結合分布帰還型レーザの基本構造が作製された。本レーザの規格化光結合係数は約４．０である。
【００２９】
続いて、本ウェハは公知の埋め込みヘテロ型レーザに加工され、図６に示したレーザダイオードチップが完成する。共振器長は２００μｍであり、前端面、後端面にはそれぞれ反射率１％の低反射膜２５１、７０％の高反射膜２５２を公知の手法により形成した。
【００３０】
作製した１．３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザ素子は室温、連続条件において閾値電流３ｍＡ、発振効率０．３５Ｗ／Ａであった。また、簡易な作製を反映して、８５℃の高温においても、閾値電流９ｍＡ、発振効率０．２５Ｗ／Ａと良好な発振特性を得た。
【００３１】
発振閾値以下に順バイアスを印加した場合のスペクトル形状は、利得結合型の回折格子を反映して、ストップバンドの長波長側に発振主モードが現われる典型的なものが得られた。この結果、−４０℃〜８５℃の広い温度範囲において副モード抑圧比４０ｄＢ以上の安定な単一モード動作を９５％以上の高い作製歩留まりで実現した。
【００３２】
このように、本発明によれば、従来のＩｎＧａＡｌＡｓ系量子井戸構造の高温高性能特性と利得回折格子構造の分布帰還型レーザの高歩留まり化を両立することが可能となる。本構造は１．３μｍ帯のみならず１．５５μｍ帯や他の波長帯の分布帰還型半導体レーザにも適用可能である。また、単体のレーザのみならず、後述するが、機能集積型の集積光素子にも本構造を適用することができる。
＜発明の実施の形態３＞
図１１は、実施形態１又は実施形態２の分布帰還型半導体レーザ５０１をヒートシンク５０２上に実装した後、光学レンズ５０３、後端面光出力モニタ用のフォトダイオード５０４、光ファイバ５０５とレーザ駆動用ドライバＩＣ５０６とを一体化したモジュールの斜視図である。モジュールは筐体５０７に収容され、筐体５０７に光ファイバ５０５を接続するためのコネクタであるファイバスリーブ５０８と、ドライバＩＣ５０６に供給する高周波信号を入力するための高周波コネクタ５０９が取り付けられている。
【００３３】
作製したモジュールは−４０℃〜８５℃の広い温度範囲において副モード抑圧比４０ｄＢ以上の安定な単一モード動作を９５％以上の高い作製歩留まりで実現した。また、動作速度１０Ｇｂｉｔ／ｓで消光比８ｄＢ以上の明瞭なアイ開口を得た。
【００３４】
本半導体レーザ５０１では、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層の高利得特性と利得回折格子の組み合わせ、規格化光結合係数を４．０と高く設定しているため、モジュール実装での課題であるファイバ端からの戻り光による発振特性の劣化が少ないことが特徴である。そのため、本モジュールでは戻り光防止用に通常用いられる高価な光アイソレータを用いなくても所定の戻り光耐性が得られるため、モジュールの経済化に非常に有効である。
＜発明の実施の形態４＞
図１２は、本発明の利得結合型半導体レーザを用いた機能集積型レーザの実施形態である。本例では、電界吸収型光変調器と波長帯１．５５μｍで動作する利得結合型レーザをバットジョイント法によりモノリシック集積している。素子の作製手法は、まず、レーザ部の回折格子構造までを実施形態１に記した手法と同様の手法で作製する。
【００３５】
図１２において、７０２，７０３はそれぞれ、ｎ型で（１００）結晶面を有するＩｎＰ半導体基板７０１上に形成したＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸層とＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸層であり、発光波長は、共に約１５６０ｎｍである。ＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸層７０３には、周期２４１ｎｍの利得回折格子が形成されている。
【００３６】
回折格子を形成の後、電界吸収型光変調器の光吸収層７０４を公知のバットジョイント接続法により形成し、その後、ＩｎＰクラッド層７０５の再成長埋め込みを行ない、集積構造が作製される。
【００３７】
この後、集積構造は、実施形態１と同様にリッジ導波路構造に加工された後、上部電極７１１，７１２、下部電極７１３が形成される。劈開工程を経て、前端面に無反射膜７１４、後端面に高反射膜７１５が成膜され、チップが完成する。本素子は、２．５〜４０Ｇｂｉｔ／ｓでのコンパクトな送信光源の心臓部品の役割を果たす。
＜発明の実施の形態５＞
本発明の利得結合型半導体レーザを用いた機能集積型レーザは、図１３に示す周知の選択成長法によるバンドギャップエネルギー制御を用いた光変調器／レーザの集積プロセスによっても作製可能である。本実施形態では、レーザ部／変調器部の両者にＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を採用したことにより、両素子の特性向上が同時に図れる。
【００３８】
図１３において、８０２，８０３はそれぞれ、ｎ型で（１００）結晶面を有するＩｎＰ半導体基板８０１上に形成したＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸層とＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸層である。また、８０４は、同じくＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を採用した電界吸収型光変調器の光吸収層である。ＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸層８０３には、利得回折格子が形成される。回折格子を形成の後、ＩｎＰクラッド層８０５の再成長埋め込みを行ない、集積構造が作製される。
【００３９】
この後、集積構造は、実施形態１と同様にリッジ導波路構造に加工された後、上部電極８１１，８１２、下部電極８１３が形成される。劈開工程を経て、前端面に無反射膜８１４、後端面に高反射膜８１５が成膜され、チップが完成する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、高温で高性能特性を有し、かつ高歩留まりで簡易に作製可能な利得回折格子構造の分布帰還型半導体レーザを実現することができる。この半導体レーザを用いることにより、広い温度範囲において動作が安定な光モジュール及び機能集積型レーザを実現することができる。更に、本発明を用いれば、素子性能、歩留まりが飛躍的に向上するだけでなく、この素子を適用した光通信システムの低価格化、大容量化、長距離化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光送信装置の第１の発明の実施の形態を説明するための斜視図。
【図２】図１の光送信装置の作製方法を説明するための第１の図。
【図３】図１の光送信装置の作製方法を説明するための第２の図。
【図４】図１の光送信装置の作製方法を説明するための第３の図。
【図５】図１の光送信装置のバンド構造を説明するための図。
【図６】本発明の光送信装置の第２の発明の実施の形態を説明するための斜視図。
【図７】図６の光送信装置の作製方法を説明するための第１の図。
【図８】図６の光送信装置の作製方法を説明するための第２の図。
【図９】図６の光送信装置の作製方法を説明するための第３の図。
【図１０】図６の光送信装置のバンド構造を説明するための図。
【図１１】本発明の光送信装置を用いた光モジュールによる第３の発明の実施の形態を説明するための斜視図。
【図１２】本発明の光送信装置を用いた機能集積型レーザによる第４の発明の実施の形態を説明するための断面図。
【図１３】本発明の光送信装置を用いた機能集積型レーザによる第５の発明の実施の形態を説明するための断面図。
【符号の説明】
１０１…ｎ型ＩｎＰ半導体基板、１０２…ｎ型ＩｎＰバッファ層、１０３…ｎ型ＩｎＡｌＡｓバッファ層、１０４…ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ下側グレーデッド型ガイド層、１０５…ＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸活性層、１０６…ＩｎＡｌＡｓ電子漏れ防止層、１０７…ＩｎＧａＡｌＡｓＰ組成傾斜層、１０８…ＩｎＧａＡｓＰ中間ガイド層、１０９…ＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸活性層、１１０…ｐ型第一ＩｎＰクラッド層、１１１…回折格子、１１２…ｐ型第二ＩｎＰクラッド層、１１３…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチング停止層、１１４…ｐ型第三ＩｎＰクラッド層、１１５…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ障壁緩和層、１１６…高濃度ｐ型ＩｎＧａＡｓ電極接触層、１３１…表面保護層、１３２…ｐ型電極、１３３…ｎ型電極、１５１…低反射膜、１５２…高反射膜、２０１…ｐ型ＩｎＰ半導体基板、２０２…ｐ型ＩｎＰバッファ層、２０３…ｐ型ＩｎＡｌＡｓバッファ層、２０４…ＩｎＧａＡｌＡｓ下側グレーデッド型ガイド層、２０５…ＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸活性層、２０６…ＩｎＧａＡｌＡｓ中間ガイド層、２０７…ＩｎＧａＡｌＡｓＰ組成傾斜層、２０８…ＩｎＧａＡｓＰ中間ガイド層、２０９…ＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸活性層、２１０…ｎ型第一ＩｎＰクラッド層、２１１…回折格子、２１２…第二ＩｎＰクラッド層、２１３…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、２３１…表面保護層、２３２…ｎ型電極、２３３…ｐ型電極、２４１…ｐ型埋め込み層、２４２…高抵抗埋め込み層、２４３…ｎ型埋め込み層、２５１…低反射膜、２５２…高反射膜。
【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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