(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層の光利得分布とは独立に発振波長λeを設定した回折格子を共振器構造内の活性層の近傍に備えた、分布帰還型半導体レーザ素子において、
前記回折格子は、共振器長方向に、共振器の全体に所定のピッチで周期的に形成された一種類のみの半導体からなり、
前記活性層が、多重量子井戸構造を有し、
前記回折格子のバンドギャップ波長λgと発振波長λeとが、０＜λe−λg≦１００ｎｍの関係にあり、
前記回折格子と前記回折格子の埋め込み層との屈折率差が、０．２９以上であって、結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬが、
１．０＜κＬ＜２．０
の範囲にあることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ素子。
【請求項２】
結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬが、
１．２≦κＬ＜２．０
の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ素子。
【請求項３】
共振器長Ｌが、３００μｍ以上であり、
出射端面には無反射膜が形成され、
後端面には高反射膜が形成され
ることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の分布帰還型半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層の構造が、歪補償量子井戸構造であることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の分布帰還型半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分布帰還型半導体レーザ素子に関し、更に詳細には、光出力及び発光効率が高く、スペクトル線幅が狭く、良好な単一縦モード発振特性を有し、かつ製品歩留りが高い構成を備えた分布帰還型半導体レーザ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザと言う）は、屈折率（複素屈折率）の実部または虚部が周期的に変化する回折格子を共振器内部に有し、特定の波長の光にだけ帰還がかかるようにすることにより、波長選択性を備えたレーザである。
屈折率が周期的に周囲と異なる化合物半導体層からなる回折格子を活性層の近傍に備えたＤＦＢレーザでは、ＤＦＢレーザの発振波長λDFBが、回折格子の周期Λと導波路の実効屈折率ｎeffに基づいてλDFB＝２ｎeffΛの関係式によって決定されるので、回折格子の周期Λと導波路の実効屈折率ｎeffとを調節することにより、活性層の光利得のピーク波長とは独立に発振波長λDFBを設定することができる。
【０００３】
例えば、ＤＦＢレーザの発振波長を活性層の光利得分布のピーク波長よりも短波長側に設定すると、微分利得が大きくなるので、ＤＦＢレーザの高速変調特性などが向上する。
また、ＤＦＢレーザの発振波長を活性層の光利得分布のピーク波長程度に設定すると、室温での閾値電流が小さくなる。
また、ＤＦＢレーザの発振波長を活性層の光利得分布のピーク波長よりも長波長側に設定すると、温度特性が良好になり、高温での動作特性や、高温あるいは大電流注入時の高光出力特性が向上する。
【０００４】
ところで、従来のＤＦＢレーザでは、発振波長が活性層の光利得分布のピーク波長より短波長側にあっても、或いは長波長側にあっても、▲１▼しきい値電流を低く抑えられる、▲２▼単一モード動作を保持するなどの理由から、発振波長は、活性層の光利得分布のピーク波長から数十ｎｍ以内の近い波長範囲に設定されている。
また、従来のＤＦＢレーザでは、回折格子を構成する化合物半導体層は、活性層のバンドギャップ・エネルギー及び発振波長のエネルギーよりもかなり大きいバンドギャップ・エネルギーを有する。つまり、回折格子を構成する化合物半導体層のバンドギャップ波長は、通常、発振波長から１００ｎｍ以上短波長側にあって、該化合物半導体層は発振波長に対して透明な、ほとんど光吸収のない、即ち損失のない層である。そして、屈折率の周期的変化を示す回折格子は、前記化合物半導体層を積層した後、エッチングして周期的に並列に存在する層の列を形成することにより、作製されている。
【０００５】
ここで、更に、従来のＤＦＢレーザを具体的に説明すると、従来のＤＦＢレーザは、図７（ａ）に示すように、λe が１５５０ｎｍで、λg が１２００ｎｍから１３００ｎｍの範囲であって、λg ＜λmax ＜λe である第１の従来例と、図７（ｂ）に示すように、λe が１５５０ｎｍで、λg が１６５０ｎｍであって、λmax ＜λe ＜λg である第２の従来例とに大別できる。
第１の従来例では、λe −λg ＝３００ｎｍであり、一方、第２の従来例ではλe −λg ＝−１００ｎｍである。
ここで、図７（ａ）及び（ｂ）の実線の曲線は横軸の波長に対する活性層の光利得分布を示し、破線の曲線は横軸の波長に対する回折格子層の吸収（損失）量を示す曲線である。
また、λe は回折格子の周期と導波路の実効屈折率で決まるＤＦＢレーザの発振波長、λg は回折格子層のバンドギャップ波長、λmax は活性層の光利得分布のピーク波長、回折格子層の埋め込み層、通常はＩｎＰ層のバンドギャップ波長はλInP （＝９２０ｎｍ）である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高速大容量光通信の進展に伴い、ＤＦＢレーザの高出力化が求められていて、共振器長Ｌを長くすることにより、ＤＦＢレーザの高出力化が図られている。
しかし、ＤＦＢレーザの作製に際し、結合係数κがばらつくために、例えば結合係数κはおおよそ±１０ｃｍ-1の大きさでばらつくために、共振器長を長くすると、以下のような問題が派生する。
第１の問題は、共振器長Ｌを長くすると、ＤＦＢレーザの作製に際して、κのばらつきに伴い、規格化結合係数κＬが更に大きくばらつくために、良好な単一縦モード発振特性を有するＤＦＢレーザの製品歩留まり（以下、単に単一モード歩留りと言う）が低下するということである。
【０００７】
第２には、共振器長Ｌと結合係数κとがトレードオフの関係にあって、共振器長Ｌを長くしたときの結合係数κの最適設計値、換言すればκＬの最適設計値が明確でないために、ＤＦＢレーザの高出力化が難しいという問題である。
つまり、共振器長Ｌを長くすると、高出力化や、最近、光通信分野の光源に求められているスペクトル線幅の狭線幅化には有効であるが、単一モード歩留りが低下してしまう。
一方、単一モード歩留りを向上させるために、結合係数κを大きくすると、発光効率（Slope Efficiency, ＳＥ）が低下して、高光出力化が難しくなる。つまり、これらの因子間にトレードオフの関係があり、全てをうまく両立させる総合的な設計基準が、従来、確立されていなかった。
そのため、出力及び発光効率が高く、単一縦モード発振特性が良好で、しかもスペクトル線幅が狭いというように総合的に特性が良好なＤＦＢレーザを歩留り良く作製することが難しかった。
【０００８】
以上の事情に照らして、本発明の目的は、光出力及び発光効率が高く、スペクトル線幅が狭く、良好な単一縦モード性を示し、しかも高い製品歩留りで作製できる構成を備えたＤＦＢレーザを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来から行っている別の研究で、活性層の光利得分布とは独立に発振波長λe を選択できる波長選択構造を共振器構造内の活性層の近傍に備えた、半導体レーザ素子において、化合物半導体層で形成された回折格子を共振器構造内に設け、回折格子のバンドギャップ波長λg と発振波長λe とを、０＜λe −λg ≦１００ｎｍの関係にあり、かつ回折格子と回折格子の埋め込み層との屈折率差が０．２９以上の関係にあるようにすることにより、次のような効果があることを見い出している。
【００１０】
回折格子のバンドギャップ波長λg とＤＦＢレーザの発振波長λe との関係が、０＜λe −λg ≦１００ｎｍの関係にあり、回折格子と回折格子の埋め込み層との屈折率差が０．２９以上の関係にあるようなＤＦＢレーザは、ＤＦＢレーザの発振波長λe が回折格子のバンドギャップ波長λg より大きいので、発振波長λe の吸収損が小さく、従って閾値電流が小さく、光出力−注入電流特性が良好であるという利点を有する。
また、回折格子と、回折格子の埋め込み層との屈折率差が大きいために、回折格子と活性層との距離を大きくしても、十分に大きな結合係数を得ることができる。その結果、回折格子の膜厚（高さ）、デューティ（Duty) 比によって結合係数κが変動するようなことがないので、同じ特性のＤＦＢレーザを安定して作製することができるから、製品歩留りが高いという利点を有する。
【００１１】
つまり、０＜λe −λｇ≦１００ｎｍで、かつ回折格子と回折格子の埋め込み層との屈折率差を０．２９以上とすることにより、回折格子を活性層から離して配置しても十分大きな結合係数κの値を得ることができる。しかも、ＤＦＢレーザの製造の際に生じる回折格子層の厚さ、回折格子と活性層との距離、回折格子ｄｕｔｙ比等のばらつきによるκのばらつきを例えば±３ｃｍ-1程度に抑制することができるので、設計通りの結合係数κを備えたＤＦＢレーザを安定して作製することができる。
従って、共振器長Ｌが大きい場合でも、設計通りのκＬ値を示すＤＦＢレーザを安定して作製できる。即ち、出力が高く、単一縦モード発振特性が良好で、しかもスペクトル線幅が狭いＤＦＢレーザを高い製品歩留まりで安定して作製することができる。
【００１２】
そこで、本発明者は、次に説明するような実験を重ねて、０＜λe −λｇ≦１００ｎｍで、かつ回折格子と回折格子の埋め込み層との屈折率差を０．２９以上の関係を維持しつつ、κ及びＬを変えた多数個の試料ＤＦＢレーザを作製し、各試料ＤＦＢレーザの発光効率、スペクトル線幅、及び単一モード歩留まりを計測して、κＬの最適条件を求めた。
実験例
先ず、図２に示すような構成を有し、発振波長を約１５５０ｎｍとする実験用のＤＦＢレーザ１５（以下、簡単にＤＦＢレーザ１５と言う）を作製した。
【００１３】
即ち、ＤＦＢレーザ１５は、図２に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、順次、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた、膜厚１μｍのｎ−ＩｎＰバッファ兼クラッド層２、膜厚約３００ｎｍのＭＱＷ−ＳＣＨ活性層３、膜厚２００ｎｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層４、膜厚約２μｍのｐ−ＩｎＰ上部クラッド層６、及び膜厚０．３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層７の積層構造を有する。
【００１４】
ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層３は、量子井戸数が６の歪補償量子井戸構造として形成されている。量子井戸層には１．０％の圧縮歪が導入され、また、量子井戸層の歪を補償するために、障壁層には０．１％の伸張歪が導入されている。
ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内には、ピッチ約２４０ｎｍで周期的に形成された膜厚２０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格子５が設けてある。
回折格子５のバンドギャップ波長λg は約１４５０ｎｍであり、屈折率は約３．４６である。回折格子の周囲、すなわち埋め込み層のＩｎＰの屈折率は３．１７であるので、両者の屈折率差は０．２９である。
【００１５】
回折格子５を含むｐ−ＩｎＰスペーサ層４、活性層３及びｎ−ＩｎＰバッファ兼クラッド層２の上部は、メサストライプ状に加工されている。メサストライプの両側は、電流ブロッキング構造を構成するｐ−ＩｎＰ層８及びｎ−ＩｎＰ層９で埋め込まれている。メサストライプの幅は、活性層３の位置で、約１．５μｍである。
コンタクト層７上にはｐ側電極１０としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が形成され、基板裏面にｎ側電極１１としてＡｕＧｅＮｉ電極が形成されている。
また、出射端面には反射率が１％程度の無反射膜、後端面には反射率が９０％程度の高反射膜がコーティングされている。出射端面の反射率を３％程度以下に低くすることにより、活性層の光利得分布のピーク波長におけるファブリ・ペローモード発振を抑制することができ、さらに、８０％以上の高い反射率の後端面と組み合わせることにより出射端面からの出力効率を増大させることが可能である。
【００１６】
共振器長Ｌが３００μｍ、４００μｍ、及び５００μｍで、各共振器長Ｌ毎に結合係数κが２０ｃｍ-1、３０ｃｍ-1、及び４０ｃｍ-1に変わる、試料番号１から９のＤＦＢレーザ１５を作製した。
結合係数κは、回折格子層の厚さを調整することによって変えた。
【００１７】
次いで、試料番号１から９のＤＦＢレーザについて、発光効率の分布の最大値（ＳＥmax ）、発光効率の分布の最小値（ＳＥmin ）、単一モード歩留り（ＳＭyield ）（％）、及び線幅歩留り（線幅yield ％）を計測した。
ここで、ＳＭyield 及び線幅yield の定義は、それぞれ、ＳＭＳＲ（副モード抑圧比）が３５ｄＢ以上、及び線幅が２ＭＨｚ以下である割合（％）である。
【００１８】
以上の実験の結果、κＬと単一モード歩留り（ＳＭyield ）（％）との関係、κＬと線幅yield （％）との関係、及びκＬとＳＥmax との関係は、それぞれ、図３、図４、及び図５に示す通りであった。また、κをパラメータとして光出力−電流特性は、図６に示す通りであった。図６中、κが２０ｃｍ-1、３０ｃｍ-1、及び４０ｃｍ-1のときのグラフをそれぞれグラフ（１）、（２）及び（３）としている。また、図６の結果から、結合係数が小さいほど、発光効率が高いことが判る。尚、得たデータは、表１に纏めてある。
【表１】
0005143985.tif 000002
【００１９】
以上の実験結果から、以下のように、結論することができる。
（１）ＳＭyield は、図３に示すように、κＬが０．８以上になると、それ以下に比べて急激に向上し、１．０以上にしても、７５％以上には向上しない。
（２）線幅yield は、図４に示すように、κＬが、０．６から２．０の範囲では、κＬが大きいほど線幅歩留まりが良く、κＬが１．０以上で急激に向上し、７０％以上になる。
（３）ＳＥmax は、κＬが小さくなるにつれて大きくなる。ＳＥmax を大きくするためには、κを２０ｃｍ-1程度に小さくし、Ｌも小さくする方が好ましい。
【００２０】
つまり、ＳＭyield を大きくするには、κＬが０．８以上であることが好ましいものの、κＬが大きすぎると、ＳＥmax が低下する。また、線幅歩留まりは、κＬが１．０以上であることが好ましく、表１から判るように、κが同じときは、Ｌが長い方が高い。
従って、ＳＥmax 、単一モード歩留まり、線幅歩留まりの三者を両立させるためには、κＬの値を適切な範囲に設定することが重要である。そして、どのように決定すべきかは、ＳＥmax 、単一モード歩留まり、及び線幅歩留まりのうちいずれを優先させるかによって決まる。
【００２１】
例えば、ＳＥmax ＞０．３５Ｗ／Ａで、単一モード歩留まり＞５０％を条件とするならば、
０．８＜κＬ＜２．０
の範囲にκＬを設定すると良い。但し、κＬが１．０未満では線幅歩留まりが低い。
【００２２】
従って、ＳＥmax ＞０．３５Ｗ／Ａ、及び単一モード歩留まり＞５０％の条件に加えて、線幅歩留まり＞５０％を条件とするならば、
１．０≦κＬ＜２．０
の範囲にκＬを設定すると良い。
【００２３】
また、高発光効率を優先させてＳＥmax ＞０．４Ｗ／Ａとし、単一モード歩留まり、及び線幅歩留まりを二義的に考えるのであれば、
０．８＜κＬ＜１．２
の範囲にκＬを設定すると良い。
逆に、単一モード歩留まり及び線幅歩留まりを重視し、発光効率を二義的に考えるのであれば、
１．２≦κＬ＜２．０
の範囲にκＬを設定すると良い。
【００２４】
上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、活性層の光利得分布とは独立に発振波長λe を設定した回折格子を共振器構造内の活性層の近傍に備えた、分布帰還型半導体レーザ素子において、
回折格子のバンドギャップ波長λg と発振波長λe とが、０＜λe −λg ≦１００ｎｍの関係にあり、
回折格子と回折格子の埋め込み層との屈折率差が、０．２９以上であって、
結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬが、
０．８＜κＬ＜２．０
の範囲にあることを特徴としている。
【００２５】
本発明では、回折格子層のバンドギャップ波長λg と分布帰還型半導体レーザ素子（以下、ＤＦＢレーザと言う）の発振波長λe との関係が、０＜λe −λg ≦１００ｎｍの関係にあって、ＤＦＢレーザの発振波長λe が回折格子層のバンドギャップ波長λg より大きいので、発振波長λe の吸収損が小さく、従って閾値電流が小さく、光出力−注入電流特性が良好である。
更には、回折格子と回折格子の埋め込み層との屈折率差を大きくすることにより、回折格子と活性層との距離を大きくすることができる。その結果、回折格子層の膜厚、デューティ（Duty) 比のばらつきによって結合係数が変動するようなことがないので、同じ特性のＤＦＢレーザを安定して作製することができるから、製品歩留りが高い。
また、結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬを０．８＜κＬ＜２．０の範囲にすることにより、スペクトル線幅が２ＭＨｚ以下で、ＳＥmax ＞０．３５Ｗ／Ａの分布帰還型半導体レーザ素子を５０％以上の単一モード歩留まりで、かつ２５％以上の線幅歩留りで作製することができる。
【００２６】
本発明は、分布帰還型半導体レーザ素子である限り、ＩｎＰ系に限らず、共振器構造を構成する化合物半導体層の組成、膜厚等に制約なく適用できる。
【００２７】
本発明の好適な実施態様では、結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬを１．０≦κＬ＜２．０の範囲にする。この範囲は、スペクトル線幅が２ＭＨｚ以下で、ＳＥmax ＞０．３５Ｗ／Ａ、及び単一モード歩留まり＞５０％の条件に加えて、線幅歩留まり＞５０％を条件とするときに好適に適用できる。
更には、結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬを１．２≦κＬ＜２．０の範囲にする。この範囲は、単一モード歩留まり及び線幅歩留まりを重視し、発光効率を二義的に考えるときに好適に適用できる。
また、結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬを０．８＜κＬ＜１．２の範囲にする。この範囲は、高発光効率を優先させてＳＥmax ＞０．４Ｗ／Ａとし、単一モード歩留まり、及び線幅歩留まりを二義的に考えるときに好適に適用できる。
【００２８】
本発明では、好適には、共振器長Ｌが３００μｍ以上である。これにより、分布帰還型半導体レーザ素子の高出力化を図ることができる。
本発明の好適な実施態様では、活性層構造を歪補償量子井戸構造にする。これにより、発光効率を向上させる効果が生じる。
【００２９】
【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。
実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る分布帰還型半導体レーザ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の分布帰還型半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。
本実施形態例の分布帰還型半導体レーザ素子（以下、簡単にＤＦＢレーザという）２０は、発振波長を約１５５０ｎｍとするＤＦＢレーザであって、基本的には、前述の実験例に供したＤＦＢレーザ１５と同じ構成を備えている。
【００３０】
即ち、本実施形態例のＤＦＢレーザ２０は、ｎ−ＩｎＰ基板２２上に、順次、エピタキシャル成長させた、膜厚１μｍのｎ−ＩｎＰバッファ兼クラッド層２４、膜厚約３００ｎｍのＭＱＷ−ＳＣＨ活性層２６と、膜厚２００ｎｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層２８、膜厚約２μｍのｐ−ＩｎＰ上部クラッド層３０、及び膜厚０．３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層３２の積層構造を有する。
【００３１】
ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層２６は、量子井戸数が６の歪補償量子井戸構造として形成されている。量子井戸構造には１．０％の圧縮歪が導入され、また、量子井戸層の歪を補償するために、障壁層には、０．１％の伸張歪が導入されている。
歪補償量子井戸構造を採用することにより、活性層の光利得が増大するため、しきい値の低減や発光効率の増加といった効果が得られる。また、歪補償構造によりレーザ素子の長期信頼性を向上させる効果が得られる。
量子井戸層、障壁層の最適な歪量は、それぞれの層の膜厚、量子井戸数にも依るが、量子井戸が５ｎｍ程度、障壁層が１０ｎｍ程度、量子井戸数が６の場合は、量子井戸の圧縮歪量は０．８〜１．２％程度、障壁層の伸張歪量は０．１〜０．４％程度にすることが好ましい。
【００３２】
ｐ−ＩｎＰスペーサ層２８内には、ピッチ約２４０ｎｍで周期的に形成された膜厚２０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格子２９が設けてある。これにより、発振波長λe が約１５５０ｎｍ、結合係数κが、４０ｃｍ-1になる。
また、活性層２６の光利得分布のピーク波長λmaxは１５６０ｎｍであり、発振波長λe とのデチューニング量（λe −λmax）が−１０ｎｍとなるようにしている。これは、デチューニング量が＋１０ｎｍ程度を超えると、ＤＦＢレーザのスペクトル線幅が急激に増加してしまうこと、すなわちデチューニング量が＋１０ｎｍ以下であれば狭線幅特性に優れていること、及び−１０ｎｍ以下であれば、高速変調性に優れていることによるものである。
スペクトル線幅を狭くする要求と、活性層光利得の波長分布やレーザ素子作製の安定性の点とを総合的に考慮すると、デチューニング量は−２０ｎｍ〜０ｎｍ程度にすることが好ましい。また、高速変調特性を考慮すると、デチューニング量は−２０ｎｍ以上−１０ｎｍ以下程度にすることがより好ましい。
回折格子２９のバンドギャップ波長λｇは約１５００ｎｍであり、屈折率は約３．４９である。回折格子の周囲の埋め込み層であるＩｎＰの屈折率は３．１７であるので、両者の屈折率差は０．３２である。
【００３３】
回折格子２９を含むｐ−ＩｎＰスペーサ層２８、活性層２６及びｎ−ＩｎＰバッファ兼クラッド層２４の上部は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの両側は電流ブロッキング層として形成されたｐ−ＩｎＰ層３４及びｎ−ＩｎＰ層３６で埋め込まれている。メサストライプの幅は、活性層２６の位置で、約１．５μｍである。
コンタクト層３２上にはｐ側電極３８としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が形成され、基板裏面にｎ側電極４０としてＡｕＧｅＮｉ電極が形成されている。
【００３４】
本実施形態例のＤＦＢレーザ２０の共振器構造の共振器長Ｌは４００μｍ、結合係数κは４０ｃｍ-1であって、結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬは、１．６である。
【００３５】
本実施形態例のＤＦＢレーザ２０は、共振器長Ｌが４００μｍであることによって高出力、例えば出力が１００ｍＷ以上が可能であり、κＬが１．６であることによって、スペクトル線幅が２ＭＨｚ以下で、良好な単一縦モード発振特性を示すＤＦＢレーザを７７％の単一モード歩留り及び９０％の線幅歩留まりで作製することができる。
本実施形態例では、回折格子２９の屈折率と周囲のｐ−ＩｎＰスペーサ層２８の屈折率の差が大きいので、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２８の膜厚を厚くして回折格子２９を活性層３０から離しても、十分に大きな結合係数κを得ることができる。よって、回折格子の膜厚やデューティ比によって結合係数κが変動し難いので、結晶成長プロセスや作製プロセスでのトレランスが緩和され、安定して良好な特性のＤＦＢレーザを作製することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、分布帰還型半導体レーザ素子において、回折格子のバンドギャップ波長λg と発振波長λe とが、０＜λe −λg ≦１００ｎｍの関係にあり、回折格子と回折格子の埋め込み層との屈折率差が、０．２９以上であって、結合係数κと共振器長Ｌとの積κＬを特定範囲に設定することにより、光出力及び発光効率が高く、良好な単一縦モード発振特性を有し、かつ製品歩留りが高くなる構成を備えた分布帰還型半導体レーザ素子を実現することができる。
例えば、κＬが０．８＜κＬ＜２．０のときには、スペクトル線幅が２ＭＨｚ以下で、発光効率が０．３５Ｗ／Ａで、単一モード歩留りが５０％以上、線幅歩留りが２５％以上になる構成を備えた分布帰還型半導体レーザ素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の分布帰還型半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。
【図２】実験用の分布帰還型半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。
【図３】κＬと単一モード歩留り（ＳＭyield ）（％）との関係を示すグラフである。
【図４】κＬと線幅yield （％）との関係との関係を示すグラフである。
【図５】κＬとＳＥmax との関係を示すグラフである。
【図６】κをパラメータとして光出力−電流特性を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の従来例及び第２の従来例のλe 、λmax 、λg の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１５  ＤＦＢレーザ
１、２２  ｎ−ＩｎＰ基板
２、２４  ｎ−ＩｎＰバッファ兼クラッド層
３、２６  ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層
４、２８  ｐ−ＩｎＰスペーサ層
５、２９  回折格子
６、３０  ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
７、３２  ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層
８、３４  ｐ−ＩｎＰ層
９、３６  ｎ−ＩｎＰ層
１０、３８  ｐ側電極
１１、４０  ｎ側電極
【図１】
0005143985.tif 000003
【図２】
0005143985.tif 000004
【図３】
0005143985.tif 000005
【図４】
0005143985.tif 000006
【図５】
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【図６】
0005143985.tif 000008
【図７】
0005143985.tif 000009