(57)【要約】【課題】導波路層に形成される屈折率分布のコントラストを従来よりも向上させた半導体光反射器及び半導体レーザ、並びにそれらの駆動方法及び装置を提供する。【解決手段】ｎ型基板１１と、ｎ型基板１１自体の一部またはｎ型基板１１の上方に形成されたｎ型クラッド層１２と、ｎ型クラッド層１２の上方に形成されたｐ型クラッド層１３と、ｐ型クラッド層１３とｎ型クラッド層１２との間に形成された、光を導波するための導波路層１４と、ｎ型基板１１の底面及びｐ型クラッド層１３の上面にそれぞれ形成されたｎ型電極１５及びｐ型電極１６と、導波路層１４の近傍に光導波方向に沿って規則的に配置された複数の電圧制御部材１７と、を備え、複数の電圧制御部材１７は、ｎ型電極１５及びｐ型電極１６の間に逆バイアス電圧が印加された状態で、導波路層１４内に光導波方向に沿った規則的な屈折率の分布を生じせしめる。【選択図】図１
2013021120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型基板（１１）と、
前記ｎ型基板自体の一部または前記ｎ型基板の上方に形成されたｎ型クラッド層（１２）と、
前記ｎ型クラッド層の上方に形成されたｐ型クラッド層（１３）と、
前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との間に形成された、光を導波するための導波路層（１４）と、
前記ｎ型基板の底面及び前記ｐ型クラッド層の上面にそれぞれ形成されたｎ型電極（１５）及びｐ型電極（１６）と、
前記導波路層の近傍に該導波路層の光導波方向に沿って規則的に配置された複数の電圧制御部材（１７）と、を備え、
前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極は、該ｎ型電極及び該ｐ型電極の間に逆バイアス電圧を外部から印加するための端子を有しており、
前記複数の電圧制御部材は、前記ｎ型クラッド層または前記ｐ型クラッド層とほぼ等しい屈折率を示すと共に、前記端子を介して前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極の間に逆バイアス電圧が印加された状態で前記導波路層内に前記光導波方向に沿った規則的な電圧分布をもたらすと共に、該規則的な電圧分布に基づいて前記導波路層内に前記光導波方向に沿った規則的な屈折率の分布を生じせしめるようになっており、
それによって、前記導波路層は入射される光のうち、前記規則的な屈折率の分布によって決定される波長の光を反射することを特徴とする半導体光反射器。
【請求項２】
前記複数の電圧制御部材は、前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層の少なくとも一方の内部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体光反射器。
【請求項３】
前記複数の電圧制御部材は、周囲のクラッド層の導電型と反対の導電型を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体光反射器。
【請求項４】
前記複数の電圧制御部材は、高抵抗材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体光反射器。
【請求項５】
前記ｎ型電極が共通電極として形成され、前記ｐ型電極が１以上の個別電極（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ）として形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体光反射器。
【請求項６】
前記複数の電圧制御部材は、１以上の前記個別電極毎に対応付けられたそれぞれ所定の間隔を有する１以上の電圧制御部材群（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ）として形成されており、
前記複数の電圧制御部材のうち前記所定の間隔としてΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）を有する第ｍの電圧制御部材群に対応する第ｍの個別電極と前記共通電極との間に逆バイアス電圧が印加された状態でブラッグ反射の条件λBm＝２ｎmΛｍ（但し、ｎmは前記導波路層の等価屈折率である）を満たす波長λBmで反射率がピークとなる第ｍの反射特性を示し、
前記反射特性を選択的に切り換え可能としたことを特徴とする請求項５に記載の半導体光反射器。
【請求項７】
前記複数の電圧制御部材は、２以上の前記個別電極毎に対応付けられたそれぞれ所定の間隔を有する２以上の電圧制御部材群（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ）として形成されており、
前記複数の電圧制御部材のうち前記所定の間隔としてΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）を有する第ｍの電圧制御部材群に対応する第ｍの個別電極と前記共通電極との間に逆バイアス電圧が印加された状態でブラッグ反射の条件λBm＝２ｎmΛｍ（但し、ｎmは前記導波路層の等価屈折率である）を満たす波長λBmで反射率がピークとなる第ｍの反射特性を示し、
前記反射特性のうち少なくとも２つの反射特性を任意の組み合わせで切り換え可能としたことを特徴とする請求項５に記載の半導体光反射器。
【請求項８】
請求項６に記載の半導体光反射器の駆動方法であって、
前記第ｍの個別電極（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）のうちの１つと前記共通電極との間に前記端子を介して選択的に逆バイアス電圧を印加し、
前記反射特性を選択的に切り換え可能とする半導体光反射器の駆動方法。
【請求項９】
請求項７に記載の半導体光反射器の駆動方法であって、
前記第ｍの個別電極（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）のうちの少なくとも２つと前記共通電極との間に前記端子を介して逆バイアス電圧を印加し、
前記反射特性のうち少なくとも２つの反射特性を任意の組み合わせで切り換え可能とする半導体光反射器の駆動方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体光反射器と、
前記半導体光反射器の前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極の間に前記端子を介して逆バイアス電圧を印加する直流電圧源と、を備える半導体光反射装置。
【請求項１１】
光を誘導放出するための活性層（３１）を有する光学利得領域と、前記活性層の少なくとも一端側に波長選択性を有して光を反射する光反射領域と、を備え、前記活性層で誘導放出された光のうち、前記光反射領域によって反射された波長の光を選択的に発振する半導体レーザにおいて、
前記光反射領域は、
ｎ型基板（１１）と、
前記ｎ型基板自体の一部または前記ｎ型基板の上方に形成されたｎ型クラッド層（１２）と、
前記ｎ型クラッド層の上方に形成されたｐ型クラッド層（１３）と、
前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との間に形成された、光を導波するための導波路層（１４）と、
前記ｎ型基板の底面及び前記ｐ型クラッド層の上面にそれぞれ形成されたｎ型電極（１５）及びｐ型電極（１６）と、
前記導波路層の近傍に該導波路層の光導波方向に沿って規則的に配置された複数の電圧制御部材（１７）と、を備え、
前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極は、該ｎ型電極及び該ｐ型電極の間に逆バイアス電圧を外部から印加するための端子を有しており、
前記複数の電圧制御部材は、前記ｎ型クラッド層または前記ｐ型クラッド層とほぼ等しい屈折率を示すと共に、前記端子を介して前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極の間に逆バイアス電圧が印加された状態で前記導波路層内に前記光導波方向に沿った規則的な電圧分布をもたらすと共に、該規則的な電圧分布に基づいて前記導波路層内に前記光導波方向に沿った規則的な屈折率の分布を生じせしめるようになっており、
それによって、前記導波路層は入射される光のうち、前記規則的な屈折率の分布によって決定される波長の光を反射することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１２】
前記複数の電圧制御部材は、前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層の少なくとも一方の内部に形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ。
【請求項１３】
前記複数の電圧制御部材は、周囲のクラッド層の導電型と反対の導電型を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ。
【請求項１４】
前記複数の電圧制御部材は、高抵抗材料からなることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の半導体レーザ。
【請求項１５】
前記ｎ型電極が共通電極として形成され、前記ｐ型電極が１以上の個別電極（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ）として形成されたことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
【請求項１６】
前記複数の電圧制御部材は、１以上の前記個別電極毎に対応付けられたそれぞれ所定の間隔を有する１以上の電圧制御部材群（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ）として形成されており、
前記複数の電圧制御部材のうち前記所定の間隔としてΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）を有する第ｍの電圧制御部材群に対応する第ｍの個別電極と前記共通電極との間に逆バイアス電圧が印加された状態でブラッグ反射の条件λBm＝２ｎmΛｍ（但し、ｎmは前記導波路層の等価屈折率である）を満たす波長λBmで反射率がピークとなる第ｍの反射特性を示し、
前記反射特性を選択的に切り換え可能としたことを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザ。
【請求項１７】
前記複数の電圧制御部材は、２以上の前記個別電極毎に対応付けられたそれぞれ所定の間隔を有する２以上の電圧制御部材群（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ）として形成されており、
前記複数の電圧制御部材のうち前記所定の間隔としてΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）を有する第ｍの電圧制御部材群に対応する第ｍの個別電極と前記共通電極との間に逆バイアス電圧が印加された状態でブラッグ反射の条件λBm＝２ｎmΛｍ（但し、ｎmは前記導波路層の等価屈折率である）を満たす波長λBmで反射率がピークとなる第ｍの反射特性を示し、
前記反射特性のうち少なくとも２つの反射特性を任意の組み合わせで切り換え可能としたことを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザ。
【請求項１８】
請求項１６に記載の半導体レーザの駆動方法であって、
前記第ｍの個別電極（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）のうちの１つと前記共通電極との間に前記端子を介して選択的に逆バイアス電圧を印加し、
前記反射特性を選択的に切り換え可能とする半導体レーザの駆動方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の半導体レーザの駆動方法であって、
前記第ｍの個別電極（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）のうちの少なくとも２つと前記共通電極との間に前記端子を介して逆バイアス電圧を印加し、
前記反射特性のうち少なくとも２つの反射特性を任意の組み合わせで切り換え可能とする半導体レーザの駆動方法。
【請求項２０】
請求項１１から請求項１７のいずれか一項に記載の半導体レーザと、
前記光反射領域の前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極の間に前記端子を介して逆バイアス電圧を印加する直流電圧源と、を備える半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光反射器及び半導体レーザ、並びにそれらの駆動方法及び装置に係り、特に、無反射状態から高い波長選択性をもって目的波長の光のみを反射する状態に移行できる半導体光反射器及び半導体レーザ、並びにそれらの駆動方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の伝送容量は急速に増加しており、伝送容量の大容量化を実現する方法として波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）化によるチャネル数の拡大が進んでいる。ＷＤＭ通信は、波長の相違する複数の光により情報を伝達することにより、光ファイバの設置本数を増すことなく伝送容量を飛躍的に増加することが可能である。
【０００３】
ＷＤＭ通信用の光源としては、例えば、波長選択性を有する分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を備え、発振波長を可変できる可変波長型の半導体レーザが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような半導体レーザは、ｐｎ接合半導体に電流を注入したときの接合部に誘導放出された光を導波路構造によって導波し、その導波路端に形成された分布ブラッグ反射器により反射させて往復させ、反射器間の導波路の長さと内部の屈折率によって決まる定在波長の光を選択的に発振する構造を有している。
【０００５】
図１４は、特許文献１に開示された分布ブラッグ反射器を光導波方向に沿って切断して示す断面図である。特許文献１に開示された分布ブラッグ反射器は、ｐ型クラッド層５２と、ｎ型基板５３と、ｐ型クラッド層５２とｎ型基板５３との間に挟まれた所定幅Ｗ及び厚さｔのガイド層５４とを有するエピタキシャルウエハ５１に形成されている。なお、ｎ型基板５３の上層部は、ｐ型クラッド層５２と共に光の外部への漏れを防止するためのｎ型クラッド層５３ａとして機能する。
【０００６】
そして、ｎ型基板５３の底面には第１の電極７０がほぼ全面に亘って形成されている。また、ｐ型クラッド層５２の上面には第２の電極７１が形成されている。
【０００７】
そして、ｐ型クラッド層５２の内部でガイド層５４の近傍には、平面矩形状でなる複数の電流規制部材６１がガイド層５４と交差する向きでガイド層５４の光導波方向に沿って規則的に配置されている。
【０００８】
複数の電流規制部材６１は、第１及び第２の電極７０、７１に対する電流非注入状態でｐ型クラッド層５２とほぼ等しい屈折率を示すと共に、順バイアス電圧印加による電流注入状態でｐ型クラッド層５２より電流が流れにくい電流規制作用を有するように形成されている。
【０００９】
ここで、複数の電流規制部材６１は、所定の間隔Λ１で並ぶ第１の電流ブロック群６０Ａ、所定の間隔Λ２で並ぶ第２の電流ブロック群６０Ｂ、所定の間隔Λ３で並ぶ第３の電流ブロック群６０Ｃに分類される。なお、第２の電極７１は、各電流ブロック群に対応した第１〜第３の個別電極７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃに分離して形成されている。
【００１０】
ここで、図１５に示すように、第１の電極７０と第１の個別電極７１Ａとの間に所定電流Ｉ１が注入されると、複数の電流規制部材６１における第１の電流ブロック群６０Ａの隙間に集中して電流が流れることになる。
【００１１】
従って、ガイド層５４のうち、第１の電流ブロック群６０Ａと対向する部分では、図１６に示すように、複数の電流規制部材６１の所定の間隔Λ１に対応した間隔で電流密度が粗となる部分と電流密度が密となる部分とが交互に発生し、プラズマ効果によって電流密度が密の領域の屈折率が電流密度が粗の領域の屈折率より小さくなる。
【００１２】
つまり、ガイド層５４内に屈折率が異なる領域が複数の電流規制部材６１の所定の間隔Λ１で規則的に生じることになり、実効的にピッチがΛ１の回折格子が形成される。これにより、ブラッグ反射の条件［数１］を満たす波長λB1で光が選択的に反射される状態になる。即ち、端面５０ａ側から波長λB1を含む光が入射されたとき、波長λB1の光だけが反射されて端面５０ａに戻り、他の波長成分は透過して端面５０ｂから出射される。
【数１】
2013021120.tif 000003
但し、ｎ1はガイド層５４の等価屈折率である。
【００１３】
なお、電流が注入されていない部分のガイド層５４は波長選択性を有していないので、電流が注入されている部分の反射特性に影響を与えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０５３６７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示されたような従来の分布ブラッグ反射器においては、周期的に形成された複数の電流規制部材の間を通してガイド層（導波路層）にキャリアが注入されると、注入キャリアがガイド層（導波路層）の光導波方向に沿って拡散してしまい、屈折率分布のコントラストが形成されにくいという問題があった。このため、分布ブラッグ反射器と光学利得領域とを一体化させてＤＢＲ型半導体レーザを構成する場合においては、所望の縦モード発振を実現するための設計が難しくなる傾向があった。
【００１６】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、導波路層に形成される屈折率分布のコントラストを従来よりも向上させた半導体光反射器及び半導体レーザ、並びにそれらの駆動方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の半導体光反射器は、ｎ型基板と、前記ｎ型基板自体の一部または前記ｎ型基板の上方に形成されたｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上方に形成されたｐ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との間に形成された、光を導波するための導波路層と、前記ｎ型基板の底面及び前記ｐ型クラッド層の上面にそれぞれ形成されたｎ型電極及びｐ型電極と、前記導波路層の近傍に該導波路層の光導波方向に沿って規則的に配置された複数の電圧制御部材と、を備え、前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極は、該ｎ型電極及び該ｐ型電極の間に逆バイアス電圧を外部から印加するための端子を有しており、前記複数の電圧制御部材は、前記ｎ型クラッド層または前記ｐ型クラッド層とほぼ等しい屈折率を示すと共に、前記端子を介して前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極の間に逆バイアス電圧が印加された状態で前記導波路層内に前記光導波方向に沿った規則的な電圧分布をもたらすと共に、該規則的な電圧分布に基づいて前記導波路層内に前記光導波方向に沿った規則的な屈折率の分布を生じせしめるようになっており、それによって、前記導波路層は入射される光のうち、前記規則的な屈折率の分布によって決定される波長の光を反射する構成を有している。
【００１８】
この構成により、導波路層へキャリアを注入せずに導波路層内に屈折率分布を形成できるため、順バイアス電圧動作において生じた導波路層内の光導波方向に沿ったキャリアの拡散による屈折率コントラストの低減現象を回避することができる。
さらに、導波路層へのキャリア注入が行われないため、逆バイアス電圧のスイッチングによる導波路構造の屈折率変化速度に、キャリア寿命に起因する遅れが生じない。このため、逆バイアス電圧のオン／オフに応じて、規則的な屈折率分布からなる回折格子のオン／オフを高速に切り換えることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項２の半導体光反射器は、前記複数の電圧制御部材が、前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層の少なくとも一方の内部に形成された構成を有していてもよい。
【００２０】
また、本発明の請求項３の半導体光反射器は、前記複数の電圧制御部材が、周囲のクラッド層の導電型と反対の導電型を有する構成を有している。
【００２１】
この構成により、電圧制御部材と周囲のクラッド層とでｐｎ及びｎｐ接合部が形成されることにより、電圧制御部材近傍の導波路層の部分に印加される電圧を抑制する電圧制御作用を実現することができる。
【００２２】
また、本発明の請求項４の半導体光反射器は、前記複数の電圧制御部材が、高抵抗材料からなる構成を有していてもよい。
【００２３】
また、本発明の請求項５の半導体光反射器は、前記ｎ型電極が共通電極として形成され、前記ｐ型電極が１以上の個別電極として形成された構成を有していてもよい。
【００２４】
また、本発明の請求項６の半導体光反射器は、前記複数の電圧制御部材が、１以上の前記個別電極毎に対応付けられたそれぞれ所定の間隔を有する１以上の電圧制御部材群として形成されており、前記複数の電圧制御部材のうち前記所定の間隔としてΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）を有する第ｍの電圧制御部材群に対応する第ｍの個別電極と前記共通電極との間に逆バイアス電圧が印加された状態でブラッグ反射の条件λBm＝２ｎmΛｍ（但し、ｎmは前記導波路層の等価屈折率である）を満たす波長λBmで反射率がピークとなる第ｍの反射特性を示し、前記反射特性を選択的に切り換え可能とした構成を有している。
【００２５】
この構成により、個別電極毎の逆バイアス電圧のオン／オフに応じて、反射特性を選択的に切り換えることができる。
【００２６】
また、本発明の請求項７の半導体光反射器は、前記複数の電圧制御部材が、２以上の前記個別電極毎に対応付けられたそれぞれ所定の間隔を有する２以上の電圧制御部材群として形成されており、前記複数の電圧制御部材のうち前記所定の間隔としてΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）を有する第ｍの電圧制御部材群に対応する第ｍの個別電極と前記共通電極との間に逆バイアス電圧が印加された状態でブラッグ反射の条件λBm＝２ｎmΛｍ（但し、ｎmは前記導波路層の等価屈折率である）を満たす波長λBmで反射率がピークとなる第ｍの反射特性を示し、前記反射特性のうち少なくとも２つの反射特性を任意の組み合わせで切り換え可能とした構成を有している。
【００２７】
この構成により、２以上の任意の組み合わせの個別電極に対する逆バイアス電圧のオン／オフに応じて、反射特性を対応する組み合わせで切り換えることができる。
【００２８】
また、本発明の請求項８の半導体光反射器の駆動方法は、請求項６に記載の半導体光反射器の駆動方法であって、前記第ｍの個別電極（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）のうちの１つと前記共通電極との間に前記端子を介して選択的に逆バイアス電圧を印加し、前記反射特性を選択的に切り換え可能とするものである。
【００２９】
また、本発明の請求項９の半導体光反射器の駆動方法は、請求項７に記載の半導体光反射器の駆動方法であって、前記第ｍの個別電極（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）のうちの少なくとも２つと前記共通電極との間に前記端子を介して逆バイアス電圧を印加し、前記反射特性のうち少なくとも２つの反射特性を任意の組み合わせで切り換え可能とするものである。
【００３０】
また、本発明の請求項１０の半導体光反射装置は、上記のいずれかの半導体光反射器と、前記半導体光反射器の前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極の間に前記端子を介して逆バイアス電圧を印加する直流電圧源と、を備える構成を有していてもよい。
【００３１】
また、本発明の請求項１１の半導体レーザは、光を誘導放出するための活性層を有する光学利得領域と、前記活性層の少なくとも一端側に波長選択性を有して光を反射する光反射領域と、を備え、前記活性層で誘導放出された光のうち、前記光反射領域によって反射された波長の光を選択的に発振する半導体レーザにおいて、前記光反射領域は、ｎ型基板と、前記ｎ型基板自体の一部または前記ｎ型基板の上方に形成されたｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上方に形成されたｐ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との間に形成された、光を導波するための導波路層と、前記ｎ型基板の底面及び前記ｐ型クラッド層の上面にそれぞれ形成されたｎ型電極及びｐ型電極と、前記導波路層の近傍に該導波路層の光導波方向に沿って規則的に配置された複数の電圧制御部材と、を備え、前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極は、該ｎ型電極及び該ｐ型電極の間に逆バイアス電圧を外部から印加するための端子を有しており、前記複数の電圧制御部材は、前記ｎ型クラッド層または前記ｐ型クラッド層とほぼ等しい屈折率を示すと共に、前記端子を介して前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極の間に逆バイアス電圧が印加された状態で前記導波路層内に前記光導波方向に沿った規則的な電圧分布をもたらすと共に、該規則的な電圧分布に基づいて前記導波路層内に前記光導波方向に沿った規則的な屈折率の分布を生じせしめるようになっており、それによって、前記導波路層は入射される光のうち、前記規則的な屈折率の分布によって決定される波長の光を反射する構成を有している。
【００３２】
また、本発明の請求項１２の半導体レーザは、前記複数の電圧制御部材が、前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層の少なくとも一方の内部に形成された構成を有している。
【００３３】
また、本発明の請求項１３の半導体レーザは、前記複数の電圧制御部材が、周囲のクラッド層の導電型と反対の導電型を有する構成を有している。
【００３４】
また、本発明の請求項１４の半導体レーザは、前記複数の電圧制御部材が、高抵抗材料からなる構成を有している。
【００３５】
また、本発明の請求項１５の半導体レーザは、前記ｎ型電極が共通電極として形成され、前記ｐ型電極が１以上の個別電極として形成された構成を有している。
【００３６】
また、本発明の請求項１６の半導体レーザは、前記複数の電圧制御部材が、１以上の前記個別電極毎に対応付けられたそれぞれ所定の間隔を有する１以上の電圧制御部材群として形成されており、前記複数の電圧制御部材のうち前記所定の間隔としてΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）を有する第ｍの電圧制御部材群に対応する第ｍの個別電極と前記共通電極との間に逆バイアス電圧が印加された状態でブラッグ反射の条件λBm＝２ｎmΛｍ（但し、ｎmは前記導波路層の等価屈折率である）を満たす波長λBmで反射率がピークとなる第ｍの反射特性を示し、前記反射特性を選択的に切り換え可能とした構成を有している。
【００３７】
また、本発明の請求項１７の半導体レーザは、前記複数の電圧制御部材が、２以上の前記個別電極毎に対応付けられたそれぞれ所定の間隔を有する２以上の電圧制御部材群として形成されており、前記複数の電圧制御部材のうち前記所定の間隔としてΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）を有する第ｍの電圧制御部材群に対応する第ｍの個別電極と前記共通電極との間に逆バイアス電圧が印加された状態でブラッグ反射の条件λBm＝２ｎmΛｍ（但し、ｎmは前記導波路層の等価屈折率である）を満たす波長λBmで反射率がピークとなる第ｍの反射特性を示し、前記反射特性のうち少なくとも２つの反射特性を任意の組み合わせで切り換え可能とした構成を有している。
【００３８】
また、本発明の請求項１８の半導体レーザの駆動方法は、請求項１６に記載の半導体レーザの駆動方法であって、前記第ｍの個別電極（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）のうちの１つと前記共通電極との間に前記端子を介して選択的に逆バイアス電圧を印加し、前記反射特性を選択的に切り換え可能とするものである。
【００３９】
また、本発明の請求項１９の半導体レーザの駆動方法は、請求項１７に記載の半導体レーザの駆動方法であって、前記第ｍの個別電極（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）のうちの少なくとも２つと前記共通電極との間に前記端子を介して逆バイアス電圧を印加し、前記反射特性のうち少なくとも２つの反射特性を任意の組み合わせで切り換え可能とするものである。
【００４０】
また、本発明の請求項２０の半導体レーザ装置は、上記のいずれかの半導体レーザと、前記光反射領域の前記ｎ型電極及び前記ｐ型電極の間に前記端子を介して逆バイアス電圧を印加する直流電圧源と、を備える構成を有している。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、導波路層へキャリアを注入せずに導波路層内に屈折率分布を形成できることにより、導波路層に形成される屈折率分布のコントラストを従来よりも向上させた半導体光反射器及び半導体レーザ、並びにそれらの駆動方法及び装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態に係る半導体光反射器の概略構成を示す光導波方向に沿った断面図
【図２】第１の実施形態に係る半導体光反射器の概略構成を示す上面図
【図３】第１の実施形態に係る半導体光反射器の概略構成を示す正面図
【図４】第１の実施形態に係る半導体光反射器の他の概略構成を示す光導波方向に沿った断面図
【図５】導波路層内に形成される電圧分布及び屈折率分布を示す模式図
【図６】電圧制御部材を含む領域に逆バイアス電圧が印加された場合における、全印加電圧と各接合にかかる電圧の関係を示すグラフ
【図７】第１の実施形態に係る半導体光反射器の反射特性図
【図８】第２の実施形態に係る半導体レーザの概略構成を示す光導波方向に沿った断面図
【図９】第２の実施形態に係る半導体レーザの製造方法を示す工程図
【図１０】第２の実施形態に係る半導体レーザの製造方法を示す工程図
【図１１】第２の実施形態に係る半導体レーザの製造方法を示す工程図
【図１２】第３の実施形態に係る半導体レーザの概略構成を示す上面図
【図１３】第３の実施形態に係る半導体レーザのＡ−Ａ'線断面図
【図１４】従来の分布ブラッグ反射器の概略構成を示す光導波方向に沿った断面図
【図１５】従来の分布ブラッグ反射器の要部の断面図
【図１６】従来の分布ブラッグ反射器のガイド層内に形成される電流密度分布及び屈折率分布を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明に係る半導体光反射器及び半導体レーザ、並びにそれらの駆動方法及び装置の実施形態について図面を用いて説明する。
【００４４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体光反射器１０の光導波方向に沿った断面図であり、図２は上面図、図３は正面図である。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。
【００４５】
即ち、半導体光反射器１０は、ｎ型インジウム・リン（ｎ−ＩｎＰ）からなるｎ型基板１１と、ｎ型基板１１自体の一部に形成されたｎ型クラッド層１２と、ｎ型クラッド層１２の上方に形成されたｐ型インジウム・リン（ｐ−ＩｎＰ）からなるｐ型クラッド層１３と、ｐ型クラッド層１３とｎ型クラッド層１２との間に形成された、光を導波するための導波路層１４と、ｎ型基板１１の底面及びｐ型クラッド層１３の上面にそれぞれ形成されたｎ型電極１５及びｐ型電極１６と、導波路層１４の近傍のｐ型クラッド層１３内部に、導波路層１４の光導波方向に沿って規則的に配置された複数の電圧制御部材１７と、を有するエピタキシャルウエハ１８に形成されている。
【００４６】
エピタキシャルウエハ１８の両端面１８ａ、１８ｂは、劈開によって形成されており、反射率はいずれも低いものとする。さらに、両端面１８ａ、１８ｂには、無反射（ＡＲ）コート（図示せず）がそれぞれ施されていてもよい。例えば、ＡＲコートが施された両端面１８ａ、１８ｂの反射率は１％以下となる。
【００４７】
導波路層１４は、例えば、バルクのインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）により所定幅Ｗ及び厚さｔで連続するように形成され、光を導波する導波路をなすようにバンドギャップがｎ型クラッド層１２とｐ型クラッド層１３のいずれよりも小さく（屈折率が大きく）設定されている。あるいは、導波路層１４は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造のＩｎＧａＡｓＰからなっていてもよい。
【００４８】
そして、導波路層１４の近傍のｐ型クラッド層１３の内部には、図２に示すように、所定長さＬの平面矩形状でなる複数の電圧制御部材１７が導波路層１４と交差する向きで導波路層１４の光導波方向に沿って所定の間隔で離散的に配置されている。
【００４９】
さらに、複数の電圧制御部材１７は、１以上の電圧制御部材群に分類される。上記所定の間隔は電圧制御部材群毎に異なっている。以降では、第ｍの電圧制御部材群における所定の間隔をΛｍと記す（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）。所定の間隔Λｍは、いずれも２００〜３００ｎｍ程度の値である。例えば、図１、図２に示すように、第１の電圧制御部材群１７Ａは所定の間隔Λ１で、第２の電圧制御部材群１７Ｂは所定の間隔Λ２で、第３の電圧制御部材群１７Ｃは所定の間隔Λ３で配置される。なお、図１、図２はＭが３の場合を示しているが、Ｍの値は３に限らず、１、２、あるいは４以上であってもよい。
【００５０】
ここで、ｎ型電極（以下、共通電極とも呼ぶ）１５は、ｎ型基板１１の底面のほぼ全面に亘って形成されている。ｐ型クラッド層１３の上面側に形成されたｐ型電極１６は、共通電極１５との間で１以上の電圧制御部材群１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃに対して独立に電圧を印加できるよう分離して形成された個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃからなる。即ち、これらの個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと電圧制御部材群１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃとは一対一に対応している。例えば、共通電極１５は接地され、個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、共通電極１５との間に逆バイアス電圧を外部から印加するための端子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃをそれぞれ有している。
【００５１】
各電圧制御部材群１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃに分類される複数の電圧制御部材１７は、個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと共通電極１５とに対して逆バイアス電圧が印加されていない状態でｐ型クラッド層１３とほぼ等しい屈折率を示すと共に、端子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを介して共通電極１５と個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃのうちの少なくとも１つとの間に逆バイアス電圧が印加された状態で、導波路層１４内に光導波方向に沿った規則的な電圧分布をもたらすように形成されている。
【００５２】
即ち、複数の電圧制御部材１７は、例えば、ｐ型クラッド層１３との間にｐｎ及びｎｐ接合を形成するｎ−ＩｎＰの材料、あるいはＦｅドープのｉ−ＩｎＰでｐ型クラッド層１３より高い電気抵抗を示す材料により形成されている。
【００５３】
なお、図１〜図３に示した構成に代えて、図４に示すように、複数の電圧制御部材１７が、導波路層１４の近傍のｎ型クラッド層１２内に、導波路層１４の光導波方向に沿って所定の間隔で離散的に配置される構成としてもよい。
【００５４】
図４に示した構成においては、電圧制御部材群１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃに分類される複数の電圧制御部材１７は、ｎ型電極１５及びｐ型電極１６に対する逆バイアス電圧非印加状態でｎ型クラッド層１２とほぼ等しい屈折率を示すと共に、逆バイアス電圧印加状態で導波路層１４内に光導波方向に沿った規則的な電圧分布をもたらすように形成されている。
【００５５】
即ち、図４に示した構成においては、複数の電圧制御部材１７は、例えば、ｎ型クラッド層１２との間にｐｎ及びｎｐ接合を形成するｐ−ＩｎＰの材料、あるいはＦｅドープのｉ−ＩｎＰでｎ型クラッド層１２より高い電気抵抗を示す材料により形成されている。
【００５６】
さらに、図４に示した構成に加えて、複数の電圧制御部材１７が、導波路層１４の近傍のｐ型クラッド層１３内に、導波路層１４の光導波方向に沿って所定の間隔で離散的に配置される構成としてもよい。即ち、複数の電圧制御部材１７は、周囲のクラッド層の導電型と反対の導電型を有していればよい。
【００５７】
また、図１〜図４に示した構成に代えて、例えば、ｎ型インジウム・ガリウム・砒素・リン（ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ）からなるｎ型クラッド層１２をｎ型基板１１の上方に形成した構成としてもよい。
【００５８】
図５は、共通電極１５と個別電極１６Ａとの間に逆バイアス電圧Ｖ１が印加された場合に導波路層１４内に形成される電圧分布及び屈折率分布を示す模式図である。なお、図５中に符号１９で示した、複数の電圧制御部材１７と導波路層１４との間のｐ型クラッド層１３の領域を、以降ではｐ型スペーサ層と呼ぶ。
【００５９】
導波路層１４のうち、第１の電圧制御部材群１７Ａの電圧制御部材１７と対向する部分では、図５に示すように、複数の電圧制御部材１７の所定の間隔Λ１に対応した間隔で電圧が小となる部分と電圧が大となる部分とが交互に発生する。以下、この現象について説明する。
【００６０】
導波路層１４がバルクの半導体材料からなる場合には、導波路層１４に直流電圧（逆バイアス電圧）が印加されると、伝導帯と価電子帯のバンドが傾き、実効的なバンドギャップが逆バイアス電圧非印加時のバンドギャップＥgよりも小さくなる。このため、Ｅgより僅かに小さいエネルギーＥphotの光が導波路層１４に入射した場合には、その光が導波路層１４で吸収されることになる。
【００６１】
即ち、導波路層１４に逆バイアス電圧が印加されている時にはエネルギーＥphot（＜Ｅg）の光に対する吸収係数が増加する。このことは、逆バイアス電圧非印加時の導波路層１４の吸収特性と比較して、逆バイアス電圧印加時の導波路層１４の吸収特性が、全体的に長波長側にシフトすることを意味する。この現象はフランツ−ケルディッシュ効果と呼ばれている。
【００６２】
一方、導波路層１４が多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる場合には、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ：Quantum Confined Stark Effect）により、同様の吸収係数の増加が見られる。
【００６３】
さらに、クラマース−クローニッヒの関係式から、上記の吸収係数の増加は、エネルギーＥphot（＜Ｅg）の光に対する屈折率の増加を意味することが分かる。即ち、フランツ−ケルディッシュ効果あるいはＱＣＳＥによって印加電圧（逆バイアス電圧）が大の領域の屈折率が、印加電圧が小の領域の屈折率より大きくなることが分かる。
【００６４】
本発明者は、１つの電圧制御部材１７を含むｎ型電極１５とｐ型電極１６とに挟まれた領域Ｉ（図５中の破線で囲んだ部分）に逆バイアス電圧ＶR totが印加された場合における、全印加電圧（全逆バイアス電圧）と各接合にかかる電圧の関係を計算により求めた。図６は、その結果を示すグラフの一例である。
【００６５】
ここで、図５、図６において、ＶR Gr-Clはｎ型の電圧制御部材１７とｐ型クラッド層１３に印加される電圧、ＶR Sp-Grはｐ型スペーサ層１９と電圧制御部材１７に印加される電圧、ＶR Su-Spはｎ型基板１１とｐ型スペーサ層１９に印加される電圧、ＶR totは全逆バイアス電圧（＝ＶR Gr-Cl＋ＶR Sp-Gr＋ＶR Su-Sp）を示している。
【００６６】
図６から、全逆バイアス電圧ＶR totが０．１Ｖを超えると、ほぼ全ての電圧が電圧制御部材１７とｐ型クラッド層１３の間の接合にかかり、その他の接合にかかる電圧は０．０５Ｖ程度で飽和することが分かる。即ち、図５に示した領域Ｉにおいては、導波路層１４にかかる電圧は最大で０．０５Ｖ程度と小さく、屈折率の増大も充分抑圧されると考えられる。
【００６７】
一方、ｎ型電極１５とｐ型電極１６とに挟まれた領域のうち電圧制御部材１７が含まれない領域ＩＩにおいては、導波路層１４に印加される電圧はほぼ全逆バイアス電圧ＶR totに等しくなる。このため、フランツ−ケルディシュ効果もしくはＱＣＳＥにより、領域ＩＩの導波路層１４の屈折率は、領域Ｉの導波路層１４の屈折率よりも大きくなる。
【００６８】
即ち、図６に示した計算結果から、複数のｎ型の電圧制御部材１７が周期的にｐ型クラッド層１３内に配置された構造に逆バイアス電圧を印加することにより、導波路層１４内に屈折率の周期構造が現れ、この屈折率の周期構造が実効的な回折格子となることが分かる。
【００６９】
つまり、導波路層１４内に実効的にピッチがΛｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：Ｍは自然数）の回折格子が形成されることとなり、ブラッグ反射の条件［数２］を満たす波長λBmで光が選択的に反射される状態になる。
【数２】
2013021120.tif 000004
但し、ｎmは導波路層１４の等価屈折率である。
【００７０】
以下、上記のように構成された本実施形態の半導体光反射器１０の動作を、図１を参照しながら説明する。
共通電極１５と個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃのいずれの間にも逆バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加されない場合、導波路層１４は、端面１８ａ側から端面１８ｂ側までｐ型クラッド層１３の屈折率とほぼ等しい一定の屈折率の光導波路として機能し、端面１８ａ、１８ｂの一方側から入射した光を他方側へ導波して出射する。
【００７１】
一方、不図示の直流電圧源から端子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを介して、共通電極１５と個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃのいずれかとの間に選択的に逆バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加された場合には、導波路層１４内に光導波方向に沿った規則的な電圧分布が生じる。この規則的な電圧分布により、導波路層１４内に光導波方向に沿った規則的な屈折率の分布が生じる。これにより、導波路層１４は、端面１８ａ、１８ｂの一方側から入射された光のうち、［数２］で決定される波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過させる。
【００７２】
なお、個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃのうちの２つ以上と共通電極１５との間に同時に逆バイアス電圧が印加されてもよい。例えば、個別電極１６Ａ、１６Ｃと共通電極１５との間に逆バイアス電圧Ｖ１、Ｖ３が印加される場合には、導波路層１４は、端面１８ａ、１８ｂの一方側から入射された光のうち、電圧制御部材群１７Ａ、１７Ｃの間隔Λ１、Λ３に基づいて［数２］で決定される波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過させる。
【００７３】
図７は、半導体光反射器１０の反射特性図である。即ち、半導体光反射器１０は、共通電極１５と個別電極１６Ａとの間に逆バイアス電圧Ｖ１が印加された場合には、波長λB1で反射率がピークとなる第１の反射特性Ｆ１を持つ。同様に、共通電極１５と個別電極１６Ｂ（または１６Ｃ）との間に逆バイアス電圧Ｖ２（またはＶ３）が印加された場合には、半導体光反射器１０は、波長λB2（またはλB3）で反射率がピークとなる第２（または第３）の反射特性Ｆ２（またはＦ３）を持つことになる。
【００７４】
従って、個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃのいずれかと共通電極１５との間に選択的に逆バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加することにより、半導体光反射器１０の反射特性を上記のような３つの反射特性Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のいずれかに切り換えることができる。
【００７５】
また、個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃのうちの２つ以上と共通電極１５との間に同時に逆バイアス電圧を印加し、複数の電圧制御部材群１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃのうちの対応する２つ以上に同時に電圧制御作用を持たせることにより、複数の反射特性Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のうちの任意の組み合わせの複数の反射特性を同時に持たせることもできる。
【００７６】
なお、逆バイアス電圧が印加されていない部分の導波路層１４は波長選択性を有していないので、逆バイアス電圧が印加されている部分の反射特性に影響を与えない。
【００７７】
また、反射波長は、各個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと共通電極１５との間に印加される逆バイアス電圧を変化させることにより、連続的に可変することもできる。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態の半導体光反射器においては、ｎ型電極とｐ型電極との間に逆バイアス電圧が印加されることにより、電圧制御部材が直上（あるいは直下）に存在する導波路層の部分にはほぼ電圧がかからず、一方、電圧制御部材が直上（あるいは直下）に存在しない導波路層の部分には逆バイアス電圧がほぼそのままかかる。このため、電圧制御部材が直上（あるいは直下）に存在しない導波路層の部分にフランツ−ケルディッシュ効果（バルク導波路）もしくはＱＣＳＥ（ＭＱＷ導波路）が働き、この部分の屈折率のみが増大する。
【００７９】
従って、上記電圧制御部材の間隔を周期的に配置することにより、本実施形態の半導体光反射器は、逆バイアス電圧が印加された場合のみ電圧制御部材の間隔で規定される屈折率周期を有する分布ブラッグ反射器として機能する。
【００８０】
また、本実施形態の半導体光反射器の動作は逆バイアス電圧の印加によるため、原理的に導波路層へのキャリア注入はない。このため従来の分布ブラッグ反射器で見られたような導波路層の光導波方向に沿ったキャリアの拡散による屈折率コントラストの低減現象を回避できる。
【００８１】
さらに、本実施形態の半導体光反射器では、導波路層へのキャリア注入がないことから、導波路構造の屈折率変化速度にキャリア寿命（１〜５ｎｓ）程度の遅れが生じることはない。このため、逆バイアス電圧のオン／オフに応じて、規則的な屈折率分布からなる回折格子のオン／オフをサブｎｓレベルで高速に切り換えることができる。
【００８２】
なお、不図示の筺体の内部に、本実施形態の半導体光反射器と、ｎ型電極及びｐ型電極の間に逆バイアス電圧を印加する不図示の直流電圧源と、を配置した半導体光反射装置を構成してもよい。
【００８３】
（第２の実施形態）
本発明に係る半導体レーザの実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
【００８４】
図８は、第２の実施形態に係る半導体レーザ３０の光導波方向に沿った断面図である。本実施形態の半導体レーザ３０は、第１の実施形態の半導体光反射器１０からなる光反射領域と光学利得領域を構造的に一体化したものである。
【００８５】
図８に示すように、半導体レーザ３０は、光を誘導放出するための活性層３１を有する光学利得領域と、活性層３１の少なくとも一端側に波長選択性を有して光を反射する光反射領域（第１の実施形態の半導体光反射器１０に相当）と、を備える。
【００８６】
即ち、半導体レーザ３０は、光反射領域のｎ型基板１１、ｎ型クラッド層１２、ｐ型クラッド層１３、及び共通電極１５が一端側に延長された構成を有している。
【００８７】
そして、延長されたｎ型クラッド層１２とｐ型クラッド層１３との間に、光反射領域の導波路層１４と連続する活性層３１が形成されていると共に、活性層３１の上面側に励起用電極３２が設けられている。
【００８８】
なお、光学利得領域と光反射領域の間に、半導体レーザ３０の発振波長を調整するための位相調整領域が形成されていてもよい。
【００８９】
以下、上記のように構成された本実施形態の半導体レーザ３０の動作を、図８を参照しながら説明する。
【００９０】
端子２０Ｄを介して励起用電極３２と共通電極１５との間に、順バイアス電圧印加により駆動電流Ｉｄが注入されると、活性層３１で光が放出され、その一部の光が導波路層１４に入射する。
【００９１】
第１の実施形態で述べた複数の電圧制御部材１７からなる第１〜第３の電圧制御部材群１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃと対応する部分の導波路層１４の反射波長は、活性層３１からの放出光の帯域内にあるものとする。
【００９２】
ここで、例えば、第１の電圧制御部材群１７Ａと対応して形成されている第１の個別電極１６Ａと共通電極１５との間に、不図示の直流電圧源から端子２０Ａを介して逆バイアス電圧Ｖ１が印加されると、活性層３１から導波路層１４に入射された光のうち、波長λB1の光が電圧制御部材群１７Ａの電圧制御作用により選択的に反射されることになる。
【００９３】
これにより、その波長λB1の光が端面３０ｂと第１の電圧制御部材群１７Ａの近傍の導波路層１４との間で繰り返し反射、増幅され、その一部が、例えば、端面３０ｂから出射される。
【００９４】
また、同様に、第２の電圧制御部材群１７Ｂと対応して形成されている第２の個別電極１６Ｂと共通電極１５との間に逆バイアス電圧Ｖ２が印加された場合には、第２の電圧制御部材群１７Ｂの電圧制御作用により波長λB2の光が出射される。
【００９５】
同様に、第３の電圧制御部材群１７Ｃと対応して形成されている第３の個別電極１６Ｃと共通電極１５との間に逆バイアス電圧Ｖ３が印加された場合には、第３の電圧制御部材群１７Ｃの電圧制御作用により波長λB3の光が出射されることになる。
【００９６】
従って、本実施形態に係る半導体レーザ３０は、活性層３１で誘導放出された光のうち、光反射領域によって反射された波長の光を選択的に発振することができる。
【００９７】
以下、本実施形態に係る半導体レーザ３０の製造方法の一例を図９〜図１１を用いて説明する。
【００９８】
まず、図９（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１００上に、ＩｎＧａＡｓＰからなる下部光閉じ込め（ＳＣＨ：Separated Confinement Heterostructure）層１０１、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層１０２、ＩｎＧａＡｓＰからなる上部ＳＣＨ層１０３を有機金属気相成長法により形成する。
【００９９】
なお、ＳＣＨ層１０１、１０３及び活性層１０２は、さらに多層の内部構造を有することが一般的である。即ち、多層の内部構造としてグレーデッドインデックスＳＣＨ構造やＭＱＷ構造など、広く知られている構造を採用することが可能であり、ＳＣＨ層は必須ではない。
【０１００】
活性層１０２がＭＱＷ構造からなる場合には、活性層１０２の材料としてＩｎＧａＡｓＰだけでなく、ＩｎＧａＡｓを用いてもよいし、Ａｌを含む層が含まれていてもよい。この場合、各層の組成は、目的とする発振波長帯に合わせて、適宜設計可能である。
【０１０１】
次に、上部ＳＣＨ層１０３の表面にＳｉＯ2膜１０４を形成した後、全面にレジスト（不図示）を塗布し、フォトリソグラフィによって最終的に光学利得領域となる部分にのみにレジストを残す。なお、上部ＳＣＨ層１０３とＳｉＯ2膜１０４の間に保護層を形成することも可能である。
【０１０２】
そして、反応性イオンエッチングなどのドライエッチング法あるいはフッ酸等によるウェットエッチング法を用いて露出したＳｉＯ2を除去する。引き続き、残ったＳｉＯ2膜１０４をエッチングマスクとしてドライエッチング法あるいは硫酸などによるウェットエッチング法を用いて、下部ＳＣＨ層１０１、活性層１０２、上部ＳＣＨ層１０３を部分的に除去する。図９（ｂ）は、残留レジストまで除去した状態を示している。
【０１０３】
この後、ＳｉＯ2膜１０４を成長阻害マスクとして、露出したＩｎＰ基板１００上にＩｎＧａＡｓＰからなる導波路層１０５を積層し、既に形成されているＳＣＨ層１０１、１０３及び活性層１０２とのバットジョイント接合を形成する。なお、この工程においては、活性層１０２の積層中心と導波路層１０５の積層中心を一致させるように成長を行うことが重要である。図９（ｃ）は、ＳｉＯ2膜１０４をフッ酸により除去した状態を示している。
【０１０４】
ここで、導波路層１０５のＩｎＧａＡｓＰの組成は、活性層１０２の組成よりバンドギャップが大きいものとなっている。例えば、発振波長１．５５μｍの半導体レーザを製造する場合であれば、導波路層１０５のＩｎＧａＡｓＰの組成は、１．２〜１．４５μｍの範囲に設定するとよい。
【０１０５】
続いて、図９（ｄ）に示すように、全面にｐ型ＩｎＰスペーサ層１０６と、ｎ型ＩｎＰの電圧制御部材１０７とを形成する。なお、スペーサ層１０６は、後にクラッド層を成長する際にクラッド層と一体化してその一部となる。
【０１０６】
次に、全面にレジストを塗布した後、電子ビーム描画法あるいは干渉露光法によってＤＢＲ領域（電圧制御部材群）となる部分に回折格子状レジスト１０８を形成する。図１０（ｅ）は、この状態を示している。
【０１０７】
そして、飽和臭素水等を用いたエッチャントによってウェットエッチングを行い、複数の電圧制御部材群からなる電圧制御部材１７を回折格子状にエッチングする。
【０１０８】
この場合、ｎ型ＩｎＰとｐ型ＩｎＰのエッチングレートの差は僅かなので、図１０（ｆ）に示すようにスペーサ層１０６の途中まで進んだところでエッチングを停止できるように時間調整を行う。なお、図１０（ｆ）は、エッチング後にレジストを除去した状態を描いている。
【０１０９】
次に、これらの全面を覆うようにｐ型ＩｎＰクラッド層１０６'を成長する。スぺーサ層１０６とクラッド層１０６'は同一組成のため、図１０（ｇ）ではこれらを一体化して描いている。
【０１１０】
次に、フォトリソグラフィとエッチングによって全体をストライプ状のメサに成形し、メサの両側をｐ型ＩｎＰ及びｎ型ＩｎＰによるＢＨ（Buried Heterostructure）層１１０、１１１で埋め込み、全体の上面にｐ型ＩｎＰ上部クラッド層１１２、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１３を形成して、結晶成長工程を完了する。
【０１１１】
引き続き、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１３上にｐ型電極１１４を形成する際、ｐ型電極１１４を複数に分離して形成する。この場合、ｐ型電極１１４の分離部分の分離抵抗をより高めるために、分離部分のコンタクト層１１３をエッチングによって除去することが望ましい。
【０１１２】
引き続き、ｎ型ＩｎＰ基板１００の底面を研磨することによって、上記の結晶成長工程を完了した多層構造体を１００μｍ程度の厚さに削った後、その研磨面にｎ型電極１１５を形成し、本実施形態の半導体レーザ３０が完成する。図１１（ｈ）、図１１（ｉ）は、上記の工程により形成された半導体レーザ構造の正面図と、光導波方向に沿った断面図とを示している。
【０１１３】
なお、半導体レーザの端面は劈開によって形成し、必要に応じて劈開によって形成された端面に誘電体薄膜によるコーティングを施す。例えば、光学利得領域側の端面に劈開面の反射率以下になるＬＲコート（不図示）を形成し、光反射領域側の端面に反射率１％程度のＡＲコート（不図示）を形成してもよい。また、光学利得領域側の端面にＡＲコートを形成し、この端面からの出射光を外部の波長連続可変光反射器との間で往復させ、レーザ発振させる構成としてもよい。
【０１１４】
なお、上記説明では、複数の電圧制御部材１７をｎ型ＩｎＰとしたが、Ｆｅドープ等による絶縁性ＩｎＰ（高抵抗材料）であってもよい。
【０１１５】
本実施形態の半導体レーザにおいては、第１の実施形態の半導体光反射器からなる光反射領域が光学利得領域と一体化されていることにより、異なる波長の縦モード発振を高速に切り換えることができる。
【０１１６】
なお、不図示の筺体の内部に、本実施形態の半導体レーザと、ｎ型電極及びｐ型電極の間に逆バイアス電圧を印加する不図示の直流電圧源と、励起用電極及びｎ型電極の間に順バイアス電圧印加により駆動電流を注入する不図示の直流電流源と、を配置した半導体レーザ装置を構成してもよい。
【０１１７】
（第３の実施形態）
本発明に係る半導体レーザの実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
【０１１８】
図１２は、第３の実施形態に係る半導体レーザ４０の概略構成を示す上面図であり、図１３は図１２のＡ−Ａ'断面図である。本実施形態の半導体レーザ４０は、第１の実施形態の半導体光反射器１０からなる光反射領域と、第２の実施形態に係る半導体レーザ３０の光学利得領域を構造的に一体化したものである。
【０１１９】
図１２、図１３に示すように、半導体レーザ４０は、光を誘導放出するための活性層３１を有する光学利得部４１と、波長選択性を有して活性層３１から誘導放出された光を反射する複数の光反射部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ（第１の実施形態の半導体光反射器１０に相当）と、活性層３１と各光反射部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが有する導波路層１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃとを結合する結合導波路４２を有する光結合部４３と、を備える。また、光反射領域側の端面にはＡＲコート（不図示）を形成する。
【０１２０】
即ち、半導体レーザ４０は、光反射部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのｎ型基板１１、ｎ型クラッド層１２、ｐ型クラッド層１３、及び共通電極１５が一端側に延長された構成を有している。光反射部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの各導波路層１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと、結合導波路４２とは、同じ材料で形成されている。
【０１２１】
光学利得部４１の上面側には励起用電極３２、各光反射部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの上面側には個別電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃが設けられている。
【０１２２】
以下、上記のように構成された本実施形態の半導体レーザ４０の動作を、図１２、図１３を参照しながら説明する。
【０１２３】
励起用電極３２と共通電極１５との間に、順バイアス電圧印加により駆動電流Ｉｄが注入されると、活性層３１で光が放出され、その一部の光が結合導波路４２を介して、各導波路層１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに入射する。
【０１２４】
ここで、例えば、端子２０Ｂを介して第２の個別電極１６Ｂに、逆バイアス電圧Ｖ２が印加されると、活性層３１から導波路層１４Ｂに入射された光のうち、波長λB2の光が選択的に反射されることになる。
【０１２５】
これにより、その波長λB2の光が端面４０ｂと導波路層１４Ｂとの間で繰り返し反射、増幅され、その一部が端面４０ｂから出射される。
【０１２６】
本実施形態の半導体レーザ４０は、第１及び第２の実施形態の効果に加えて、素子全体の設計の自由度を向上させることができるという効果を有する。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  半導体光反射器
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  光反射部
１１  ｎ型基板
１２  ｎ型クラッド層
１３  ｐ型クラッド層
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ  導波路層
１５  共通電極（ｎ型電極）
１６  ｐ型電極
１６Ａ  第１の個別電極
１６Ｂ  第２の個別電極
１６Ｃ  第３の個別電極
１７  電圧制御部材
１７Ａ  第１の電圧制御部材群
１７Ｂ  第２の電圧制御部材群
１７Ｃ  第３の電圧制御部材群
１８  エピタキシャルウエハ
１８ａ、１８ｂ  端面
１９  ｐ型スペーサ層
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  端子
３０  半導体レーザ
３０ａ、３０ｂ  端面
３１  活性層
３２  励起用電極
４０  半導体レーザ
４０ａ、４０ｂ  端面
４１  光学利得部
４２  結合導波路
４３  光結合部
【図１】
2013021120.tif 000005
【図２】
2013021120.tif 000006
【図３】
2013021120.tif 000007
【図４】
2013021120.tif 000008
【図５】
2013021120.tif 000009
【図６】
2013021120.tif 000010
【図７】
2013021120.tif 000011
【図８】
2013021120.tif 000012
【図９】
2013021120.tif 000013
【図１０】
2013021120.tif 000014
【図１１】
2013021120.tif 000015
【図１２】
2013021120.tif 000016
【図１３】
2013021120.tif 000017
【図１４】
2013021120.tif 000018
【図１５】
2013021120.tif 000019
【図１６】
2013021120.tif 000020