JPH11163464A

JPH11163464A - 分布帰還型半導体レーザ

Info

Publication number: JPH11163464A
Application number: JP34196797A
Authority: JP
Inventors: Takuo Morimoto; 卓夫森本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-18
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JP3450169B2

Abstract

(57)【要約】【課題】均一グレーティングＤＦＢレーザでは、大き
な閾値利得差が得られず、シングルモード歩留りも悪
く、一方、λ／４シフトＤＦＢレーザでは、大きな光出
力が得られないという問題を解決する。【解決手段】ＡＲ−ＡＲコーティングのλ／４シフト
ＤＦＢレーザにおいて、位相シフト点より前方の回折格
子の共振器軸方向の長さをL₂，位相シフト点より後方の
回折格子の共振器軸方向の長さをL₁，位相シフト点より
前方の回折格子の結合係数の平均値をκ₂ ，位相シフト
点より後方の回折格子の結合係数の平均値をκ₁ とした
場合、 L₁＜L₂， κ₁・L₁ ＞κ₂・L₂ としたことを特
徴とする。

Description

【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
レーザに関し、特に結合係数が共振器軸方向で変化する
分布帰還型半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】回折格子を備えた分布帰還型半導体レー
ザ(Distributed Feedback Laser ：以下、ＤＦＢレーザ
と称する) は、Bragg 反射を利用することにより、変調
時においても単一波長のレーザ発振動作が得られること
から、長距離光ファイバ通信に広く用いられている。そ
して現在広く用いられているＤＦＢレーザには、均一グ
レーティングＤＦＢレーザと、λ／４位相シフトＤＦＢ
レーザがある。

【０００３】均一グレーティングＤＦＢレーザは、回折
格子のピッチが一定で位相の飛びもなく、共振器の両端
面は無反射コーティング膜（以下、ＡＲコーティング膜
と称する）と高反射コーティング膜（以下、ＨＲコーテ
ィング膜と称する）が施されている。またλ／４位相シ
フトＤＦＢレーザは、共振器軸方向の中央にλ／４位相
シフト点があり、共振器の両端面はＡＲ−ＡＲコーティ
ングが施されている。

【０００４】上述のように均一グレーティングＤＦＢレ
ーザは、ＡＲ−ＨＲコーティングを施してあるためＡＲ
側から大きな光出力が得られるが、λ／４位相シフトＤ
ＦＢレーザは基本的には両端面からの光出力が同じなの
で、均一グレーティングＤＦＢレーザに比べて前方から
取り出せる光出力が小さくなる。然しながら均一グレー
ティングＤＦＢレーザは、λ／４位相シフトＤＦＢレー
ザに比べ、シングルモード性が劣り製造上の歩留りが悪
く、またレーザをデジタルで変調した時の動的なシング
ルモード性も劣るため、光通信に使用した場合に信号誤
り率が大きくなるという欠点がある。

【０００５】シングルモード性を定量的に扱う値とし
て、通常Δαで表される閾値利得差がある。レーザは、
光導波路の利得がある値以上になるとレーザ発振し、こ
のレーザ発振の利得を閾値利得と言うが、ＤＦＢレーザ
では異なった波長で発振するそれぞれのモードに対して
閾値利得がある。そして最も低い閾値利得を有するモー
ドと次に低い閾値利得を有するモードとの、閾値利得の
差を閾値利得差Δαと言うが、構造上、λ／４位相シフ
トＤＦＢレーザでは大きな閾値利得差が得られるが、均
一グレーティングＤＦＢレーザでは小さな閾値利得差し
か得られない。

【０００６】均一グレーティングＤＦＢレーザとλ／４
位相シフトＤＦＢレーザとは、光通信に使用する場合、
それぞれ上述のような合い反する長所と短所があり、こ
れらの短所を解消するレーザの研究が行われている。例
えば、昭和６０年度電子通信学会半導体・材料部門全国
大会、論文番号３１０（1985）では、λ／４位相シフト
ＤＦＢレーザにおいて、ＡＲ−ＨＲコーティングを施
し、位相シフト位置を後方のＨＲ側にずらすことによっ
て、閾値利得差をある程度の値に保持しながら前方光出
力を大きく取り出す方法が提案されている。

【０００７】然しながらＨＲコーティングを施したＤＦ
Ｂレーザは、一般に回折格子の端面位相により閾値利得
差が変動し、このため論理的にある確率でシングルモー
ド不良が発生する。このためＡＲ−ＨＲコーティングを
施した非対称型λ／４位相シフトＤＦＢレーザは、均一
グレーティングＤＦＢレーザよりシングルモード歩留り
が向上したとしても、ある一定の割合で不良が発生する
のを避けられない。

【０００８】また、ＡＲ−ＡＲコーティングのλ／４位
相シフトＤＦＢレーザにおいても、前方光出力と後方光
出力を異ならせようとする研究がなされている。例え
ば、"Asymmetric λ/4-Shifet InGaAsP/InP DFB Laser
s" M.Usami et.(IEEE J. Quantum Electron., QE-23,
p.815〜821，１９８７年６月) では、共振器軸方向の中
央からλ／４位相シフト点を前方にずらすことにより、
それ程シングルモード性を損なわずに前方光出力を向上
させる方法を開示している。

【０００９】また例えば特公平１−３７８７２号公報で
は、位相シフト点の前後で回折格子の高さを変化させ
て、前方光出力と後方光出力とを変化させる方法を開示
している。また、このような回折格子の高さを変化させ
た場合の解析については、例えば、" λ/4-Shifet InGa
AsP/InP DFB Lasers" k.Utaka et.(IEEE J. QuantumEle
ctron., QE-22, p.1042〜1051 ，１９８６年７月) に述
べられている。

【００１０】以下、従来の分布帰還型半導体レーザにつ
いて、図面を参照して説明する。図９は、従来のこの種
の分布帰還型半導体レーザの構成の一例を示す断面図で
ある。図９において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２は回折格
子、３はｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、４はＳＣＨ−歪
ＭＱＷ層、５はｐ−ＩｎＰクラッド層、６はｐ−コンタ
クト層、７はｐ側電極、８はｎ側電極、９はＡＲコーテ
ィング膜を示す。表面面方位が（１００）のｎ型ＩｎＰ
基板１に、共振器軸方向に対して中央の位置にλ／４位
相シフトのある回折格子２が刻まれる。回折格子２のピ
ッチは光導波路内の光の波長の半分であることから、こ
の位相シフトは、回折格子の位相をπずらしたものであ
る。

【００１１】図９に示すλ／４位相シフトＤＦＢレーザ
の特徴的なとことは、回折格子２の山の高さをλ／４位
相シフト位置から前方側では低くし、後方側では高くし
ている点である。この回折格子２を形成した基板１の上
には、厚さが100nm でバンドギャップ波長が1.15μmの
(1.15μm 組成の) ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層３、活
性層、ｐ−ＩｎＰクラッド層５が積層される。近年で
は、活性層にＳＣＨ−歪ＭＯＷ層４が用いられる。ＳＣ
Ｈとは、Separate Confinement Heterostructureの略で
あり、歪ＭＱＷの両側にＩｎＧａＡｓＰ層が設けられて
光閉じ込め効果を有しており、ＭＯＷとは、Multi-Quan
tum Wellの略であり、多重量子井戸構造と呼ばれるもの
である。

【００１２】このような回折格子を有した光導波路で
は、共振器軸方向に等価屈折率が例えば、 n =n₀+n₁・c
os( ２β₀z+ Ω) のように周期的に変動している。ここ
で真空中の光の波数をk₀とおいて、 κ =k₀n₁/2 と定
義されるκを結合係数と呼ぶ。図９に示すレーザは、λ
／４シフト点の前後で結合係数κを変化させるために、
回折格子の高さを変化させている例であるが、結合係数
κを変化させるために回折格子のデューティを変える構
成のものもある。

【００１３】ＤＦＢレーザでは、光のフィールド強度を
共振器軸方向分布でなるべくフラットにするため、設計
上、結合係数κを共振器軸方向で変化させると良い場合
がある。例えば特開平８−２５５９５４号公報では、λ
／４シフトＤＦＢレーザにおいて、λ／４位置でフィー
ルドが大きくなりキャリア密度が小さくなる軸方向のス
ペーシャルホールバーニングを抑制するために、回折格
子のデューティを変化させ、共振器軸方向の中央部分で
結合係数を小さくしている。この場合、回折格子の高さ
を変化させる構成ではないので、製造は比較的容易に行
える。

【００１４】同じ目的で、特公平８−１７２６２号公報
では、高次の回折格子を用いることを前提としている。
然しながら２次の回折格子は１次の回折格子に比べて、
Bragg 反射による分布帰還が格段に弱まるため最適設計
とならず、実際にこのような方法を適用した製品例はな
い。

【００１５】またアナログ用途のＤＦＢレーザでは、注
入電流に対する光出力特性のリニアリティを向上させる
ために、特に、共振器軸方向の光のフィールドフラット
ネスが要求される。均一グレーティングＤＦＢレーザに
おいて、このようなフィールドフラットネスを実現する
ためには、ＡＲ側の結合係数を大きく、ＨＲ側の結合係
数を小さくすればよいが、特開平９−６４４５６号公報
では、選択成長の成長阻止マスク幅より、エピタキシャ
ル層の層厚が変化することを利用して、共振器軸方向の
結合係数を変化させている。アナログ性能を向上させる
という同じ目的をもった例としては、特開平６−３１０
８０６号公報があり、この場合はＡＲ側の一部にのみ回
折格子を持たせ、ＨＲ側の領域の回折格子を無くしてい
る。

【００１６】また均一グレーティングに比べ、位相シフ
トを回折格子に導入するのは、製造が難しいという欠点
がある。例えば特開昭６１−２２２１８９号公報では、
活性層の上下に回折格子を設け、それらの回折格子のピ
ッチをずらしてシングルモード発振するようにしてい
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の分布帰
還型半導体レーザは、以下のような問題点があった。第
１には、従来の非対称型λ／４シフトＤＦＢレーザにお
いては、対称型λ／４シフトＤＦＢレーザに比べ前方光
出力は増すものの閾値利得差が悪く、近年の光デジタル
通信に要求される符号誤り率の基準を満たすことができ
ない。また、シングルモード歩留まりも低下するためコ
スト高になるという問題がある。

【００１８】例えばＡＲ−ＨＲコーティングを施した昭
和６０年度電子通信学会半導体・材料部門全国大会、論
文番号３１０に開示されている技術では、ＨＲ側で端面
位相の影響を受けるため、一定の確率で不良が発生す
る。また、ＡＲ−ＡＲコーティングのλ／４シフトＤＦ
Ｂレーザに対して、位相シフト位置から後方側の長さを
Ｌ₁ ，その結合係数をκ₁ 、位相シフト位置から前方側
の長さをＬ₂ ，その結合係数をκ₂ としたとき、L₁＞
L₂，κ₁=κ₂ として非対称とした場合や、特公平１−３
７８７２号公報のようにL₁=L₂ ，κ₁ ＞κ₂ として非対
称とした場合、対称型に比べて閾値利得差と共振器軸方
向のフィールドフラットネスが悪化する。

【００１９】閾値利得差の悪化は、符号誤り率の悪化，
シングルモードの歩留まりの悪化に結びつくが、フィー
ルドフラットネスの悪化もシングルモード性の悪化に結
びつく。すなわち共振器軸方向で光のフィールド分布が
生じると、それに応じて活性層のキャリア濃度分布が生
じ、このため光の導波路の等価屈折率が共振器軸方向で
変化するが、これが閾値利得差の悪化に結びついてシン
グルモード性が悪くなる。

【００２０】第２には、例えば特公平１−３７８７２号
公報のように、結合係数を共振器の途中でκ₁ ＞κ₂ の
ように変化させることが製造上非常に難しいという問題
がある。今日、歪ＭＯＷは、有機金属気相成長法（以
下、ＭＯ−ＶＰＥ法と呼ぶ）で結晶成長させるが、この
とき基板上に形成した回折格子を、フォスフィン(PH₃)
，アルシン(AsH₃)雰囲気中で昇温中に崩して、所望の
高さを得ている。従って共振器軸方向でその高さが変化
する回折格子の製造再現性が十分確保できないからであ
る。

【００２１】なお上述した特開平８−２５５９５４号公
報では、回折格子の高さは一定としデユーティ比を変化
させているが、長波光通信用のＤＦＢレーザでは回折格
子のピッチは２００ｎｍ〜２５０ｎｍ程度であり、１つ
の回折格子の山の長さは１００ｎｍ〜１２０ｎｍ程度で
あり、この長さを変調しようとすると、１０ｎｍオーダ
のパターン形成精度が要求されることになり、このよう
なパターン形成技術は今日の量産技術には存在しないた
め同様に製造が困難である。

【００２２】また、上述の特開平９−６４４５６号公報
では、選択成長の成長阻止マスク幅により、エピタキシ
ャル層の層厚が変化することを利用して、共振器軸方向
の結合係数を変化させることとしており、この方法を用
いれば回折格子の高さを精度良く形成できるが、選択成
長のマスク幅依存性を利用するため、回折格子の高さの
変化にも限度があり、従って非対称λ／４シフトＤＦＢ
レーザのように、かなりの大きさで回折格子の高さを変
化させたい場合には適用できない。

【００２３】また、上述の特開昭６１−２２２１８９号
公報のように、活性層の上下に回折格子を設けることに
より、製造の難しい位相シフトを用いずに閾値利得を向
上させようとする試みの場合でも、確率的にシングルモ
ードの不良が発生する。活性層の上下では、互いの回折
格子の位相差を制御することができず、その位相の違い
により閾値利得差が著しく低下する場合が生じるからで
ある。

【００２４】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、λ／４位相シフトＤＦＢレーザと比
べても閾値利得差を良好に維持できると共に端面位相の
影響を受けず、且つ均一グレーティングＤＦＢレーザ並
の光出力が得られる製造が容易なＤＦＢレーザを提供す
ることを目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】ＨＲコーティング面での
回折格子の端面位相依存性は、ＤＦＢレーザではつきも
のの問題である。特に閾値利得差という特性でみると、
ＨＲコーティング面の端面位相が変われば、必ず閾値利
得差が悪化する条件が出てくる。従ってＨＲコートを施
せば、シングルモード歩留りが論理上１００％になるこ
とはあり得ない。ＡＲ−ＡＲコーティングにして、はじ
めて端面位相の問題を除くことができるようになる。

【００２６】そこでＡＲ−ＡＲコーティングのλ／４位
相シフトＤＦＢレーザについて考え、位相シフトの点か
ら後方部分の長さをＬ₁ 、結合係数をκ₁ 、位相シフト
点から前方部分の長さをＬ₂ 、結合係数をκ₂ として、
これらのパラメータを変化させることを考える。このと
きκ₁L₁ ＞κ₂L₂ となっていれば、後方部のBragg 反射
が大きいため、前方出力が大きくなる。κ₁L₁ ＞κ₂L₂
を実現するため、L₁＞L₂、κ₁=κ₂ とする方法と、κ₁
＞κ₂、L₁=L₂ とする方法を考えると、どちらも対称型
λ／４シフトＤＦＢレーザより閾値利得差が悪化する。
しかし、まだ位相シフト位置を動かさず結合係数だけ変
化させた方が閾値利得差の悪化量は小さい。またフィー
ルドフラットネスについても結合係数だけ変化させる方
が良好である。

【００２７】そこで、κ₁L₁ ＞κ₂L₂ を満たしながら、
κ₁ ＞κ₂ 、L₁＜L₂と、結合係数を大きく変化する方法
について検討してみると、対称型λ／４シフトＤＦＢレ
ーザより閾値利得差が向上する条件が存在することが解
った。このとき位相シフト位置のみ変化させる場合や、
結合係数のみ変化させる場合に比べ、フィールドフラッ
トネスも向上している。

【００２８】このような大きなκの変化を共振器軸方向
で形成するのも大きな問題である。実際のＭＯ−ＶＰＥ
成長を考えると、回折格子の高さを変化させることは、
相当難しい。そこで回折格子の高さを一定という条件
で、結合係数κを変化させることを考える。結合係数
は、導波路方向に等価屈折率が三角関数で変化している
変化幅に比例している量である。そこで三角関数の足し
合わせの性質を利用し、導波路に平行して複数のグレー
ティングを形成し、これらのグレーティングを領域ごと
に位相差を変化させることにより、合計の結合係数を変
化させることができる。

【００２９】また、このような複数の回折格子の製造
は、今日のＥＢ技術を用いれば、同一面内に違ったピッ
チや位相の回折格子を形成することが可能である。ま
た、同じ高さの回折格子を所々間引くことによって、平
均的に結合係数を変化させることができる。特に、回折
格子の有る領域と無い領域の繰り返しを共振器軸方向に
対して斜めに設定すれば、共振器軸方向の結合係数の変
化はなだらかになり、また活性層形成位置が共振器方向
に対して垂直の方向にずれたとしても、平均の結合係数
が変化することはない。

【００３０】具体的な構成としては、本発明の分布帰還
型半導体レーザは、回折格子上にλ／４の位相シフト点
を有する分布帰還型半導体レーザにおいて、主レーザ光
を出射する方向を前方，参照レーザ光を出射する方向を
後方，前記位相シフト点より前方の回折格子の共振器軸
方向の長さをL₂，前記位相シフト点より後方の回折格子
の共振器軸方向の長さをL₁，前記位相シフト点より前方
の回折格子の結合係数の平均値をκ₂ ，前記位相シフト
点より後方の回折格子の結合係数の平均値をκ₁ とした
場合、 L₁＜L₂， κ₁ ・L₁ ＞κ₂・L₂ としたことを特徴とする。

【００３１】また、κ₁ ・L₁ - κ₂・L₂＞0.1としたこと
を特徴とする。

【００３２】また、κ₁ ・L₁ - κ₂・L₂＜１としたことを
特徴とする。

【００３３】また、L₁/(L₁+L₂)＞0.1としたことを特徴
とする。

【００３４】また、主レーザ光を出射する方向を前方，
参照レーザ光を出射する方向を後方，前記位相シフト点
より前方の回折格子の共振器軸方向の長さをL₂，前記位
相シフト点より後方の回折格子の共振器軸方向の長さを
L₁とした場合、L₁＜L₂であって、前記位相シフト点より
前方の回折格子の結合係数を積分した値を、前記位相シ
フト点より後方の回折格子の結合係数を積分した値より
小さくしたことを特徴とする。

【００３５】また、共振器長をL ，該共振器後方端面か
らこの共振器軸方向前方へ設けられた回折格子の長さを
L'（L'＜L)としたことを特徴とする。

【００３６】また、前記位相シフト点より前方の回折格
子の結合係数を一定とし、前記位相シフト点より後方の
回折格子の結合係数を一定としたことを特徴とする。

【００３７】また、周期又は位相差を異ならせた複数の
グレーティングの組合せにより、結合係数が共振器軸方
向で変化する回折格子を備えたことを特徴とする。

【００３８】また、前記複数のグレーティングの各周期
は一定とし、前記共振器軸方向の所定領域ごとそれぞれ
のグレーティングの位相差を変化させ、前記回折格子の
結合係数を前記共振器軸方向で段階的に変化させること
を特徴とする。

【００３９】また、結合係数を大きくする領域では前記
複数のグレーティングの位相を互いに一致させ、結合係
数を小さくする領域では前記複数のグレーティングの位
相を互いにずらせることを特徴とする。

【００４０】また、前記複数のグテーティングの周期を
それぞれ僅かに異ならせ、結合係数が連続的に変化する
回折格子を備えたことを特徴とする。

【００４１】また、前記複数のグテーティングは、前記
共振器軸方向に並列して左右に別れた２つのグレーティ
ングで形成されることを特徴とする。

【００４２】また、前記２つのグレーティングは、その
周期数が前記共振器長L 内で互いに１周期だけ異なるよ
うに僅かに周期を異ならせ、それぞれの共振器端面で位
相が一致し、共振器中央で位相がπだけずれた構成を特
徴とする。

【００４３】また、前記２つのグレーティングは、光導
波路を選択成長で形成する活性層幅を変調し、選択成長
部の両端面に形成されることを特徴とする。

【００４４】また、前記複数のグレーティングの凹凸の
深さを一定としたことを特徴とする。

【００４５】また、前記共振器長L より十分小さい間隔
でグレーティングを形成する領域とグレーティングを形
成しない領域とを繰り返して設けることとし、これらの
領域の比率を変化させることで平均的な結合係数を変化
させる回折格子を備えたことを特徴とする。

【００４６】また、前記グレーティングを形成する領域
とグレーティングを形成しない領域との繰り返しパター
ンを前記共振器軸方向に対して斜めに設けたことを特徴
とする。

【００４７】さらに、ある領域ではグレーティングの山
をｍ個中ｎ個の割合で残し、他の領域ではグレーティン
グの山をｐ個中ｑ個（ｍ，ｎ，ｐ，ｑは共に１以上の自
然数でｍ＞ｎ，ｐ＞ｑ）残すことによって、平均的な結
合係数をｎ／ｍ：ｑ／ｐの比率で変化させる回折格子を
備えたことを特徴とする。

【００４８】

【発明の実施の形態】実施形態１．以下、本発明の実施
の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実
施形態１を説明するための分布帰還型半導体レーザの構
造を示す断面図であり、従来の分布帰還型半導体レーザ
の図９と対応する図である。図１において、１はｎ型Ｉ
ｎＰ基板、２は回折格子、３はｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイ
ド層、４はＳＣＨ−歪ＭＱＷ層（活性層）、５はｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層、６はｐ−コンタクト層、７はｐ側電
極、８はｎ側電極、９はＡＲコーティング膜を示す。

【００４９】図１に示すように、本発明の実施形態１で
は、ｎ型ＩｎＰ基板１の上に、回折格子２が設けられ、
その上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層３，活性層４，ｐ
−ＩｎＰクラッド層５が設けられている。回折格子２に
は、共振器長ＬをＬ₁ とＬ₂ に分ける点に、λ／４の位
相シフト点が設けられている。ここでＬ₁ 側を後方，Ｌ
₂ 側を前方とし、後方側の結合係数をκ₁ ，前方側の結
合係数をκ₂ とすると、回折格子２は、κ₁ ＞κ₂ ，
L₁＜L₂ であり、且つ κ₁L₁ ＞κ₂L₂の条件を満たす
ように形成されている。

【００５０】活性層４は、バルクでも構わないが光出力
特性に優れたＳＣＨ−歪ＭＱＷ層４が望ましい。またｎ
−ＩｎＧａＡｓＰガイド層３とＳＣＨ−歪ＭＱＷ層４と
の間には、歪ＭＱＷの結晶性を向上させるために、ｎ−
ＩｎＰスペーサを挟んでも良い。この活性層４は、横幅
を1.5μm 程度とし、その両サイドに電流ブロック層を
設けたＢＨ(Buried Heterostructure)構造とするのが望
ましい。そして、活性層４，ＢＨ構造の上部には、ｐ−
コンタクト層６を積層して、ｐ側電極７を形成し、ｎ型
ＩｎＰ基板１の裏面にはｎ側電極８を形成し、また両端
面には反射率が２％以下のＡＲコーティング膜９を設け
た構造としている。

【００５１】このような構造とすることにより、前方の
光出力を後方の光出力より大きくすることができ、且つ
良好な閾値利得差を得ることができるようになる。すな
わち前方の光出力をＰ_f ，後方の光出力をＰ_r としたと
き、P_f/P_rがおよそexp(a(κ₁L₁-κ₂L₂)) になる。κL=
1.8 の対称型λ／４シフトレーザを基準に考えて、非対
称にしていった場合、上式の中のａは約2.2 である。

【００５２】対称型λ／４シフトＤＦＢレーザにおいて
も端面の残留反射により、端面位相によっては前方／後
方比が１ではなくなるため、実際に製造するときのチッ
プ選別工程において、両端面から光出力を測定して、大
きいパワーの出る方を前方とする工程が必要であり、チ
ップの選別工程が均一グレーティングＤＦＢレーザより
長くなる。従ってλ／４シフトＤＦＢレーザにおいて、
決まった一方の端面からの光出力を大きく出来ること
は、チップ選別工程を短縮する上からも有効である。

【００５３】従って図１に示すような非対称型λ／４シ
フトＤＦＢレーザにおいて、端面位相による前方後方出
力比のバラツキを上回って、必ず一方からの出力を大き
くさせるためには、設計上最低1.2 倍の前方後方比を持
たせる必要がある。この要求は、κ₁L₁-κ₂L₂ ＞0.1
を満たすように回折格子を形成すれば良い。

【００５４】一方、前方後方比を際限なく大きくするこ
とはできない。ＡＲ−ＡＲコーティングを前提としてい
る以上、前方後方比の比率で両端面近傍の光のパワー密
度は異なっている。この比率が大きいと、スペーシャル
ホールバーニングによりキンク(kink)が発生する。これ
を防ぐためには前方後方出力比を１０倍以上にすること
はできない。従って κ₁L₁-κ₂L₂ ＜１を満たす必要
がある。また、良好な閾値利得差と余裕のある製造トレ
ランスを得るためには、L₁/(L₁+L₂)＞0.1 を満たしてお
いた方が良い。

【００５５】また、残留反射による端面位相の影響は、
閾値利得差，前方後方比などに及ぶので、端面反射率は
出来れば0.5 ％以下に抑えるのが良い。そうすれば全て
の端面位相で良好な閾値利得差が得られ、シングルモー
ド歩留まりは、理論的には、100 ％となる。

【００５６】上述の実施形態１の説明では、活性層４の
下に回折格子２のある下グレーティング構造について述
べたが、上グレーティングでも、また活性層の横にグレ
ーティングのある構造でも良い。また上述の実施形態１
の説明では、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの界面を波打たせ
ることにより回折格子を形成しているが、ＩｎＰの中に
飛び飛びにＩｎＧａＡｓＰを形成する方法で回折格子を
形成することとしても良い。また上述の実施形態１の説
明では、基板の導電型をｎ型としているが、勿論ｐ型で
も構わないし、その素材もＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系以
外の、例えばＩｎＧａＡＩＡｓ系などの半導体材料でも
構わない。また、このような分布帰還型半導体レーザを
変調器などと集積化することも可能である。

【００５７】なお、最初に必要な条件として、 κ₁ ＞κ₂ ， L₁＜L₂， κ₁L₁ ＞κ₂L₂ という３つの条件を挙げているが、κ₁ ＞κ₂ は他の２
つの条件より導けることから、必要条件としては、L₁＜
L₂， κ₁L₁ ＞κ₂L₂ の２つの条件で十分である。但
し、ここで言うκ₁ ，κ₂ はそれぞれ結合係数の平均値
であり、本明細書で使用するκは、結合係数又は結合係
数の平均値を言うこととする。κがもう少し細かく変化
するときの場合に拡張すると、その条件は、L₁＜L₂
と、０からL₁までのκの積分値＞L₁からL までのκの
積分値、となり、積分形式で一般化することもできる。

【００５８】すなわちλ／４位相シフトＤＦＢレーザの
前方光出力を向上させる目的で前方後方非対称構造とす
る場合、κを非対称とする場合でもＬを非対称とする場
合でも、対称なλ／４位相シフトＤＦＢレーザよりシン
グルモード歩留りが悪化する。具体的には閾値利得差Δ
αが対称なλ／４位相シフトＤＦＢレーザより悪化し、
光のフィールド分布も大きくなるため、キンクが生じた
りサイドモード抑制比(SMSR)が悪化し、通信用途では雑
音が大きく使用できなくなる。本実施形態１では、前方
光出力を向上させるため、κ₁L₁ ＞κ₂L₂ とするが、且
つ L₁＜L₂ とすることで、良好な閾値利得差を得るこ
とができ、最適ポイントでは、対称なλ／４位相シフト
ＤＦＢレーザより大きな閾値利得差Δαを得ることがで
き、且つフィールドの強度分布を一様にさせることとし
たものである。このことにより本実施形態の分布帰還型
半導体レーザは、従来のλ／４位相シフトＤＦＢレーザ
に比べ、サイドモード抑圧比、キンク歩留まり、単一軸
モード歩留まりが向上し、全体で従来３０％程度であっ
た歩留まりを７０％程度に向上させることができるよう
になる。

【００５９】実施例１．次に本発明の実施例１を図１を
参照して説明する。図１に示すように本実施例１の分布
帰還型半導体レーザは、（１００）の面方位のｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１の上に、［０１１］方向に波打っている回折格
子２が形成されているものとする。この回折格子２のピ
ッチは、1.3μm 帯ＤＦＢレーザでは203nm 、1.55μm帯
のＤＦＢレーザでは243nm とする。共振器長Ｌは450μm
とし、この後端面側からL₁=171μmの位置に、λ／４位
相シフトが設けられている。従ってこの位相シフト位置
から前端面までの距離は、L₂=l79μmで、L₁/(L₁+L₂)=L₁
/L=0.38 としている。

【００６０】回折格子２の高さは、後方側で45nm，前方
側で15nmとする。この回折格子２の上には、厚さが100n
m で1.15μm組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層３と、
ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層４が形成され、ｐ−ＩｎＰグラッド
層５が積層されている。ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層４は、５層
の圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰウエル層と、引っ張り歪ＩｎＧ
ａＡｓＰバリア層からなる応力歪補償型の歪ＭＱＷであ
る。圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰウエル層の厚さを4.5nm 、引
っ張り歪ＩｎＧａＡｓＰバリア層の厚さを10nmとする。

【００６１】このような層構造において結合係数を、後
方部，前方部それぞれにおいて、κ₁ L=3.3 ， κ₂ L=
1.1 とすると、前方後方出力比は P_f /P_r =4 となり、
閾値利得差ΔαＬは、ΔαL=0.76と十分大きな値が得ら
れる。この構造のＤＦＢレーザと同じ閾値利得が得られ
る対称型λ／４シフトＤＦＢレーザを考えると、κL=1.
8 とした場合、ΔαL=0.73となるので、対称型λ／４シ
フトＤＦＢレーザより良い閾値利得差が得られることが
解る。

【００６２】実施形態２．以下、本発明の実施形態２に
ついて図面を参照して説明する。図２は、本発明の実施
形態２の分布帰還型半導体レーザの構造を示す断面図で
ある。本実施形態２は、回折格子２を後端面（Ｐ_r ）か
ら一定距離までしか設けず、回折格子構造のある部分と
無い部分とを形成する。例えば共振器長をＬとした場
合、回折格子の長さＬ’をＬ＜Ｌ’とする。また回折格
子構造のある部分と無い部分との活性層構造は同じで、
ｐ電極，ｎ電極も共通とする。すなわち本実施形態２で
は、ｎ型ＩｎＰ基板１上の回折格子２は、後端面（Ｐ
_r ）側から例えばL'=0.4L の領域までしか形成されてお
らず、前方側0.6Lの領域には回折格子は形成されていな
い。またλ／４の位置は後端面から0.2Lの位置に設けら
れている。回折格子２の有る領域では、結合係数を一
定、例えばκL=7.5 としている。

【００６３】この図２（Ａ）に示す構造は、後方部0.4L
の領域に対称型λ／４シフトＤＦＢレーザがあり、その
前方0.6Lの領域に光アンプがある構造と等価になり、λ
／４シフトＤＦＢレーザの良好な閾値利得差と、アンプ
による大きな前方光出力とが得られる構造とできる。

【００６４】具体的には、この構造で閾値利得差ΔαＬ
は約1.8 、前方後方比は約2.7 倍が得られる。ΔαＬが
非常に大きい理由は、ΔαＬはほぼ一定と考えられるた
め、実行的なＬを小さくすると、Δαが大きくなるから
である。回折格子のある部分の長さで考えると、Δα
(0.4L)は約0.71であり、通常のλ／４シフトＤＦＢレー
ザと同等である。またこの構造の場合、共振器長が同じ
対称型λ／４シフトＤＦＢレーザに比べ、波長スペクト
ルのモード間隔が広がり、閾値利得差Δαが大きくなる
ため、動的シングルモード性に非常に優れている。そし
て閾値利得差Δαが大きいため、デジタル光通信におい
てエラーレートの低い光伝送が可能となり、且つ前方光
出力が大きいため光伝送の長距離化が可能となる。

【００６５】この実施形態２のλ／４シフトＤＦＢレー
ザは、上述の実施形態１の非対称型λ／４シフトＤＦＢ
レーザと、次のような条件を満たす同じカテゴリのもの
と言える。 L₁＜L₂，（κの０からL₁までの積分値）/ L₁ ＞（κのL₁からL
までの積分値）/L₂ ，この条件においては、z=L₁の位置にλ／４シフトがあ
り、２番目の条件はz ＜L₁の領域の結合係数の平均値
が、z ＞L₂の領域の結合係数の平均値より大きいことを
意味している。

【００６６】上述の実施形態１の非対称λ／４シフトＤ
ＦＢレーザが、対称型λ／４シフトＤＦＢレーザより閾
値利得差Δαが良いのは、モード結合方式の理論計算か
ら得られたものであるが、これは逆の意味で言えば本実
施形態２に示す、部分λ／４シフトＤＦＢレーザに近い
と理解できるからである。

【００６７】実施形態３．例えば上述の実施形態１に示
す分布帰還型半導体レーザでは、回折格子の結合係数κ
を軸方向に変化させる必要性がある。この結合係数κは
ほぼ回折格子のグレーティング高さに比例するため、こ
れを変化させれば良いのであるが、実際のグレーティン
グ埋め込み成長でグレーティング保存高さ（凹凸の深
さ）を各領域によって変化させることは困難である。従
って本実施形態３では、光導波路の上または下にグレー
ティングを左右に分けて並列させ、κを高める必要のあ
る領域では左右のグレーティングの位相を合わせ、κを
低くする必要のある領域では左右のグレーティングの位
相をずらす構造とする。以下、この実施形態３を図面を
参照して説明する。

【００６８】図３は、本発明の実施形態３を説明するた
めの回折格子構造を示す斜視図である。上述したように
結合係数を共振器軸方向で変化させることができれば、
良好なＤＦＢレーザ特性が得られるが、実際の製造では
結合係数の変化を回折格子の高さで変化させることは難
しい。従って本実施形態３では、回折格子の高さを一定
とながら結合係数を変化させる構造とする。本実施形態
３の分布帰還型ＤＦＢレーザは、図３に示すように、先
ず表面面方位が（１００）のｎ型ＩｎＰ基板１に、［０
１１］方向に伸びた幅3μm の二酸化シリコン膜１０を
二対、間隔1.8μm で形成する。この二酸化シリコン膜
１０は、活性層をＭＯ−ＶＰＥ選択成長で形成するため
の成長阻止マスクとなる。ＤＦＢレーザの活性層を選択
成長で形成する理由は、活性層幅を制御良くバラツキを
少なく製造するためであり、この結果として結合係数や
発振波長を精密に制御でき、活性層幅のうねりによるキ
ンクの発生を無くすことができる。このＭＯ−ＶＰＥの
選択成長で、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰのエピタキシャル
成長を行うが、原料ガスは、ＴＭＩ、ＴＭＧ、ＡｓＨ
₃ 、ＰＨ₃ を用い、有機金属は水素のバブリングにより
供給する。ドーピングについては、適宜、Ｓｉ₂ Ｈ₆ 、
ＤＭＺ_n を水素で希釈したガスを用いる。また成長圧力
は75Torrとする。

【００６９】回折格子２は、二酸化シリコン膜１０の隙
間1.8μm の中で、２つのグレーティングを並列させ
る。光導波路の等価屈折率の変化は、２つのグレーティ
ングの寄与の足し算となる。これを模式的に示したのが
図４である。

【００７０】２つのグレーティングは、後方0.38L の領
域において位相を合わせる。そして後方から0.38L の位
置でλ／４シフトを導入する。λ／４シフトは、屈折率
変化の位相をπずらすことであるが、これは屈折率の符
号を反転させることと等価である。そこでλ／４位置か
ら前方では、後方に対してグレーティングの変化の符号
を反転させるが、それと同時に一方のグレーティングの
位相を、cos^-1(1/3)、他方のグレーティングの位相を-c
os^-1(1/3) ずらす。

【００７１】このように互いに位相をずらすことによ
り、前方側での結合係数は減少し、後方側の１／３にな
る。このことを式で表すと、以下のようになる。位相シ
フト位置をz=0 とすると、後方側： -sin(z)-sin(z)=-2sin(z) 前方側： sin(z+cos^-1(1/3))+sin(z-cos^-1(1/3))=2/3sin(z)

【００７２】ここでは結合係数を３：１で変化させる場
合について述べたが、勿論一般化することができる。こ
のように２つのグレーティングを組み合わせるとき、活
性層幅の中で、２つのグレーティングの寄与が丁度半分
半分になっていないとこの足し合わせが狂ってくること
になる。然しながら今日では、ＥＢ（エレクトロンビー
ム加工）によりグレーティングを形成することができる
ため、十分な目合わせ精度でこのような回折格子を形成
できる。

【００７３】すなわち本実施形態３は、２本のグレーテ
ィングの位相差を変化させ、干渉によりトータルとして
の結合係数κを段階的に変化させることとする。大きな
前方光出力を得たい場合、λ／４シフト位置の前後でκ
を変化させると効果的であることは上述したが、κの大
きな部分は各グレーティングの位相差を０とし、κの小
さな部分は適当な位相差を設ける。この構造によりグレ
ーティングの高さやデューティ比等によりκの大きさを
制御する必要がなくなり、製造が容易でフレキシブルな
制御が可能となり、素子歩留まりを大幅に改善し、製造
コストの低減が可能な分布帰還型半導体レーザが得られ
ることとなる。

【００７４】実施形態４．次に本発明の分布帰還型半導
体レーザの実施形態４について説明する。λ／４位相シ
フトを導入した分布帰還型半導体レーザでは、λ／４位
置でフィールドが大きくなりキャリア密度が小さくなる
ホールバーニングの問題がある。これを解決するために
は、位相シフト点近傍でグレーティングの結合係数を小
さくすれば良い。従来グレーティングの結合係数を小さ
くする方法として、グレーティングの深さを制御した
り、例えば上述の特開平８−２５５９５４号公報のよう
にグレーティングのデューティ比を変化させる方法が試
みられているが、深さを制御する方法は上述のように困
難であり、デューティ比を制御する方法も共振器中央で
極めて小さな幅（50nm以下）でＩｎＧａＡｓＰ薄膜を残
す必要があり現実的には不可能である。

【００７５】従って本実施形態４では、幅が変調された
ストライブ上に選択成長で光導波路を形成することによ
って活性層側面に回折格子を形成する分布帰還型半導体
レーザにおいて、二対の左右の側面のグレーティングの
ピッチを僅かに変え、位相が導波路の両端で一致し、中
央で反転する構造とする。ピッチの僅かに異なる２つの
グレーティングは、ＥＢで形成することにより、κを軸
方向に高精度に変化させることができ、κを中央は小さ
く、端では大きくなるような変化を極めてなだらかに実
現でき、ホールバーニングの影響を非常に良く抑制する
ことができるようになる。

【００７６】図５は、この実施形態４を説明するための
回折格子の構造を示す図である。本実施形態４において
は、実施形態３で述べた二対の二酸化シリコン膜１０の
間隔を変調することにより、選択成長で形成する活性層
幅を変調して等価屈折率を変調する構造とした。従って
回折格子は選択成長の（１１１）Ｂ面斜面に形成される
ようになる。そして両斜面のグレーティングの位相や周
期を、互いに僅かに異ならせることにより、結合係数を
共振器軸方向で変化させる。図５の例は、対称型λ／４
シフトＤＦＢレーザにおいて、軸方向のスペーシャルホ
ールバーニングを解決するために、共振器中央部で結合
係数を小さくするための構造である。

【００７７】この回折格子構造では、２つのグレーティ
ングの高さは等しく、位相も途中で不連続に変わること
はない。ただピッチを僅かに異ならせ、共振器の長さの
間で、一周期だけ変わらせるようにする。このとき両共
振器端面では、２つのグレーティングの位相を一致さ
せ、共振器中央で位相が反転するようにする。このよう
にすると結合係数は中央に向かって緩やかに減少して行
き、三角関数の足し合わせを考えると、符号が中央で逆
転することから、λ／４位相シフトとなる。このような
２つのグレーティングの形成は、二酸化シリコン膜１０
のパターニングをＥＢで行うことにより可能である。

【００７８】更に詳述すると、回折格子をピッチの僅か
に異なる２つのグレーティングで構成し、軸方向 zの等
価屈折率の分布で、以下のような”うなり”を起こさせ
る（ピッチΛ 《共振器長Ｌ）。この式からピッチがΛ² /L だけ異なるグレーティング
を組み合わせると、κが軸方向に 2cos(πz/L)のように
変化し、ｚ＜L/2 ではκは正に、ｚ＞L/2 ではκは負に
なり、κの符号が反転するところでκの絶対値を０に漸
近させることができる。κの正負が反転するということ
はλ／４位相シフトを導入することと等価であるため、
この構造はλ／４点でκを小さくするグレーティング構
造とできる。

【００７９】実施形態５．次に本発明の分布帰還型半導
体レーザの実施形態５について説明する。分布帰還型半
導体レーザでは、軸方向の光のフィールド分布を制御す
るために、グレーティングの結合係数κを軸方向で変化
させたい場合がある。このような場合、従来では埋め込
んだ回折格子の高さや層数を変化させる構造としている
が、この構造は製造工程が複雑でコスト高になる。この
実施形態５では、グレーティングを形成する領域を導波
路方向に対して斜めの複数のストライブ状領域とし、グ
レーティングのある領域と無い領域とを設け、これらの
領域の比率を変化させることで、結合係数κを変化させ
る回折格子構造とした。

【００８０】図６は、本実施形態５を説明するための回
折格子の構造を示す図である。選択成長によりＤＦＢレ
ーザを製造する場合については上述したが、レーザの製
造方法には、エッチングにより活性層の横幅を形成する
方法もある。このエッチングによる方法の場合、上述し
た回折格子を左右に分ける方法は、左右に分けるライン
を活性層の横幅の中心にもってくる目合わせが困難にな
る。従って本実施形態５では、ＥＢによって作成したグ
レーティングに対して、活性層位置のトレランスのある
構造とする。

【００８１】結合係数の大小は、回折格子の有る部分と
無い部分とを繰り返すことによって、平均的に結合係数
を変化させることで制御する。図６の黒く塗った部分が
ＥＢにより露光する部分である。作成するＤＦＢレーザ
構造は、後方から0.38L の位置にλ／４シフトがあり、
λ／４シフト位置から後方部では、κ₁L=3.3、前方部で
はκ₂L=1.1とする。

【００８２】これを実現するために、後方部分は通常通
りのグレーティング領域を形成するが、前方部分はグレ
ーティングを形成する領域を活性層の1/3 とする。この
1/3 の領域の設定の仕方は、共振器方向に垂直な断面で
みて、グレーティングのある部分が0.4μm 、回折格子
の無い部分が0.8μm とする。そして、グレーティング
の有無のパターン領域の方向を、共振器軸方向に対して
斜め方向とする。このようにグレーティングの形成領域
を1/3 とすることにより、結合係数は約1/3 となる（厳
密には、共振器軸方向で結合係数値が波打つが、平均す
ると1/3となっており、ＤＦＢレーザ設計を大きく狂わ
せる程度にはならない）。このＥＢのパターンは、活性
層領域となる1.5μm 幅より広い領域で形成する。

【００８３】このようにすると活性層を1.5μm 幅に切
るフォトレジスト工程において、横方向の位置ずれが生
じても、結合係数の平均値は変動しない。そしてグレー
ティングの有る無しの繰り返し方向が、共振器軸方向に
対して垂直になっていれば、横の位置ずれに対しグレー
ティングにかかる光のフィールドの大きさが変わってく
るため結合係数が変化してしまうが、本実形態の構造で
は平均的な結合係数で考えれば良いので、その値は変動
しない。

【００８４】更に詳述すれば、ＩｎＰ基板にＥＢで回折
格子を形成する際、κを小さくする部分において、グレ
ーティングを形成する領域を、導波路方向に対して斜め
の複数のストライブ状の領域とする。このストライブの
幅(0.4μm) により、κの大きさを制御する。この後、
ガイド層，活性層，グラッド層を成長した後、導波路幅
が1.5μm になるようにメサエッチングを行うが、この
ときは目合わせずれが起きたとしてもκの大きさは変動
しない。これは、グレーティング形成領域が斜めのスト
ライプ状となっているため、横にずれてもグレーティン
グ領域の比率が変化しないためである。仮にグレーティ
ングの形成領域が、斜めでなく導波路方向に平行な複数
のストライプであるとすると、活性層の横の位置ずれに
対してκの変化を鈍感にさせるためには、各ストライプ
幅は0.2μm 以下と極めて短くする必要がでてくる。こ
れはピッチと同レベルであるため、グレーティングは殆
どドットとなり、エッチングの制御性が低下してしま
う。このためκの制御性は向上しない。本実施形態５で
は、上述のような構成とすることにより、回折格子形成
のためのエッチングと、κ変化のためのエッチングを同
じ工程で行え、κの変化率をグレーティング形成領域の
比率で制御できるため極めて正確な制御が行えるように
なる。

【００８５】実施形態６．次に、本発明の分布帰還型半
導体レーザの実施形態６について説明する。図７は、本
発明の実施形態６を説明するための分布帰還型半導体レ
ーザの断面図である。上述の実施形態５では、グレーテ
ィングを形成する領域を縞模様とするか否かにより、平
均的な結合係数を変化させることとしているが、それで
も微妙に結合係数値が波打っている。そこでこの実施形
態６においては、グレーティングの数周期レベルで、グ
レーティングの山の有る無しを設定し、なめらかな結合
係数が得られる構造とした。

【００８６】図７の例では、後方0.38L までに対して、
前方0.62L の部分が結合係数を1/3とする例である。後
方部分は通常のグレーティングであるが、前方部分では
３個に１個だけ山を残す構成とした。結合係数はピッチ
をΛとして、共振器軸方向の等価屈折率の変調をフーリ
エ展開したときのcos(2 πZ/Λ+ Ω) の係数に比例する
ことから、このように３個に１個山を残すようにする
と、結合係数が1/3 になる。すなわち高次の回折格子の
結合係数への寄与は、１次の回折格子の寄与に比べて無
視できるからであり、また３個に１個の山があるのは、
３次の回折格子でもあるが、１次の回折格子としても1/
3 の効果がある。これはフーリェ係数的にいって明らか
である。

【００８７】一般には、ある領域ではｍ個中ｎ個、別の
領域ではｐ個中ｑ個、回折格子の山を残すようにすれ
ば、結合係数をｎ／ｍ：ｑ／ｐの比率で変化させること
ができる。しかし図７に示すように、３倍周期で回折格
子の山を残すようにすると、Bragg 反射は、光導波路の
上下の角度に対しても起こり、パワーロスが生じる。そ
こでこのような周期性はなるべく無いようにランダムに
回折格子を残すことが望ましい。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の分布帰還型
半導体レーザは上述のような構成とすることにより、以
下のような効果を生じる。第１には実施形態１及び実施
形態２に記載の構成のように、対称型λ／４シフトＤＦ
Ｂレーザと閾値利得差が同程度かそれ以上となり、且つ
３０％〜７０％コーティングのＦＰ−ＬＤ並の前方後方
光出力比がとれるため、対称型λ／４ＤＦＢレーザに比
べ、４０％程度光出力を向上させることができるという
効果がある。

【００８９】図８は従来例と比較し、閾値利得差，フィ
ールドフラットネスが向上したことを示す図である。Ａ
Ｒ−ＡＲコーティングのλ／４シフトＤＦＢレーザにお
いて、パラメータを３つ、すなわちκ₁ 、κ₂ 、L₁/(L₁
+L₂)を考えるが、正当な比較となるように、先ず最初に
発振するモードの閾値利得を一定の条件となるような条
件を課す。そして、ある一定の前方後方出力比が得られ
る場合について比較する。図８では、P_f/P_r =4の場合に
ついて示してある。この図８から解るように、従来κ₁
≧κ₂ 、L₁≧L₂の場合に比べ、本発明のκ₁ ＞κ₂ 、L₁
＜L₂は閾値利得差に優れ、フィールドフラットネスも良
くなる。

【００９０】第２には実施形態３及び実施形態４記載の
ように、複数の回折格子の位相差やピッチ差を利用する
構造とすることで、共振器軸方向の結合係数分布を精度
良く製造できるようになる。その理由は、回折格子の高
さは一定で良いため、回折格子の高さを数ｎｍといった
精度で制御しなくて良いからである。また回折格子の１
つ１つのデューティも一定で良いため、数10nmといった
精度でパターニングを行う必要がなくなる。また、この
ような複数の回折格子は、１つのフォトレジスト工程の
ＥＢで行えるため、互いの位相差やピッチ差を形成する
ことが可能となる。

【００９１】第３には、回折格子の有無を共振器長に比
べて短い周期で繰り返し、その比率を変えることによっ
て平均的に結合係数を共振器方向で変化させる方法にお
いても、結合係数分布を精度，再現性良く作成できるよ
うになる。その理由は、１つは実施形態５記載のよう
に、回折格子の有無の繰り返しを共振器軸方向に対して
斜め方向に形成することにより、活性層位置のずれに対
して結合係数が変化しなくなり、また同時に結合係数が
回折格子の有無を平均化した滑らかな値が得られるから
である。また他の１つは実施形態６記載のように、回折
格子の山の有り無しを数個レベルで繰り返す方法によ
り、結合係数の平均値が凹凸しないようにすることがで
きる。

【００９２】このような結合係数の良好な制御性が得ら
れる理由は、回折格子の山の高さを一定としながら結合
係数を変化させる構造としたからであり、同時に回折格
子のパターニングをドーズ量を変調したＥＢ露光で形成
できるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を説明するための図であ
る。

【図２】本発明の実施形態２を説明するための図であ
る。

【図３】本発明の実施形態３を説明するための図であ
る。

【図４】本発明の実施形態３を説明するための図であ
る。

【図５】本発明の実施形態４を説明するための図であ
る。

【図６】本発明の実施形態５を説明するための図であ
る。

【図７】本発明の実施形態６を説明するための図であ
る。

【図８】本発明の効果の一例を示す図である。

【図９】従来の分布帰還型半導体レーザの一例を示す図
である。

【符号の説明】

１ｎ型ＩｎＰ基板２回折格子３ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層４ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層（活性層）５ｐ−ＩｎＰクラッド層６ｐ−コンタクト層７ｐ側電極８ｎ側電極９ＡＲコーティング膜１０二酸化シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回折格子上にλ／４の位相シフト点を有
する分布帰還型半導体レーザにおいて、主レーザ光を出射する方向を前方，参照レーザ光を出射
する方向を後方，前記位相シフト点より前方の回折格子
の共振器軸方向の長さをL₂，前記位相シフト点より後方
の回折格子の共振器軸方向の長さをL₁，前記位相シフト
点より前方の回折格子の結合係数の平均値をκ₂ ，前記
位相シフト点より後方の回折格子の結合係数の平均値を
κ₁ とした場合、 L₁＜L₂， κ₁ ・L₁ ＞κ₂・L₂ としたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項２】請求項１に記載の分布帰還型半導体レー
ザにおいて、 κ₁ ・L₁ - κ₂・L₂＞0.1 としたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項３】請求項１乃至請求項２の何れかに記載の
分布帰還型半導体レーザにおいて、 κ₁ ・L₁ - κ₂・L₂＜１としたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項４】請求項１，請求項２乃至請求項３の何れ
かに記載の分布帰還型半導体レーザにおいて、 L₁/(L₁+L₂)＞0.1 としたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項５】回折格子上にλ／４の位相シフト点を有
する分布帰還型半導体レーザにおいて、主レーザ光を出射する方向を前方，参照レーザ光を出射
する方向を後方，前記位相シフト点より前方の回折格子
の共振器軸方向の長さをL₂，前記位相シフト点より後方
の回折格子の共振器軸方向の長さをL₁とした場合、 L₁＜L₂であって、前記位相シフト点より前方の回折格子の結合係数を積分
した値を、前記位相シフト点より後方の回折格子の結合
係数を積分した値より小さくしたことを特徴とする分布
帰還型半導体レーザ。
【請求項６】請求項１，請求項２，請求項３，請求項
４，乃至請求項５の何れかに記載の分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、共振器長をL ，該共振器後方端面からこの共振器軸方向
前方へ設けられた回折格子の長さをL'とした場合、L'＜
L としたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項７】請求項１，請求項２，請求項３，請求項
４，請求項５乃至請求項６の何れかに記載の分布帰還型
半導体レーザにおいて、前記位相シフト点より前方の回折格子の結合係数を一定
とし、前記位相シフト点より後方の回折格子の結合係数
を一定としたことを特徴とする分布帰還型半導体レー
ザ。
【請求項８】回折格子上にλ／４の位相シフト点を有
する分布帰還型半導体レーザにおいて、周期又は位相差を異ならせた複数のグレーティングの組
合せにより、結合係数が共振器軸方向で変化する回折格
子を備えたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項９】請求項８に記載の分布帰還型半導体レー
ザにおいて、前記複数のグレーティングの各周期は一定とし、前記共
振器軸方向の所定領域ごとそれぞれのグレーティングの
位相差を変化させ、前記回折格子の結合係数を前記共振
器軸方向で段階的に変化させることを特徴とする分布帰
還型半導体レーザ。
【請求項１０】請求項９に記載の分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、結合係数を大きくする領域では前記複数のグレーティン
グの位相を互いに一致させ、結合係数を小さくする領域
では前記複数のグレーティングの位相を互いにずらせる
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項１１】請求項８に記載の分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、前記複数のグテーティングの周期をそれぞれ僅かに異な
らせ、結合係数が前記共振器軸方向に連続的に変化する
回折格子を備えたことを特徴とする分布帰還型半導体レ
ーザ。
【請求項１２】請求項８，請求項９，請求項１０乃至
請求項１１の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザに
おいて、前記複数のグテーティングを、前記共振器軸方向に並列
して左右に別れた２つのグレーティングとしたことを特
徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項１３】請求項１２に記載の分布帰還型半導体
レーザにおいて、前記２つのグレーティングは、その周期数が前記共振器
長L 内で互いに１周期だけ異なるように僅かに周期を異
ならせ、それぞれの共振器端面で位相が一致し、共振器中央で位
相がπだけずれた構成を特徴とする分布帰還型半導体レ
ーザ。
【請求項１４】請求項１２乃至請求項１３の何れかに
記載の分布帰還型半導体レーザにおいて、前記２つのグレーティングは、光導波路を選択成長で形
成する活性層幅を変調し、選択成長部の両端面に形成さ
れることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項１５】請求項８，請求項９，請求項１０，請
求項１１，請求項１２，請求項１３乃至請求項１４の何
れかに記載の分布帰還型半導体レーザにおいて、前記複数のグレーティングの凹凸の深さを一定としたこ
とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項１６】回折格子上にλ／４の位相シフト点を
有する分布帰還型半導体レーザにおいて、前記共振器長L より十分小さい間隔でグレーティングを
形成する領域とグレーティングを形成しない領域とを繰
り返しパターンで設けることとし、これらの領域の比率
を変化させることで平均的な結合係数を前記共振器軸方
向に変化させる回折格子を備えたことを特徴とする分布
帰還型半導体レーザ。
【請求項１７】請求項１６に記載の分布帰還型半導体
レーザにおいて、前記グレーティングを形成する領域とグレーティングを
形成しない領域との繰り返しパターンを前記共振器軸方
向に対して斜めに設けたことを特徴とする分布帰還型半
導体レーザ。
【請求項１８】回折格子上にλ／４の位相シフト点を
有する分布帰還型半導体レーザにおいて、ある領域ではグレーティングの山をｍ個中ｎ個の割合で
残し、他の領域ではグレーティングの山をｐ個中ｑ個
（ｍ，ｎ，ｐ，ｑは共に１以上の整数でｍ＞ｎ，ｐ＞
ｑ）残すことによって、平均的な結合係数をｎ／ｍ：ｑ
／ｐの比率で前記共振器軸方向に変化させる回折格子を
備えたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。