【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発振波長を変化させることができる波長可変面発光レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】大容量のデータ通信システムとして、周波数の異なる光信号により情報を伝送する多重光通信システムが注目されている。 この多重光通信システムでは、発光領域が面形状の面発光レーザで、発振波長を変化させることができる波長可変面発光レーザの開発が求められている。

【０００３】従来、面発光レーザの発振波長を変化させるために次のような方法が検討されている。 第１の方法は、面発光レーザにおける共振器の物理的な厚さを変化させて、発振波長を変化させる方法である。 第２の方法は、面発光レーザにおける反射膜の屈折率を変化させて発振波長を変化させる方法である。

【０００４】第３の方法は、面発光レーザにおける共振器内の屈折率を電流又は電圧によって変化させて、発振波長を変化させる方法である。 面発光レーザにおける共振器内に、屈折率が変化する媒質を設け、その媒質の屈折率を電流を注入するか電圧を印加するかによって変化させ、実効的な共振器長を変化させることにより、発振波長を変化させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した第１の方法による従来の波長可変面発光レーザでは、
基板を傾斜させて結晶成長を行なうことにより、成長面内の各部での膜厚に変化をつけ、発振波長の異なる面発光レーザを得ることは可能であるが、外部からの電気的な制御によって１つの面発光レーザで任意の発振波長を得るのは困難であるという問題があった。

【０００６】また、上述した第２の方法による従来の波長可変面発光レーザでは、反射膜を形成する材料が通常の金属等の場合には、その反射膜の屈折率を変化させることが容易でないという問題があった。 また、反射膜として半導体の分布反射形ミラーを用いた場合は、電流注入等によりその反射膜の屈折率を変化させることはできるが、一対の分布反射形ミラーのうちの片方のミラーしか屈折率を変化させることができない。 このため、波長を変化させる効率が悪いという問題もあった。 更に、分布反射形ミラーの電気抵抗は、通常非常に大きいので、
その分布反射形ミラー自体が発熱してしまい、レーザ発振動作に影響を与えるという問題もあった。

【０００７】これに対し、上述した第３の方法は、発振波長を変化させるにあたって最も効果的な方法である。
しかし、第３の方法では、電流注入によって発振波長を変化させることが多く、電流注入の場合、共振器の屈折率変化に伴って、その共振器における吸収損失が非常に大きくなってしまい、レーザ発振に支障をきたしてしまうという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、発振波長を変化させることができ、吸収損失が小さい波長可変面発光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】上記目的は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１の分布反射形ミラーと、前記第１の分布反射形ミラー上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に形成された第２の分布反射形ミラーとを有し、前記第１の分布反射形ミラーと前記第２の分布反射形ミラーにより光共振器を構成している波長可変面発光レーザにおいて、前記活性層は少なくともひとつの量子井戸層を有し、前記活性層と前記第２の分布反射形ミラーとの間に、前記活性層の吸収端波長よりも短い吸収端波長の多重量子井戸を有する屈折率変調層を設け、前記屈折率変調層に印加する電圧を変化させることにより発振波長を変化させることを特徴とする波長可変面発光レーザによって達成される。

【００１０】

【作用】本発明によれば、活性層は少なくともひとつの量子井戸層を有し、活性層と第２の分布反射形ミラーとの間に、活性層の吸収端波長よりも短い吸収端波長の多重量子井戸層を有する屈折率変調層を設けたので、屈折率変調層に印加する電圧を変化させることにより発振波長を変化させることでき、しかも、屈折率変調層の吸収端波長は活性層の吸収端波長よりも短いので、吸収損失を小さくすることができる。

【００１１】

【実施例】本発明の第１の実施例による波長可変面発光レーザを図１を用いて説明する。 図１は本発明の第１の実施例による波長可変面発光レーザを示す断面図である。 ｎ−ＧａＡｓ基板１０上には、約６９．６ｎｍ厚のｎ−ＡｌＡｓ層と約８３．１ｎｍ厚のｎ−ＧａＡｓ層の２８．５ペアの積層構造からなる分布反射形ミラー（Ｄ
ＢＲミラー）であるＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー１２が形成されている。

【００１２】ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー１２
上には、約１３０ｎｍ厚のｎ−Ａｌ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓからなるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４が形成されている。 ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４上には、約１０ｎ
ｍ厚のＧａＡｓバリア層１６が形成されている。 ＧａＡ
ｓバリア層１６上には、約８ｎｍ厚のＩｎ _0.2 Ｇａ _{0. 8}
Ａｓの単一量子井戸からなるＩｎＧａＡｓ活性層１８が形成されている。 ＩｎＧａＡｓ活性層１８上には、約１
０ｎｍ厚のＧａＡｓバリア層２０が形成されている。 Ｇ
ａＡｓバリア層２０上には、約１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ
_0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓからなるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２が形成されている。 更に、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２上には、約１００ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓコンタクト層２４が形成されている。

【００１３】ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２４上には、２
０層の約７ｎｍ厚のＩｎ _0.2 Ｇａ _{0. 8} Ａｓ井戸層と、２
１層の約１０ｎｍ厚のＧａＡｓ障壁層とを交互に形成したＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層（ＭＱＷ）２
６が形成されている。 ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６は波長変調層として機能し、その吸収端波長はＩｎＧａＡｓ活性層１８の吸収端波長よりも短波長側になる。

【００１４】更に、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６上には、約６９．６ｎｍ厚のｐ−ＡｌＡｓ層と約８３．１ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓ層の２３ペアの積層構造からなる分布反射形ミラーであるＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
分布反射形ミラー２８が形成されている。 これらＧａＡ
ｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８とＩｎＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ多重量子井戸層２６は面発光する中心部を残して周囲がエッチング除去されている。 ＩｎＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ多重量子井戸層２６周囲のｐ−ＧａＡｓコンタクト層２４上にはｐ側電極３０が形成され、ＧａＡｓ／Ａｌ
Ａｓ分布反射形ミラー２８上にはｐ側電極３２が形成されている。 また、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の底面には角リング形状のｎ側電極３４が形成されている。

【００１５】なお、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー１２とＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８との間隔は、発振波長の１／２のｎ倍（ｎは２以上の自然数）となるように設定している。 また、ＩｎＧａＡｓ活性層１８は、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー１２
から発振波長の１／２のｍ倍（ｍはｎよりも小さい自然数）だけ離れた位置に設けられている。 この波長可変面発光レーザの中心の発振波長は約０．９８μｍとなる。

【００１６】次に本実施例の波長可変面発光レーザの動作を説明する。 まず、ｐ側電極３０とｎ側電極３４間に、ｐ側電極３０が高電位となるような電圧を印加し、
ｐ側電極３０からｎ側電極３４に流れる電流を注入する。 これによりレーザ発振してレーザ光が出射される。
ここで、ｐ側電極３２にｐ側電極３０より低電位となる所定の電圧を印加して、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８と共にＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６に電界を印加し、量子閉じ込めシュタルク効果によりＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６の屈折率が変化する。 これにより光共振器の実効的な光路長が変化して、発振波長が変化する。

【００１７】このように本実施例によれば、レーザ発振を起こすための電流注入がＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６を介さずに行なわれ、また、ＩｎＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６の吸収端波長は活性層であるＩｎＧａＡｓ活性層１８の吸収端波長よりも短波長側にあるので、全体における吸収損失を小さくすることができる。 従って、本実施例による波長可変面発光レーザは、吸収損失を増大させることなく効率的に発振波長を変化させることができる。

【００１８】また、本実施例では、ＩｎＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ多重量子井戸層２６への印加される電界を変化させることにより、発振波長を変化させることができるので、印加電圧の変化に高速応答する波長可変面発光レーザを実現することができる。 次に、本実施例の波長可変面発光レーザの製造方法について説明する。 まず、ｎ−
ＧａＡｓ基板１０上に、有機金属気相成長法により、約６９．６ｎｍ厚のｎ−ＡｌＡｓ層と約８３．１ｎｍ厚のｎ−ＧａＡｓ層とを交互に２８．５ペア積層し、分布反射形ミラーであるＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー１２を形成する。

【００１９】引き続き、有機金属気相成長法により、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー１２上に、約１３０
ｎｍ厚のｎ−Ａｌ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓからなるｎ−ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層１４、約１０ｎｍ厚のＧａＡｓバリア層１６、約８ｎｍ厚のＩｎ _{0. 2} Ｇａ _0.8 ＡｓのＩｎＧａ
Ａｓ活性層１８、約１０ｎｍ厚のＧａＡｓバリア層２
０、約１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓからなるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２、約１００ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓコンタクト層２４を順次積層する。

【００２０】引き続き、有機金属気相成長法により、ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層２４上に、約７ｎｍ厚のＩｎ
_0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓ井戸層を２０層、約１０ｎｍ厚のＧａ
Ａｓ障壁層を２１層を交互に積層してＩｎＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ多重量子井戸層２６を形成する。 引き続いて、Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６上に、約６
９．６ｎｍ厚のｐ−ＡｌＡｓ層と約８３．１ｎｍ厚のｐ
−ＧａＡｓ層を交互に２３ペア積層して、分布反射形ミラーであるＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８を形成し、有機金属気相成長法による結晶成長を終了する。

【００２１】次に、通常のマスクプロセスと反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）等の異方性エッチングにより、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８とＩ
ｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６とを、面発光する中心部を残して周囲をエッチング除去して、ｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層２４を露出させる。 次に、面発光する中心部のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８上にｐ側電極３２を形成すると共に、露出した周囲のｐ−
ＧａＡｓコンタクト層２４上にｐ側電極３０を形成する。

【００２２】最後に、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の底面に角リング形状のｎ側電極３４を形成して、波長可変面発光レーザが完成する。 次に、本発明の第２の実施例による波長可変面発光レーザを図２を用いて説明する。 図１に示す波長可変面発光レーザと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。

【００２３】上述の第１の実施例では、ＩｎＧａＡｓ／
ＧａＡｓ多重量子井戸層２６に電界を印加するためのｐ
側電極３２をＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８
上に形成したが、本実施例では、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８の中心部を残して、その周囲のＧａ
Ａｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８を除去し、ＩｎＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６を露出させ、その露出したＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６上に電界を印加するためのｐ側電極３６を設けている点が特徴がある。 その他の構造は、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。

【００２４】このように本実施例によれば、ＩｎＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６上に電界を印加するためのｐ側電極３６を形成したので、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
分布反射形ミラー２８を介さずにＩｎＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ多重量子井戸層２６にｐ側電極３６から電界を効率よく作用させることができる。 従って、本実施例によればＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６における吸収損失を更に小さくすることができ、印加電圧の変化に対する波長変化を更に高速応答させることができる。

【００２５】次に、本発明の第３の実施例による波長可変面発光レーザを図３を用いて説明する。 図２に示す波長可変面発光レーザと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。 上述の第２の実施例では、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層２６上に、化合物半導体であるｐ−ＡｌＡｓ層とｐ−ＧａＡｓ
層の積層構造からなるＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー２８を用いたが、本実施例では、化合物半導体の代わりに誘電体であるＳｉＯ ₂層と半導体であるＳｉ層の積層構造からなるＳｉＯ ₂ ／Ｓｉ分布反射形ミラー３８
を設けた点に特徴がある。 その他の構造は、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。

【００２６】このように本実施例によれば、上側の分布反射形ミラーに電流を流す必要がないので、誘電体層と半導体層を積層した分布反射形ミラーを用いても、Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層における吸収損失を小さくして発振波長を効率よく変化させることができ、
しかも、印加電圧の変化に対して波長変化が高速応答する波長可変面発光レーザを実現することができる。

【００２７】本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能である。 例えば、上記第３の実施例では、第２の実施例のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラーの代わりに誘電体であるＳｉＯ ₂層と半導体であるＳｉ層の積層構造からなるＳｉＯ ₂ ／Ｓｉ分布反射形ミラーを用いたが、第１の実施例及び第２の実施例のＧａＡｓ／ＡｌＡ
ｓ分布反射形ミラーの代わりに誘電体であるＳｉＯ ₂層と半導体であるＳｉ層の積層構造からなるＳｉＯ ₂ ／Ｓ
ｉ分布反射形ミラーを用いてもよい。

【００２８】また、上記実施例では、ＩｎＧａＡｓ活性層１８をＩｎ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓの単一量子井戸で構成しているが、ＩｎＧａＡｓ活性層１８をＩｎ _0.17 Ｇａ _0.83
Ａｓ等の単一量子井戸で構成してもよい。 さらに、上記実施例では、活性層として単一の量子井戸を有するＩｎ
ＧａＡｓ活性層１８を用いているが、複数の量子井戸を有する多重量子井戸層を用いてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、活性層は少なくともひとつの量子井戸層を有し、活性層と第２の分布反射形ミラーとの間に、活性層の吸収端波長よりも短い吸収端波長の多重量子井戸層を有する屈折率変調層を設けたので、屈折率変調層に印加する電圧を変化させることにより発振波長を変化させることでき、しかも、
屈折率変調層の吸収端波長は活性層の吸収端波長よりも短いので、吸収損失を小さくすることができる。

【００３０】したがって、本発明による波長可変面発光レーザを用いて、周波数の異なる光信号により情報を伝送する多重光通信システムにおける２次元アレー状の光インタコネクションを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による波長可変面発光レーザを示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による波長可変面発光レーザを示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例による波長可変面発光レーザを示す断面図である。

【符号の説明】

１０…ｎ−ＧａＡｓ基板 １２…ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー １４…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １６…ＧａＡｓバリア層 １８…ＩｎＧａＡｓ活性層 ２０…ＧａＡｓバリア層 ２２…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２４…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ２６…ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層 ２８…ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布反射形ミラー ３０…ｐ側電極 ３２…ｐ側電極 ３４…ｎ側電極 ３６…ｐ側電極 ３８…ＳｉＯ ₂ ／Ｓｉ分布反射形ミラー