JP2011119311A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に製造歩留まりを悪化されることなく、高速変調を行うことが可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
【解決手段】半導体基板１上に設けられた活性層２と活性層２上に設けられたクラッド層５とクラッド層５上に設けられたキャップ層６とを有する半導体レーザ素子本体１０を備えた半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子本体１０は、キャップ層６上に設けられた成長層側電極７と、半導体基板１の下面に設けられた基板側電極８とを具備し、成長層側電極７は、活性層２に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて活性層２よりも短く形成され、成長層側電極７および基板側電極８が、活性層２の一部にのみ電流注入を行うものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に歩留まりを劣化させることなく製造できる高速変調可能な半導体レーザ装置に関する。

半導体レーザ装置を使った直接変調方式は構成が簡単で、小型化、低コスト化が可能という利点を持ち、光ファイバを用いた高速伝送システムで広く用いられている。

現在、直接変調レーザ装置を用いた光通信の伝送速度は１０Ｇｂｐｓに達しており、今後１００ＧｂＥ等で利用できる２５Ｇｂｐｓ以上で直接変調可能な半導体レーザ装置の開発も期待されている。

半導体レーザ装置を高速動作させるには半導体レーザ装置の共振器長を短くすることが有効である（例えば、非特許文献１参照）。そして、２０Ｇｂｐｓ以上で動作する半導体レーザ装置を得るためには、レーザの共振器長を１００μｍ程度まで短共振器化することが望ましい。

従来、１００μｍの共振器を実現するためには、へき開により半導体ウエハを１００μｍの長さに割る必要があった。

K.Y.Lau and A.Yariv, "Ultra-High Speed Semiconductor Lasers", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1985年2月, QE-21, No.2, pp.121-138 M.Nakamura, K.Aiki,J.Umeda and A.Yaric, "cw operation of distributed-feedback GaAs-GaAlAs diode lasers at temperatures up to 300 K", Applied Physics Letters, 1975年10月1日, Vol.27, No.7, pp.403-405

しかしながら、通常のへき開方法で１００μｍの共振器長を実現しようとした場合、素子歩留まりが３０％程度まで低下してしまい実用化には適さなかった。また、へき開後の取り扱いも困難となり、最終的な製造歩留まりが悪化するといった問題があった。

したがって、本発明は上述したような課題を解決するために為されたものであって、製造歩留まりを悪化させることなしに、２５Ｇｂｐｓ以上の高速直接変調可能な半導体レーザ装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決する第１の発明に係る半導体レーザ装置は、
半導体基板上に設けられた活性層と前記活性層上に設けられたクラッド層と前記クラッド層上に設けられたキャップ層とを有する半導体レーザ素子本体を備えた半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子本体は、前記キャップ層上に設けられた成長層側電極と、前記半導体基板の下面に設けられた基板側電極とを具備し、
前記成長層側電極は、前記活性層に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて前記活性層よりも短く形成され、前記成長層側電極および前記基板側電極が、前記活性層の一部にのみ電流注入を行うものである
ことを特徴とする。

本発明の上記構成によれば、半導体レーザ素子本体の一部のみが励起され実効的な共振器長を短共振器化することができ、高速な変調動作を実現することができる。具体的には、素子長（レーザ光の伝搬方向における半導体レーザ素子本体の長さ）を１７５μｍにすることでへき開による素子歩留まりは８０％以上にすることが出来る。また、一般に高速変調を実現するための目安であるレーザの緩和振動周波数は共振器長の平方根に逆比例する。ここで、図４に、分布帰還型半導体レーザ装置の共振器長が２００μｍである場合の緩和振動周波数の測定値とバイアス電流からしきい値電流を引き平方根を取ったものとの関係を表したグラフを示す。この図と、緩和振動周波数が共振器長の平方根に逆比例するということから、共振器長を１５０μｍにすることで２５Ｇｂｐｓ以上の緩和振動周波数が得られると計算できる。また、共振器長を１００μｍ以下にすることで４０Ｇｂｐｓの高速動作も期待できる。
すなわち、上述した課題を解決する第２の発明に係る半導体レーザ装置は、
第１の発明に係る半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子本体の素子長が１７５μｍ以上であり、前記成長層側電極の長さが１５０μｍ以下である
ことを特徴とする。

半導体レーザ装置の一部のみ励起する構造は、例えば非特許文献２などにもあるが、非常に長いレーザ素子を用いて光出射面と反対方向からの光の反射の影響を除去することが目的であり、高速動作を実現させることが目的ではなかった。

上述した課題を解決する第３の発明に係る半導体レーザ装置は、
第１または第２の発明に係る半導体レーザ装置であって、
前記基板側電極は、前記活性層に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて前記活性層よりも短く形成される
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明に係る半導体レーザ装置は、
第１乃至第３の発明の何れか１つに係る半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子本体は、前記活性層と前記クラッド層の間の一部に、当該クラッド層との境界が周期構造となるようにして回折格子が形成されたガイド層をさらに具備し、
前記ガイド層が、前記成長層側電極と対向する箇所に設けられる
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第５の発明に係る半導体レーザ装置は、
第１乃至第３の発明の何れか１つに係る半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子本体は、分布帰還型半導体レーザ装置またはファブリ・ペロー半導体レーザ装置である
ことを特徴とする。

また、上述した課題を解決する第６の発明に係る半導体レーザ装置は、
半導体基板上に設けられた活性層と前記活性層上に設けられたクラッド層と前記クラッド層上に設けられたキャップ層とを有する半導体レーザ素子本体を備えた半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子本体は、前記キャップ層上に設けられた成長層側電極と、前記半導体基板の下面に設けられた基板側電極とを具備し、
前記成長層側電極は、前記活性層に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて２個以上に分割され、
分割された成長層側電極のうちの少なくとも１個の分割成長層側電極および前記基板側電極は前記活性層に電流注入を行うものであり、
分割された他の成長層側電極は前記半導体基板と前記クラッド層に短絡する、あるいは逆バイアスを印加する、もしくは順バイアスを印加するものである
ことを特徴とする。

周波数変調効率を増大する目的あるいは発振波長を可変にする目的で電極を分割する方法が提案されているが、半導体レーザ装置の短共振器化を実現し、共振周波数自体を増大するものではなかった。

上述した課題を解決する第７の発明に係る半導体レーザ装置は、
第６の発明に係る半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子本体の素子長が１７５μｍ以上であり、前記分割成長層側電極の長さが１５０μｍ以下である
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第８の発明に係る半導体レーザ装置は、
第６または第７の発明に係る半導体レーザ装置であって、
前記基板側電極は、前記活性層に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて前記活性層よりも短く形成される
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第９の発明に係る半導体レーザ装置は、
第６乃至第８の発明の何れか１つに係る半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子本体は、前記活性層と前記クラッド層の間の一部に、当該クラッド層との境界が周期構造となるようにして回折格子が形成されたガイド層をさらに具備し、
前記ガイド層が、前記分割成長層側電極と対向する箇所に設けられる
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第１０の発明に係る半導体レーザ装置は、
第６乃至第８の発明の何れか１つに係る半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子本体は、分布帰還型半導体レーザ装置またはファブリ・ペロー半導体レーザ装置である
ことを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザ装置によれば、２５Ｇｂｐｓ程度の伝送を可能とする直接変調レーザを、従来と同程度の素子サイズで実現することができるため、製造歩留まりを悪化させることなしに高速対応可能なレーザ素子を実現することができる。その結果直接変調方式の利点を生かした、小型で低コストな高速伝送システムを提供することができる。

本発明の第一番目の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第二番目の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第三番目の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 分布帰還型半導体レーザ装置の共振器長が２００μｍである場合の緩和振動周波数の測定値とバイアス電流からしきい値電流を引き平方根を取ったものとの関係を表したグラフである。

本発明に係る半導体レーザ装置について、各実施形態で具体的に説明する。

［第一番目の実施形態］
本実施形態に係る半導体レーザ装置について、図１を参照して説明する。

本実施形態では、分布帰還型半導体レーザ装置に適用した場合について説明する。
本実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ装置は、従来の分布帰還型半導体レーザ装置と同様の材料系で、従来の分布帰還型半導体レーザ装置と同様の製造方法で製造される。分布帰還型半導体レーザ装置は、例えば図１に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１と、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２と、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３と、ｐ型ＩｎＰクラッド層５と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６とを備えた半導体レーザ素子本体１０を備える。

ＩｎＧａＡｓＰ活性層２はｎ型ＩｎＰ基板１上に設けられる。ＩｎＧａＡｓＰガイド層３はＩｎＧａＡｓＰ活性層２上に設けられる。ＩｎＧａＡｓＰガイド層３上には、ガイド層３の長さ方向（図中左右方向）、すなわち電流注入を行うことにより活性層２で発振するレーザ光の伝搬方向に沿って溝の深さを周期Λで変化させた回折格子４が形成される。ｐ型ＩｎＰクラッド層５はＩｎＧａＡｓＰ活性層２上およびＩｎＧａＡｓＰガイド層３上に設けられる。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６はｐ型ＩｎＰクラッド層５上に設けられる。ｎ型ＩｎＰ基板１の下面には、当該ｎ型ＩｎＰ基板１の全面に亘って基板側電極８が設けられる。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６上には、成長層側電極７が設けられる。ＩｎＧａＡｓＰ活性層２の側面にはルテニウムをドープしたＩｎＰ層を成長した埋め込み構造が形成される。半導体レーザ素子本体１０の一方の端面１０ａに高反射膜９が設けられる。高反射膜９によりｎ型ＩｎＰ基板１とＩｎＧａＡｓＰ活性層２とＩｎＧａＡｓＰガイド層３とｐ型ＩｎＰクラッド層５とｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６と電極７，８の端面が覆われる。

ＩｎＧａＡｓＰガイド層３は半導体レーザ素子本体１０の一方の端面１０ａから他方の端面１０ｂに向かって長さＬ１２だけ延在して形成される。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６は、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３と対向する箇所に設けられており、長さＬ１２で形成される。成長層側電極７がＩｎＧａＡｓＰガイド層３およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６と対向する箇所に設けられ、長さＬ１２で形成される。成長層側電極７および基板側電極８により活性層２の一部にのみ電流注入が行われることになり活性層２の一部のみが励起されるため、実効的な共振器長は、成長層側電極７と同一の長さＬ１２となる。

続いて、上述した層構造の半導体レーザ装置の製造方法について以下に説明する。
最初に、ｎ型ＩｎＰ基板１上にＩｎＧａＡｓＰ活性層２を成長させ、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２の上面の一部にＩｎＧａＡｓＰガイド層３を成長させ、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３の上面の一部に回折格子４を形成する。続いて、ｐ型ＩｎＰクラッド層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６を順番に成長させた後、埋め込み成長が行われることにより、ウエハが完成する。

上記層構造からなるウエハ成長後に、成長層側（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６の上面）に形成する成長層側電極７に対応する部分（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６における成長層側電極７と対向する部分）のみを残し、それ以外の部分（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６における成長層側電極７と対向しない部分）を除去する。その後、成長層側（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６の上面）に成長層側電極７を形成すると共に基板側（ｎ型ＩｎＰ基板１の下面）に基板側電極８を形成し、両端面をレーザ光の伝搬方向と垂直にへき開する。これによって素子（半導体レーザ素子本体１０）が切り出される。切り出された素子の端面１０ａに誘電体多層膜、すなわち高反射膜９を形成することにより分布帰還型半導体レーザ装置が完成する。

本実施形態に係る半導体レーザ装置では、素子長（レーザ光の伝搬方向における半導体レーザ素子本体１０の長さ）Ｌ１１が１７５μｍ以上の２００μｍである。レーザ光の伝搬方向における成長層側電極７の長さＬ１２は１００μｍであり、実効的な共振器長は１５０μｍ以下の１００μｍとなる。活性層２の側面にルテニウムをドープしたＩｎＰ層を成長させて製造した埋め込み構造の分布帰還型半導体レーザ装置の小信号応答特性を測定したところ３ｄＢ帯域として２４ＧＨｚを得ることができ、２５Ｇｂｐｓの伝送に利用可能であることが分かった。

よって、本実施形態に係る半導体レーザ装置によれば、上述した構成としたことで、２５Ｇｂｐｓ程度の伝送を可能とする直接変調レーザを、従来と同程度の素子サイズである２００μｍで実現することができるため、製造歩留まりを悪化させることなしに高速対応可能なレーザ素子を実現することができる。その結果直接変調方式の利点を生かした、小型で低コストな高速伝送システムを提供することができる。

ＩｎＧａＡｓＰガイド層３が成長層側電極７と対向する箇所に設けられることにより、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２へ最短距離で電流注入を行うことができ活性層２に対し電流注入を効率良く行うことができる。

［第二番目の実施形態］
本実施形態に係る半導体レーザ装置について、図２を参照して説明する。

本実施形態では、上述した第一番目の実施形態に係る半導体レーザ装置と同一部材には同一符号を付記しその説明を省略する。

本実施形態に係る半導体レーザ装置は分布帰還型半導体レーザ装置であって、図２に示すように、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ａ，２６Ｂと、電極２７Ａ，２７Ｂと、電極２８とを備えた半導体レーザ素子本体２０を備える。

ｐ型ＩｎＰクラッド層２５は、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３およびＩｎＧａＡｓＰ活性層２上に設けられる。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ａ，２６Ｂはｐ型ＩｎＰクラッド層２５上に設けられた層であって、活性層２に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて、溝２１により２つに分割して作製された層である。電極２７Ａ，２７Ｂはｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ａ，２６Ｂ上にそれぞれ設けられた層であって、活性層２に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて溝２１により２つに分割して作製されたものである。すなわち、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ａ上に分割成長層側電極２７Ａが設けられ、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ｂ上に他の成長層側電極２７Ｂが設けられる。

ＩｎＧａＡｓＰガイド層３は半導体レーザ素子本体２０の一方の端面２０ａから他方の端面２０ｂに向かって長さＬ２２だけ延在して形成される。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ａは、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３と対向する箇所に設けられており、長さＬ２２で形成される。分割成長層側電極２７ＡがＩｎＧａＡｓＰガイド層３およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ａと対向する箇所に設けられ、長さＬ２２で形成される。基板側電極２８は、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面におけるＩｎＧａＡｓＰガイド層３と対向する箇所に設けられ、長さＬ２２で形成される。分割成長層側電極２７Ａおよび基板側電極２８により活性層２の一部にのみ電流注入が行われることになり活性層２の一部のみが励起されるため、実効的な共振器長は、分割成長層側電極２７Ａと同一の長さＬ２２となる。なお、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ｂおよび他の成長層側電極２７Ｂは長さＬ２３で形成される。他の成長層側電極２７Ｂは、ｎ型ＩｎＰ基板１とｐ型ＩｎＰクラッド層２５に短絡する、あるいは逆バイアスを印加する、もしくは順バイアスを印加するものである。これにより、非励起領域が可飽和吸収体として作用することを抑制することになり、電流−光出力特性の不安定さを解消することができる。溝２１は深さＤ１で形成されると共に、活性層２に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて長さＬ２４で形成される。

続いて、上述した層構造の本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について以下に説明する。
最初に、上述した第一番目の実施形態の半導体レーザ装置と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１上にＩｎＧａＡｓＰ活性層２を成長させ、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２の上面の一部にＩｎＧａＡｓＰガイド層３を成長させ、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３の上面の一部に回折格子４を形成する。続いて、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層を順番に成長させ、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層の全面に亘って成長層側電極を形成する。続いて、ドライエッチングにより成長層側電極、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、ｐ型ＩｎＰクラッド層の一部を除去して電極分離用の溝２１を形成する。これにより、レーザ光の伝搬方向にて、長さＬ２２の分割成長層側電極２７Ａおよびｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ａと、長さＬ２３の他の成長層側電極２７Ｂおよびｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２６Ｂとが形成される。

続いて、他の成長層側電極２７Ｂは、ｎ型ＩｎＰ基板１とｐ型ＩｎＰクラッド層２５に短絡される、あるいは逆バイアスを印加される、もしくは順バイアスを印加される。

ｎ型ＩｎＰ１の下面には、活性層２に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて、長さＬ２２の基板側電極２８が設けられる。

続いて、両端面をレーザ光の伝搬方向と垂直にへき開する。これによって素子（半導体レーザ素子本体２０）が切り出される。切り出された素子の端面２０ａに誘電体多層膜、すなわち高反射膜９を形成することにより分布帰還型半導体レーザ装置が完成する。

よって、本実施形態に係る半導体レーザ装置によれば、上述した構成としたことにより、上述した第一番目の実施形態の半導体レーザ装置と同様な作用効果を奏する上に、上述したように他の成長層側電極２７Ｂを接続し、上述した溝２１の溝幅Ｌ２４を１０μｍとすると共に、電極２７Ａ，２７Ｂの共振器方向（活性層２に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向）の長さＬ２２，Ｌ２３をそれぞれ１００μｍ，４０μｍとしたことにより、電流−光出力特性の不安定さを解消するという効果が得られる。また、電極２７Ｂを通して流れる電流をモニターしフィードバックすることで半導体レーザ装置から出射される光出力を一定にできるという効果も得られる。

基板側電極２８が、活性層２に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて当該活性層２よりも短く形成されることにより、活性層２に電流注入を効率良く行うことができる。

［第三番目の実施形態］
本実施形態に係る半導体レーザ装置について、図３を参照して説明する。

本実施形態では、ファブリ・ペロー半導体レーザ装置に適用した場合について説明する。
本実施形態に係るファブリ・ペロー半導体レーザ装置は、従来のファブリ・ペロー半導体レーザ装置と同様の材料で、従来のファブリ・ペロー半導体レーザ装置と同様の製造方法で製造される。ファブリ・ペロー半導体レーザ装置は、例えば図３に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３１と、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３２と、ｐ型ＩｎＰクラッド層３５と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６とを備えた半導体レーザ素子本体３０を備える。

ＩｎＧａＡｓＰ活性層３２はｎ型ＩｎＰ基板３１上に設けられる。ｐ型ＩｎＰクラッド層３５はＩｎＧａＡｓＰ活性層３２上に設けられる。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６はｐ型ＩｎＰクラッド層３５上に設けられる。ｎ型ＩｎＰ３１の下面には、当該ｎ型ＩｎＰ３１の全面に亘って基板側電極３８が設けられる。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６上には、成長層側電極３７が設けられる。ＩｎＧａＡｓＰ活性層３２の側面にはルテニウムをドープしたＩｎＰ層を成長した埋め込み構造が形成される。半導体レーザ素子本体３０の一方の端面３０ａに高反射膜３９が設けられる。高反射膜３９によりｎ型ＩｎＰ基板３１とＩｎＧａＡｓＰ活性層３２とｐ型ＩｎＰクラッド層３５とｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６と電極３７，３８の端面が覆われる。

ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６および成長層側電極３７は半導体レーザ素子本体３０の一方の端面３０ａから他方の端面３０ｂに向かって長さＬ３２だけ延在して形成される。成長層側電極３７および基板側電極３８により活性層３２の一部にのみ電流注入が行われることになり活性層３２の一部のみが励起されるため、実効的な共振器長は、成長層側電極３７と同一の長さＬ３２となる。

続いて、上述した層構造の半導体レーザ装置の製造方法について以下に説明する。
最初に、ｎ型ＩｎＰ基板３１上に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３２、ｐ型ＩｎＰクラッド層３５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６を順番に成長させる。続いて、上記層構造からなるウエハ成長後に、成長層側（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６の上面）に形成する成長層側電極３７に対応する部分（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６における成長層側電極３７と対向する部分）のみを残し、それ以外の部分（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６における成長層側電極３７と対向しない部分）を除去する。その後、成長層側（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３６の上面）に成長層側電極３７を形成すると共に基板側（ｎ型ＩｎＰ基板３１の下面）に基板側電極３８を形成し、両端面をレーザ光の伝搬方向と垂直にへき開する。これによって素子（半導体レーザ装置本体３０）が切り出される。切り出された素子の端面３０ａに誘電体多層膜、すなわち高反射膜３９を形成することによりファブリ・ペロー半導体レーザ装置が完成する。

本実施形態に係る半導体レーザ装置は、ファブリ・ペロー半導体レーザ装置であって、素子長（レーザ光の伝搬方向における半導体レーザ素子本体３０の長さ）Ｌ３１が１７５μｍ以上の２００μｍである。レーザ光の伝搬方向における成長層側電極３７の長さＬ３２が１００μｍであり、実効的な共振器長（レーザ共振器長）は１５０μｍ以下の１００μｍとなる。よって、活性層３２の側面にルテニウムをドープしたＩｎＰ層を成長させて製造した埋め込み構造の分布帰還型半導体レーザ装置とすることで、上述した第一番目の実施形態の半導体レーザ装置と同様に、小信号応答特性を測定すると３ｄＢ帯域として２４ＧＨｚを得ることができ、２５Ｇｂｐｓの伝送に利用可能であると考えられる。

したがって、本実施形態に係る半導体レーザ装置によれば、上述した構成にしたことで、２５Ｇｂｐｓ程度の伝送を可能とする直接変調レーザを、従来と同程度の素子サイズである２００μｍで実現することができるため、製造歩留まりを悪化させることなしに高速対応可能なレーザ素子を実現することができる。その結果直接変調方式の利点を生かした、小型で低コストな高速伝送システムを提供することができる。

［他の実施形態］
上述した第一番目〜第三番目の実施形態では、基板としてｎ型ＩｎＰを具備する半導体レーザ装置を用いて説明したが、基板としてｐ型ＩｎＰを具備する半導体レーザ装置とすることも可能である。その際は、キャップ層としてｎ型ＩｎＧａＡｓＰを用い、クラッド層としてｎ型ＩｎＰを用いれば良い。

また、上記では、ルテニウムをドープした埋め込み層を具備する半導体レーザ装置を用いて説明したが、埋め込み層として鉄をドープしたＩｎＰ層を具備する半導体レーザ装置とすることも可能である。

上記では、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層を具備する半導体レーザ装置を用いて説明したが、ＩｎＧａＡｌＡｓからなる活性層を具備する半導体レーザ装置とすることも可能である。

上記では、半導体による埋め込み構造の半導体レーザ装置を用いて説明したが、ポリイミドなどの半導体以外の材料による埋め込み構造の半導体レーザ装置とすることも可能であるし、埋め込み構造を使わずにリッジ構造の半導体レーザ装置とすることも可能である。

上記では、半導体レーザ素子本体の片面（一方の端面）にのみ誘電体多層膜を形成した半導体レーザ装置を用いて説明したが、もう一方の端面に誘電体多層膜からなる反射防止膜を形成した半導体レーザ装置とすることも可能であるし、誘電体多層膜を高反射膜としても低反射膜としても良い。

上記第一番目および第二番目の実施形態では、半導体レーザ素子本体の内部の回折格子が成長層側電極に対応する領域にわたり均一な周期構造を具備する半導体レーザ装置を用いて説明したが、その対応する領域の一部にのみ回折格子が形成された構造の半導体レーザ装置とすることも、また、回折格子に位相シフト領域が含まれる構造の半導体レーザ装置とすることも可能である。

上記第一番目および第二番目の実施形態では、半導体レーザ素子本体の内部の活性層が素子全体にわたり均一な構造の半導体レーザ装置を用いて説明したが、半導体レーザ素子本体の内部の一部にのみ活性層が形成される構造の半導体レーザ装置とすることも、また、半導体変調器集積型構造と同様に異なる組成の層構造が接続された半導体レーザ装置とすることも可能である。

上記第一番目および第三番目の実施形態では、半導体レーザ素子本体の素子長と同じ長さの基板側電極を具備する半導体レーザ装置を用いて説明したが、半導体レーザ素子本体の活性層に電流注入することにより発振するレーザ光の伝搬方向にて当該活性層よりも短く形成された基板側電極を具備する半導体レーザ装置とすることも可能である。

上記第二番目の実施形態では、ドライエッチングにより電極分離を行った半導体レーザ装置を用いて説明したが、ウエットエッチングによりＩｎＧａＡｓＰキャップ層のみ、あるいはＩｎＧａＡｓＰキャップ層およびｐ型ＩｎＰクラッド層の一部を除去した半導体レーザ装置とすることも可能である。

上記第二番目の実施形態では、分布帰還型半導体レーザ装置に適用した半導体レーザ装置を用いて説明したが、ファブリ・ペロー半導体レーザ装置に適用することも可能である。

上記第二番目の実施形態では、素子長を１５０μｍとし、共振器長を１００μｍとした半導体レーザ装置を用いて説明したが、素子長を１７５μｍ以上とし、共振器長を１００μｍ以外の１５０μｍ以下とした半導体レーザ装置とすることも可能である。このような半導体レーザ装置であっても、上記第二番目の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様な作用効果を奏する。

本発明に係る半導体レーザ装置によれば、従来に製造歩留まりを悪化されることなく、高速変調を行うことができるため、通信産業などで有益に利用することができる。

１ 半導体基板
２ 活性層
３ ガイド層
４ 回折格子
５ クラッド層
６ キャップ層
７ 電極
８ 電極
９ 高反射膜
１０ 半導体レーザ素子本体
２０ 半導体レーザ素子本体
２１ 溝
２５ クラッド層
２６Ａ，２６Ｂ キャップ層
２７Ａ，２７Ｂ 電極
２８ 電極
３０ 半導体レーザ素子本体
３１ 半導体基板
３２ 活性層
３５ クラッド層
３６ キャップ層
３７ 電極
３８ 電極
３９ 高反射膜

Claims (10)

1. 半導体基板上に設けられた活性層と前記活性層上に設けられたクラッド層と前記クラッド層上に設けられたキャップ層とを有する半導体レーザ素子本体を備えた半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザ素子本体は、前記キャップ層上に設けられた成長層側電極と、前記半導体基板の下面に設けられた基板側電極とを具備し、
   前記成長層側電極は、前記活性層に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて前記活性層よりも短く形成され、前記成長層側電極および前記基板側電極が、前記活性層の一部にのみ電流注入を行うものである
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 請求項１に記載の半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザ素子本体の素子長が１７５μｍ以上であり、前記成長層側電極の長さが１５０μｍ以下である
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ装置であって、
   前記基板側電極は、前記活性層に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて前記活性層よりも短く形成される
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザ素子本体は、前記活性層と前記クラッド層の間の一部に、当該クラッド層との境界が周期構造となるようにして回折格子が形成されたガイド層をさらに具備し、
   前記ガイド層が、前記成長層側電極と対向する箇所に設けられる
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
5. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザ素子本体は、分布帰還型半導体レーザ装置またはファブリ・ペロー半導体レーザ装置である
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
6. 半導体基板上に設けられた活性層と前記活性層上に設けられたクラッド層と前記クラッド層上に設けられたキャップ層とを有する半導体レーザ素子本体を備えた半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザ素子本体は、前記キャップ層上に設けられた成長層側電極と、前記半導体基板の下面に設けられた基板側電極とを具備し、
   前記成長層側電極は、前記活性層に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて２個以上に分割され、
   分割された成長層側電極のうちの少なくとも１個の分割成長層側電極および前記基板側電極は前記活性層に電流注入を行うものであり、
   分割された他の成長層側電極は前記半導体基板と前記クラッド層に短絡する、あるいは逆バイアスを印加する、もしくは順バイアスを印加するものである
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
7. 請求項６に記載の半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザ素子本体の素子長が１７５μｍ以上であり、前記分割成長層側電極の長さが１５０μｍ以下である
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の半導体レーザ装置であって、
   前記基板側電極は、前記活性層に電流注入を行うことにより発振するレーザ光の伝搬方向にて前記活性層よりも短く形成される
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
9. 請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザ素子本体は、前記活性層と前記クラッド層の間の一部に、当該クラッド層との境界が周期構造となるようにして回折格子が形成されたガイド層をさらに具備し、
   前記ガイド層が、前記分割成長層側電極と対向する箇所に設けられる
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
10. 請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の半導体レーザ装置であって、
    前記半導体レーザ素子本体は、分布帰還型半導体レーザ装置またはファブリ・ペロー半導体レーザ装置である
    ことを特徴とする半導体レーザ装置。

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