JP3311238B2

JP3311238B2 - 光半導体装置、及びその製造方法

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Publication number: JP3311238B2
Application number: JP12647196A
Authority: JP
Inventors: 敏彦尾内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 2002-08-05
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JPH09289357A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光情報処
理などに用いられる低しきい値の半導体レーザおよび光
集積デバイス等の光半導体装置、及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】低しきい値のレーザとして共振器の短い
短共振器レーザが研究されている。このタイプのレーザ
として、基板面に対して垂直にレーザ光が出射される面
発光レーザ（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒ
ｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）
の研究開発が従来から進められている。近年、レーザ発
振のしきい値は飛躍的に減少し、発振波長９８０ｎｍ帯
において室温連続発振（ＣＷ）で１ｍＡ程度になってい
る。また、アレー化やファイバとの結合方法も進展し、
光通信や光情報処理分野ヘの応用が期待されている。

【０００３】一方、基板に水平な方向に伸びる共振器を
持つ短共振器レーザも開発されつつある。例えば、エッ
チングミラーを多数形成した多重反射極微細共振器レー
ザや図１５に示すようなＤＢＲレーザ（１９９５年春季
応用物理学関係連合講演会講演予稿集第３分冊ｐ．
１０９９，Ｍ．Ｈａｍａｓａｋｉｅｔａｌ．
３０ａ−ＺＧ−８，Ｋ．Ｃ．Ｓｈｉｎ，ｅｔ
ａｌ．３０ａ−ＺＧ−９）などが提案されている。ま
た、このようなエッチングミラーを用いた場合、ミラー
面のラフネスが反射率低下を招くため、基板に垂直なエ
ッチング面に横方向の再成長を行なって、成長面をミラ
ー端面とする検討も行なわれている（Ｍ．Ｇｏｔｏｄ
ａｅｔａｌ．，Ｊ．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗ
ｔｈ１４５，ｐ．６７５（１９９４））。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、前者の基
板垂直型（ＶＣＳＥＬ）のものの場合は、活性領域の面
積が小さいので漏れ電流を低減する構造が重要で、作製
工程が複雑になり、歩留まり、低しきい値化には限界が
ある。また、同一面上で２次元アレーが簡単に実現でき
る反面、空間的な実装配置（例えば、２次元アレー同士
を空間的に揃える配置）が難しい。

【０００５】一方、後者の基板水平型の場合は、電流狭
窄構造が従来の長共振器レーザと同様の工程で行なえる
ため、工程が簡単化され、より低しきい値が実現される
可能性がある。また、同一基板上に複数の短共振器レー
ザを集積し、光導波路で結合させることが比較的容易に
実現でき、光情報処理用の光集積回路の実装が簡略化さ
れる利点がある。

【０００６】しかしながら、現状では基板水平型の短共
振器レーザは、高反射コーティングしてもエッチングミ
ラーのラフネスが原因で反射率が上がらないため、しき
い値が低減できない。また、ＶＣＳＥＬで実現している
ような、半導体ヘテロ接合により形成した高効率なＤＢ
Ｒ反射鏡を作製する手段がなく、エッチングによる周期
的な反射鏡でＤＢＲを形成しているので、やはりエッチ
ング端面の問題があって、しきい値が低減できない。

【０００７】このような課題に鑑み、本発明の目的を各
請求項に対応して以下に述べる。１）の目的は、基板水
平型の光半導体装置において、エッチングにより形成し
た光導波路の端面の反射率を向上させるために、光導波
路に垂直かつ平滑な面を持つ周期的ヘテロ構造を有する
反射鏡領域を備えた構造であって、活性層と反射鏡領域
に独立に電流注入できる機構を有する単一縦モード発振
可能な分布反射型レーザや分布帰還型レーザの構造等を
実現するための構造を提供することである。２）の目的
は、１）のような光半導体装置で、単一縦モード発振可
能な分布反射型レーザを提供することである。３）の目
的は、１）のような構造の光半導体装置で、単一縦モー
ド発振可能な分布帰還型レーザを提供することである。
４）の目的は、上で述べた光導波路に垂直かつ平滑な面
をもつ層構造の製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の原理的考え方を
具体例に沿って説明する。まず、通常の長共振器レーザ
のようにストライプ状の埋め込みヘテロ構造を作製す
る。次に、エッチングミラーを形成する。ここで、Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ（ＣＢＥ）法
で、側壁のミラー面に成長すると、平滑な結晶面が現わ
れることを利用する。そのときの条件は、例えば、基板
温度５５０℃、Ｖ／ＩＩＩ比は約２、成長レートは約
０．６μｍ／時である。例えば、（１００）ＩｎＰ基板
を用いて、〈０−１１〉および〈０１−１〉方向に側壁
成長すると、基板に垂直で平滑な面が現われる。その様
子を図２に示す。図２において、２０１はエッチングで
端面形成した領域、２０２は導波層、２０３は横成長し
た層である。この条件から大きくずれると、他の結晶方
位が現われて基板に対して垂直面にならなかったり、エ
ッチングのラフネスが強調されて平滑にならなかったり
する。

【０００９】この横方向成長において、例えば、周期的
多層ヘテロ接合を形成すれば、ＤＢＲ反射鏡として機能
させることができる。例えば、活性層（図１の１０４参
照）が横１．５μｍ、縦０．７μｍの長方形の埋め込み
ヘテロ構造で、共振器長１０μｍとなるように加工し、
その表面はＳｉＯ₂などの誘電体膜でマスクをして横方
向に選択成長すると、図１のような構造になる。そのと
き、基板底面に成長される層（図１（ｂ）の１０７参
照）は無視できるよう充分エッチング高さを取ってお
く。また、横方向に成長する際、図３のようにマスク３
０２の面より上方に成長が起こりプレーナ構造にするこ
とが困難なため、予め図４のようにマスク４０２が両側
でオーバーハングするように構成しておく。この様な形
状は、ウエットエッチングを併用することで形成でき
る。尚、図３において、３０１はエッチングで端面形成
した領域、３０２は選択マスク、３０３は横成長した
層、３０４は導波層であり、図４において、４０１はエ
ッチングで端面形成した領域、４０２は選択マスク、４
０３は横成長した層、４０４は導波層である。

【００１０】ＩｎＰ系で波長１．５５μｍ帯の場合、多
層ヘテロ層は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャッ
プ波長λｇ＝１．３μｍ）が２４０ｎｍのピッチで周期
的に形成されるように成長すればよい。

【００１１】このような構成にすることで、短共振器レ
ーザにおいて、反射率が大きく漏れ電流が少なくなるの
で、しきい値が低く且つ単一縦モード発振するレーザ等
を提供できる。これにより、同一基板上に多数のこの様
な光素子を集積化することで、実装の容易な光通信用素
子、光情報処理用素子などが提供できる。

【００１２】このような、短共振器レーザでは、導波路
の断面形状を自由に設定できる。図１のように正方形に
近い形にすることは、レーザの出射角が小さく、ビーム
形状が円形に近くなるので、光ファイバなど他の光素子
に結合するときに有利である。また、導波路の２つの偏
波モードであるＴＥモードとＴＭモードの閉じ込め係数
の差が小さいため、２つのモードの波長差や利得差が小
さくなる。そのため、光アンプとして機能させた場合に
は、偏波に対する利得差が小さい偏波無依存のアンプと
しても動作できる。レーザとして機能させた場合には、
２つの偏波モードの切り替えが可能な光双安定素子とし
て動作させることができる。このとき、周期的なヘテロ
構造によるＤＢＲ反射鏡を備える場合、端面での反射率
の偏波依存性がないことは偏波の切り替えに有利に作用
する。正方形に近い導波路は、長共振器のレーザでは電
流の注入効率が低下するため、低しきい値化が困難であ
り、本発明のような横方向成長を用いた短共振器レーザ
とすることで、正方形に近い導波路でありながら低しき
い値化が実現できることになる。

【００１３】各請求項に対応した目的を達成するための
手段、作用をまとめると以下のようになる。１）ＣＢＥ
法で上記に述べたような条件で成長を行なえば、エッチ
ングで形成した端面を平滑にしながら、光導波路と略垂
直な面を持ち周期的なヘテロ構造を持つ層を横方向に成
長ができる。即ち、１）の目的を達成する光半導体装置
は、端面がエッチングにより形成された光導波路と、該
エッチングにより形成した光導波路端面に横方向の結晶
成長によって形成された、該光導波路と略垂直でかつ平
滑な面を持つ周期的ヘテロ構造を有する反射鏡領域とを
備え、且つ活性層と反射鏡領域に独立に電流注入できる
機構を有することを特徴とする。

【００１４】

【００１５】２）光導波路部分にレーザ活性層を持ち、
１）のように平滑な横方向成長で周期的なヘテロ構造を
形成すれば、分布反射型レーザとして発振可能である。
即ち、２）の目的を達成する光半導体装置は、光導波路
は光に対して利得を持ち、該周期的なヘテロ構造は分布
反射鏡として機能し、分布反射型レーザとして発振可能
であることを特徴とする。この周期的ヘテロ構造に電流
注入してブラッグ波長を変化させれば、分布反射型レー
ザの発振波長を変化させることができる。

【００１６】３）上記の周期的ヘテロ構造に電流注入し
て光に対する利得を持たせる構成にすれば、利得結合型
の分布帰還型レーザとして単一縦モード発振が可能とな
る。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】４）端面に上記のように横方向の成長を行
なう面方位を規定することで安定に平滑な結晶成長を行
なえ、端面より選択マスクを突き出させて、横成長のと
きの縦方向の成長を抑制することで、プレーナ構造にで
きる。即ち、４）の目的を達成する光半導体装置の製造
方法は、エッチングにより形成された光導波路端面に、
横方向の結晶成長により、該光導波路と略垂直でかつ平
滑な面を持つ層を形成する方法が、誘電体による選択マ
スクを、結晶成長させる光導波路端面より突き出させ
て、該横方向の結晶成長時における縦方向への成長を抑
制することを特徴とする。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【発明の実施の形態】第１の実施例本発明による第１の実施例を説明する。図１（ａ）は本
発明による基板水平出射型短共振器ＤＢＲレーザの断面
斜視図である。なお、この図では基板の一部と、下部電
極を省略している。図１（ｂ）にＡ−Ａ’断面図、図１
（ｃ）にＢ−Ｂ’断面図をあわせて示す。

【００３９】これらのレーザ構造図で、１０５はｎ−Ｉ
ｎＰ基板、１０４は井戸層ｉ−Ｉｎ _0.28Ｇａ_0.72Ａｓ
（厚さ１０ｎｍ）とバリア層ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ
＝１．１５μｍ、厚さ１５ｎｍ）の組１０層と一対のＳ
ＣＨ層ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ、厚さ
２００ｎｍ）から成る多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活
性層、１０３はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０２はｐ−Ｉ
ｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓコンタクト層、１０９は高抵抗Ｉｎ
Ｐ埋め込み層、１０１はｐ側の電極であるＣｒ／ＡｕＺ
ｎＮｉ／Ａｕ層、１０８はｎ側の電極であるＡｕＧｅＮ
ｉ／Ａｕ層である。また、１０６はアンドープのＩｎＰ
（厚さ１２０ｎｍ）／ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．３μ
ｍ、厚さ１２０ｎｍ）を２０ペア横方向に成長させたＤ
ＢＲ反射鏡である。ｌ０７は、ＤＢＲ反射鏡１０６の成
長の際に基板１０５表面に同時に成長した層であるが、
機能上関係ない層である。

【００４０】活性層１０４は井戸層に引っ張り歪みを持
つ構造で、ＴＭモードとＴＥモードの利得スペクトルお
よび利得ピークの波長がほぼ等しく、その波長は１．５
５μｍで、ＤＢＲ反射鏡１０６により決まるブラッグ波
長は１．５５μｍに設定している。ただし、本実施例の
ように短共振器の場合は、発振波長は共振器長に大きく
依存している。なお、本構造では活性層１０４の厚さが
約０．７μｍ、埋め込み構造にしたときのストライプ幅
は約１．５μｍであり、ＴＥモードとＴＭモードの有効
屈折率差がほとんどないため、両モードの発振波長はほ
ぼ一致する。また、導波光の出射角は半値幅で縦横とも
約１５度であるため、ＤＢＲ反射鏡１０６の反射光は十
分活性層１０４に結合する。

【００４１】本装置の作製方法を簡単に述べる。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１０５に、バッファ層（不図示）、活性層１０
４、クラッド層１０３、コンタクト層１０２の順にＣＢ
Ｅ法などで成長する。次に、幅２μｍの〈０−１１〉方
向のストライプ状にＳｉＯ₂マスクを形成し、ＲＩＢＥ
によってｎ−ＩｎＰ基板１０５までエッチングして、Ｍ
ＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｚｅｄｃｈｅｍ
ｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などで
高抵抗の埋め込み層１０９を成長し、図１（ｃ）のよう
な状態になる。マスク除去後、そのストライプと９０度
回転した〈０１１〉方向に、幅１５μｍのストライプ状
に新たにＳｉＯ₂マスクを形成し、同様にＲＩＢＥでエ
ッチングする。エッチング深さは、横成長したときに同
時に基板１０５底面に成長する層１０７が光の出射の妨
げにならないように、６μｍ程度と深めにしている。マ
スクのオーバーハングを作るため、ＩｎＰをＨＣｌ水溶
液で、ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰをＨ₂ＳＯ₄＋
Ｈ₂Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ混合液でウエットエッチングを行ない、
約２μｍだけサイドエッチングを起こさせる（図４のマ
スク４０２参照）。従って実共振器長は約１１μｍ（１
５−２×２）となる。この状態で横成長を行なうと、コ
ンタクト層１０２より上に成長層が神びることなく、図
４のような形状に成長できる（成長層４０３参照）。こ
の横成長はＣＢＥ法で、基板温度５５０℃、Ｖ／ＩＩＩ
比は約２、成長レートは約０．６μｍ／時の条件でＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰの多層成長を行なうと平滑な面が現
われ、ＤＢＲ反射鏡１０６として機能する。なお、平滑
化は、ＩｎＰの単層でも上記のようなヘテロ構造でも同
様に行なえる。そこで、ＩｎＰの単層でまず平滑な面を
出してから、多層成長を行なってもよい。

【００４２】ｎ−ＩｎＰ基板１０５側は全面に電極１０
８を、ｐ側は共振器領域にのみ電極１０１を形成する。
なお、ストライプの方位は上で述べた方向（〈０１１〉
方向）と９０度回転した方向でも可能である。また、低
しきい値化のために短共振器にしているが、ＣＢＥの成
長ではストライプ幅（図１（ａ）の〈０−１１〉方向）
の依存性がほとんどないので、横成長のための共振器長
は自由に選ぶことができ、数１００μｍなどにしてもよ
い。

【００４３】次に本発明による装置の動作特性を説明す
る。図５に電流−光出力特性を示す。しきい値は室温Ｃ
Ｗ動作で約１ｍＡである。本実施例では既に述べたよう
に、ＴＥモードとＴＭモードの利得をほぼ等しく設計し
ており、図５のように途中で偏波が切り替わる特性にな
っている。約１５ｍＡを中心に２ｍＡの幅をもつヒステ
リシスが観測され、双安定動作が可能であることがわか
る。そこで、電流パルスによる偏波の切り替え、あるい
は光パルス注入による偏波の切り替えが可能である。

【００４４】例えば、バイアス電流Ｉ_Bを１５ｍＡに固
定し、振幅４ｍＡのディジタル信号△Ｉを印加させる
と、ＴＥ／ＴＭの偏波変調ができる。このときの時間波
形を図６に示す。１）は変調電流波形、２）はレーザの
出力光、３）はＴＭ偏光の光（変調電流が１７ｍＡのと
き射出される）、４）はＴＥ偏光の光（変調電流が１３
ｍＡのとき射出される）を表している。この図５のよう
に、レーザ出力光は変調によって大きく変化しないが、
偏光分離後はそれぞれ逆相で変調されていることがわか
る。この時、変調帯域はＤＣ〜１０ＧＨｚであった。こ
の変調光を伝送する場合には、例えばレーザ出射端面に
偏光子を置いて、ＴＥモードまたはＴＭモードの一方を
選択して、強度変調光として取り出せばよい。このと
き、発振波長の動的変動すなわちチャーピングは０．０
１ｎｍ以下であった。

【００４５】本実施例では、低しきい値で高効率、高速
の変調が可能で、チャーピングの小さいレーザを提供で
きる。低コストの波長多重光ＬＡＮシステムを構築する
のに適したレーザである。

【００４６】ここでは、効率よく偏波スイッチングさせ
るために活性層を引っ張り歪み（歪み量：約−１％）多
重量子井戸としたが、単一結晶組成の活性層でもよい。
また、歪み量を制御することで、ＴＥモードとＴＭモー
ドの利得差を制御すれば偏波スイッチング点を自由に設
定できる。さらに、どちらかの偏波モードの利得を優位
にして、単一偏波モードでのレーザ発振ももちろん可能
である。

【００４７】また、横成長によるＤＢＲ反射鏡を作製し
たが、単一結晶組成によって平滑化のみ行なってファブ
リペロレーザとしてもよい。ＤＢＲ型にしても、ファブ
リペロ型にしても、端面に誘電体多層膜、金属薄膜など
によるＨＲ（ＨｉｇｈＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーテ
イングを施すと、さらに低しきい値化することができ
る。

【００４８】第２の実施例第１実施例では、レーザ導波路の埋め込み成長（図１の
埋め込み層１０９参照）を行なってから横成長によるＤ
ＢＲ反射鏡を作製したが、本実施例ではその工程を逆に
するものである。

【００４９】すなわち、幅１５μｍのストライプパター
ンを形成して、横成長によってＤＢＲ反射鏡を形成し、
ＤＢＲ側面も含めて埋め込み成長しない部分はすべてマ
スクして基板までエッチングし、ストライプ幅約２μｍ
で埋め込み成長を行なう。活性層は第１実施例のように
偏波スイッチングを目的として、全厚が約０．７μｍの
引っ張り歪みＭＱＷ構造を用いたが、他の構造でもよ
い。

【００５０】ＤＢＲ反射鏡のｐ−ｎジャンクションの形
成は第１実施例のように基板に垂直方向に行なってもよ
いが、図７のように基板７０１に水平方向に行なっても
よい。このとき、ＩｎＰ基板７０１は半絶縁性のものを
用い、成長層はすべてノンドープで成長しておく。埋め
込み層７０４、７０５の一方はＺｎを拡散してｐ電極７
０６を、もう一方はＳｉを拡散してｎ電極７０７を形成
する。従って、電流は横方向に流れる。活性領域７０２
とＤＢＲ領域７０３で独立に電流注入できるようにＺｎ
拡散領域７０４および電極７０６を分離しておけば、波
長チューンを行なうこともできる。この分離抵抗を大き
くするためには、分離電極間の埋め込み層をエッチング
して２μｍ幅程度の分離溝を形成すればよい。

【００５１】この構成では、ＤＢＲ反射鏡７０３での光
の閉じ込めも第１実施例よりも強くなるため、反射率が
高くなり、しきい値を下げることができる。

【００５２】本装置の動作特性を述べる。活性領域７０
２に注入する電流をＩ₁、ＤＢＲ領域７０３に注入する
電流をＩ₂としたときの発振特性を図８に示す。図８
（ａ）は光出力の等高線表示の図である。Ｉ₂を増加さ
せると、有効屈折率が変化して発振波長が短波側にシフ
トしてゲインピークからのデチューン量が大きくなって
Ｉ₁に対するレーザ発振のしきい値が上昇する。Ｉ₁＝１
５ｍＡ近傍で偏波のスイッチングがおこる様子がわか
る。この近傍では第１実施例と同様にヒステリシスが存
在する。一方、図８（ｂ）は発振波長特性で、Ｉ₂の増
加で波長が短波にシフトし、数ｎｍのチューンができる
ことがわかる。偏波がスイッチしたときには、有効屈折
率の差のためにわずかに波長の飛びが存在する（約０．
ｌｎｍ）ことがわかる。なお、共振器長が短い（約１０
μｍ）ため、ファブリペロ共振器としての縦モード間隔
が約３８ｎｍとなり、波長飛びのない波長チューンがで
きる。

【００５３】第１実施例では、短共振器で決まる発振モ
ードで固定された波長のみで発振するが、本装置では波
長可変と偏波変調が同時に実現できる。

【００５４】第３の実施例今までは、横成長層は利得を持たないＤＢＲ反射鏡とし
て機能させたが、利得を持たせてＤＦＢ型レーザとして
もよい。構造は、例えば図７のような全体埋め込み型に
する。横成長層を、ノンドープのＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λｇ＝１．５５μｍ）の多層構造とすれば、Ｉ₂の
電流を流すことで、周期的な利得を持つことになり、利
得結合型のＤＦＢレーザとなる。横成長の元となる共振
器長約１０μｍの部分（図７の７０２の部分）は、利得
を補助する役割をもつが、この部分の活性層はなくして
もＤＦＢレーザとして発振可能である。

【００５５】また、光の閉じ込めを強くするため、図９
のように２μｍストライプの上側全体も埋め込む構造９
０４にしてもよい。図９において、９０１は基板、９０
２は活性層、９０３はクラッド層、９０５はＺｎ拡散で
形成したｐ型埋め込み領域、９０６はＳｉ拡散で形成し
たｎ型埋め込み領域、９０７は横成長層の周期的ヘテロ
層、９０８はｐ電極、９０９はｎ電極である。図９の構
成でも、第２実施例と同様に偏波スイッチングと波長可
変を同時に達成できる。本実施例では、利得結合ＤＦＢ
レーザとしたことで、特に戻り光に発振モードが乱され
ることがなく、発振スぺクトル線幅の狭いものを提供で
きる。

【００５６】第４の実施例これまでの実施例ではレーザ装置としての動作を説明し
てきたが、第１実施例から第３実施例とほぽ同じ構造
で、光波長フィルタや光アンプとして動作させることも
できる。

【００５７】ＤＢＲ型の場合は、波長可変フィルタとし
て動作する。図７の第２実施例のレーザを例に取れば、
Ｉ₁＝１ｍＡ程度で発振直前の状態にバイアス電流を流
しておき、Ｉ₂で選択波長を設定する。外部から光を入
射させると、図１０のような透過特性を持ち、半値幅約
０．ｌｎｍと非常に狭く透過利得として約１０ｄＢのも
のが得られることがわかる。波長可変範囲は第２実施例
と同様に数ｎｍであり、選択波長を変えると同時にしき
い値直前の状態になるように、Ｉ₁を調整すれば透過利
得を一定にしながら波長チューニングできる。

【００５８】本装置では、ＴＥモードとＴＭモードの有
効屈折率差が小さく、ブラッグ波長差は０．ｌｎｍ以下
であることと、活性層に引っ張り歪みを導入して両モー
ドの利得差を小さくしているので、偏波無依存の光フィ
ルタとして動作する。従って、高密度の波長多重伝送の
受信フィルタとして有効である。

【００５９】単一結晶組成によって平滑化のみ行なって
ファブリペロレーザ構造を実現すべく横成長層をＤＢＲ
反射鏡を持たない構造にすれば、偏波無依存の光アンプ
として動作できる。

【００６０】第５の実施例図１１に、本発明による半導体レーザを用いた偏波変調
光伝送を波長多重光ＬＡＮシステムに応用する場合の各
端末に接続される光−電気変換部（ノード）の構成例
を、図１２にそのノードを用いた光ＬＡＮシステムの構
成例を示す。

【００６１】各部に接続された光ファイバ１１０１を媒
体として、光信号がノードに取り込まれ、分岐部１１０
２によりその一部が本発明による波長可変フィルタを備
えた受信装置１１０３に入射する。この受信装置により
所望の波長の光信号のみを取り出して信号検波を行な
う。一方、ノードから光信号を送信する場合には、本発
明による波長可変ＤＦＢレーザあるいは波長可変ＤＦＢ
レーザ１１０４を偏波変調し、偏光子１１０５で強度変
調に変換された光を分岐部１１０７を介して光伝送路１
１０１に入射せしめる。このとき、レーザヘの戻り光の
影響を避けるために、アイソレータ（不図示）を入れて
もよい。本発明による装置では、これらの光ノードは単
一基板に集積することができる。角デバイスを結ぶ導波
路や、分岐部１１０２、１１０６は半導体で構成しても
よいし、有機導波路（ポリイミド等）で構成してもよ
い。偏光子１１０５も導波型のものを集積化することが
できる。

【００６２】なお、端末によっては、単一波長のみを送
信すればよい場合があり、その場合は、第１実施例のＤ
ＢＲレーザなどを用いる。逆に、波長可変範囲をさらに
広げる必要がある場合には、複数の波長可変レーザを設
けてやればよい。また、レーザとフィルタは同じ構造に
できるので、本発明による装置１つだけで送信、受信の
両方の動作をさせることもできる。

【００６３】光ＬＡＮシステムのネットワークとして、
図１２に示すものはバス型であり、ＡおよびＢの方向に
ノードを接続しネットワーク化された多数の端末および
センタを設置することができる。ただし、多数のノード
を接続するためには、光の減衰を補償するために光増幅
器を伝送路１１０１上に直列に設置する必要がある。

【００６４】本発明による偏波変調では、第１実施例に
述べたように変調時の波長変動が０．００ｌｎｍ以下で
あり、また、フィルタの透過半値幅が約０．ｌｎｍであ
るため、波長可変幅３ｎｍの場合、３／０．１＝３０チ
ャンネルの高密度波長多重伝送による光ネットワークシ
ステムを構築できる。

【００６５】また、ネットワークの形態として、図１２
のＡとＢを接続したループ型や、スター型、あるいはそ
れらを複合した形態のものでもよい。

【００６６】第６の実施例本実施例では、本発明による短共振器型偏波変調ＤＢＲ
レーザをモノリシックに集積化して、光情報処理装置と
して利用するものである。

【００６７】ＴＥ／ＴＭのスイッチングは図５に示した
ように双安定特性を示す。すなわち、注入電流を双安定
点の中心Ｉ_Bに固定すると電流パルスあるいは光入射に
よって偏波がスイッチングする。電流パルスの場合は、
振幅数ｍＡで負のパルスを与えればＴＥに、正のパルス
を与えればＴＭにスイッチする。ただし、もとの状態が
同じであれば当然スイッチしない（即ち、例えば、ＴＭ
発振状態のところに正のパルスを与えてもＴＭ発振状態
のままである）。一方、光入射の場合は、発振している
偏波モードと異なる偏波モードの光が入射すると、入射
した光と同じ偏波モードにスイッチする。これらのタイ
ミングチャートを図１３に示す。

【００６８】そこで、図１４のように本発明による短共
振器型偏波変調ＤＢＲレーザを並列、直列に集積化させ
ることで、超高速光情報処理装置として機能する。図１
４において、１４０１は基板、１４０２は横方向成長し
た周期的ヘテロ層、１４０３は活性層、１４０４は電
極、１４０５は電極分離部である。光注入でのスイッチ
ング応答時間は約１０ｐｓｅｃ、電流注入でのスイッチ
ング応答時間は約１００ｐｓｅｃである。

【００６９】出力端に光アンプを集積化させればファイ
バに結合して光通信用光源として利用できる。また、偏
光分離導波路を集積化させてＴＥ／ＴＭモード光を分割
すればさらに光インタコネクションを構築する際に自由
度が増す。本発明によるＤＢＲレーザを用いた場合、Ｄ
ＢＲのブラッグ波長をチューンすれば、光フィルタと同
じ原理で該ＤＢＲレーザへの光注入のオン、オフを制御
することもできる。

【００７０】ＶＣＳＥＬで光情報処理装置装置を構築す
るのに比べると、直列方向の集積が容易である。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によって各
請求項に対応して次のような効果がある。１）によれ
ば、基板水平型の光半導体装置で、エッチングにより形
成した光導波路の端面の反射率を向上させた、光導波路
に垂直かつ平滑な面をもつ構造を提供できる。２）によ
れば、１）のような構造の光半導体装置で、単一縦モー
ド発振可能な分布反射型レーザを提供できる。３）によ
れば、１）のような構造の光半導体装置で、単一縦モー
ド発振可能な分布帰還型レーザを提供できる。４）によ
れば、上で述べた光導波路に垂直かつ平滑な面をもつ構
造の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による第１実施例である短共振器
ＤＢＲレーザの断面斜視図および共振方向と横方向の断
面図。

【図２】図２は横成長で端面が平滑になることを説明す
る図。

【図３】図３はマスクの形成の仕方によっては横成長と
同時に縦方向の成長が起こることを説明する図。

【図４】図４は選択マスクのオーバーハングによって縦
方向成長の抑制を説明する図。

【図５】図５は偏波スイッチングの双安定動作を説明す
る図。

【図６】図６は変調信号と偏波変調波形を説明する図。

【図７】図７は本発明による第２の実施例である横注入
型波長可変ＤＢＲレーザの斜視図。

【図８】図８は波長可変ＤＢＲレーザの発振特性を示す
図。

【図９】図９は本発明による第３の実施例である全体埋
め込み構造を持つ横注入型ＤＦＢレーザの断面斜視図。

【図１０】図１０は本発明による波長可変フィルタの透
過特性を示す図。

【図１１】図１１は本発明による第５実施例の光ノード
のブロック図。

【図１２】図１２は第５実施例の光ＬＡＮシステムの構
成を説明する図。

【図１３】図１３は本発明による第６実施例において電
流パルスまたは光パルスで偏波スイッチするときのタイ
ミングチャートを説明する図。

【図１４】図１４は本発明による第６実施例の集積型光
情報処理装置を示す図。

【図１５】図１５は基板水平型短共振器ＤＢＲレーザの
従来例を示す図。

【符号の説明】

１、１０５、７０１、９０１、１４０１基板２、４、１０３、９０３クラッド層３、１０４、９０２、１４０３活性層１０２コンタクト層１０１、１０８、７０６、７０７、９０８、９０９、１
４０４電極１０９、９０４埋め込み層１０６、７０３、９０７、１４０２横方向成長した
周期的ヘテロ層１０７横方向成長時に同時に成長した層２０１、３０１、４０１、７０２エッチングで端面
形成した領域２０２、３０４、４０４導波層２０３、３０３、４０３横成長した層３０２、４０２選択マスク７０４、９０５Ｚｎ拡散で形成したｐ型埋め込み領
域７０５、９０６Ｓｉ拡散で形成したｎ型埋め込み領
域１１０１光ファイバ（光伝送路）１１０２、１１０６光パワーデバイダ（分岐部）１１０３光フィルタと光検出器からなる光受信装置１１０４偏波スイッチング可能なレーザ１１０５偏光子１４０５電極分離部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光半導体装置において、端面がエッチング
により形成されており、且つ活性層を含む光導波路と、
該光導波路端面に横方向の結晶成長によって形成され
た、周期的ヘテロ構造を有する反射鏡領域とを備え、且
つ該活性層と該反射鏡領域に独立に電流注入できる機構
を有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】該光導波路は光に対して利得を持ち、該周
期的なヘテロ構造は分布反射鏡として機能し、分布反射
型レーザとして発振可能であることを特徴とする請求項
１記載の光半導体装置。
【請求項３】該周期的なヘテロ構造の部分は電流注入す
ることで光に対して利得を持つように構成され、分布帰
還型レーザとして発振可能であることを特徴とする請求
項１記載の光半導体装置。
【請求項４】エッチングにより活性層を含む導波路を形
成する工程、該光導波路の端面に横方向の結晶成長によ
って周期的ヘテロ構造を有する反射鏡領域を形成する工
程、及び該活性層と該反射鏡領域に独立に電流注入でき
る機構を形成する工程とを備える光半導体装置の製造方
法であって、前記反射鏡領域を形成する工程は、該光導
波路端面より突き出たマスクを該光導波路上に形成後、
該横方向の結晶成長時における縦方向への成長を抑制し
ながら行われることを特徴とする光半導体装置の製造方
法。