特許 7458885 半導体光増幅器集積レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-22

(45)【発行日】2024-04-01

(54)【発明の名称】半導体光増幅器集積レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/026 20060101AFI20240325BHJP

   H01S 5/50 20060101ALI20240325BHJP

【ＦＩ】

H01S5/026 610

H01S5/50 610

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020080669

(22)【出願日】2020-04-30

(65)【公開番号】P2021118345

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2023-02-01

(31)【優先権主張番号】P 2020011661

(32)【優先日】2020-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本ルメンタム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 厚

(72)【発明者】

【氏名】岡本 薫

(72)【発明者】

【氏名】荒沢 正敏

(72)【発明者】

【氏名】西田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 康

(72)【発明者】

【氏名】浜田 重剛

(72)【発明者】

【氏名】中島 良介

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５４２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７６９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２９４１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８６４９４２６（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１４０２８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０４－２２１８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６０８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１８６３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２８６５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－００６６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５７７９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０１２２２１２１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

利得帯域に含まれる波長のレーザ光を発振させる半導体レーザ発振器部と、該半導体レーザ発振器部から出力されるレーザ光を増幅させる半導体光増幅器部、を備える半導体光増幅器集積レーザであって、
前記半導体レーザ発振器部と前記半導体光増幅器部は、一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造を有し、
前記一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造は、活性層、前記活性層から離間して設けられるクラッド層、及び前記クラッド層中に形成された一の共通の機能層を有し、
前記一の共通の機能層は、前記半導体レーザ発振器部内において、前記利得帯域内の波長を有する光を反射させる第１部分を有し、前記半導体光増幅器部内において、前記利得帯域内の波長を有する光を透過させる第２部分を有し、
前記第１部分は、前記利得帯域内の波長を有する光を反射させる第１回折格子構造を有し、
前記第２部分は、前記利得帯域内の波長を有する光を透過させる第２回折格子構造を有し、
前記第２回折格子構造は、非周期的である、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、
前記一の共通の機能層は、層が形成される領域と、層が形成されない領域を含み、
前記一の共通の機能層の平面視において、前記第１部分における層が形成される領域の面積と層が形成されない領域の面積との割合と、前記第２部分における層が形成される領域の面積と層が形成されない領域の面積との割合との差は１０％以内である、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、
前記一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造はメサ構造で形成し、
前記メサ構造の両側を埋め込む埋め込み半導体層をさらに備える、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、
前記クラッド層は、前記機能層とは異なる組成を有する、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、
前記半導体レーザ発振器部と前記半導体光増幅器部に電流を注入するための一の電極をさらに有する、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、
前記半導体光増幅器部は、前記半導体レーザ発振器部と接する近端と、前記半導体レーザ発振器部から最も離れた縁端を有し、
当該半導体光増幅器集積レーザの平面視において、前記縁端の幅は、前記近端の幅の1.2倍以上又は0.8倍以下である、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、
前記半導体レーザ発振器部によって発振される前記レーザ光を変調させる変調器部をさらに備える、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、
前記クラッド層はｐ型である、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項9】

第１導電型を有する基板と、
前記基板の第１面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導電型のクラッド層と、
前記クラッド層内に形成されて前記活性層から離間する一の共通の機能層と、
前記基板の第１面とは反対の第２面上に設けられた第１導電型の電極と、前記クラッド層上に設けられた第２導電型の電極と、を備える半導体光増幅器集積レーザであって、
当該半導体光増幅器集積レーザは、半導体レーザ発振器部と、該半導体レーザ発振器部と光学的に接続する半導体光増幅器部を有し、
前記機能層は、前記半導体レーザ発振器部内において、前記活性層の利得帯域内の特定の波長を有する光を反射させる第１回折格子構造を有する第１部分と、前記半導体光増幅器部内において、前記活性層の利得帯域内の特定の波長を有する光を透過させる第２回折格子構造を有する第２部分を有し、
前記第２回折格子構造は、非周期的である、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【請求項10】

請求項９に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、
前記一の共通の機能層は、層が形成される領域と、層が形成されない領域を含み、
前記一の共通の機能層の平面視において、前記第１部分における層が形成される領域の面積と層が形成されない領域の面積との割合と、前記第２部分における層が形成される領域の面積と層が形成されない領域の面積との割合との差は１０％以内である、
ことを特徴とする半導体光増幅器集積レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体光増幅器集積レーザに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体光増幅器集積レーザは、半導体レーザと半導体光増幅器が一体形成された半導体デバイスである。半導体光増幅器集積レーザは、小型、低電力、１．３μｍと１．５５μｍ波長帯のいずれでも動作可能で、波長変換等の非線形動作が可能であることから近年注目されている。

【0003】

特許文献１は、ノイズをより低減した光送信モジュールとして、第１電極が設けられた第１半導体層と、前記第１半導体層の上に、ストライプ状に形成された活性層と、前記活性層の上にストライプ状に形成され、第２電極が設けられ、前記活性層の延伸方向に沿って設けられた回折格子を含む第２半導体層と、を有し、前記活性層は、一方の端面から第１のストライプ幅で延伸する第１部分と、前記一方の端面の反対側から前記第１のストライプ幅よりも小さい第２のストライプ幅で延伸する第２部分と、ストライプ幅が変化して前記第１部分と前記第２部分を接続する接続部分と、を含み、前記回折格子は、平面視において、前記第１部分と重畳し、前記第２部分と重畳しない光送信モジュールを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１５７５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体レーザ又は変調器集積半導体レーザに集積する半導体光増幅器が注目されるにつれて、半導体光増幅器の特性改善が求められてきている。具体的には半導体光増幅器のへの注入電流に対する光出力増加量（光増幅器の入出力差）をより大きくすることが求められている。

【0006】

半導体レーザのレーザ光を効率よく増幅するためには、半導体光増幅器の利得帯域（利得スペクトルの波長範囲）と半導体レーザの利得帯域は近しいほうが好ましい。またウェハプロセスの簡便性、ウェハプロセスコストを考慮すると、半導体光増幅器と半導体レーザは、同一の活性層を有することが望ましい

【0007】

単一波長出力が得ることができる分布帰還型レーザーダイオード（DFB-LD：Distributed Feed-Back Laser Diode)に半導体光増幅器を集積する場合には、DFB-LD部のみに回折格子が作成され、半導体光増幅器部には回折格子は作成されない。半導体光増幅器部に回折格子が形成されることで、半導体光増幅器部からのDFB-LD部への戻り光が発生し、DFB-LDの発振を不安定にしてしまうからである。

【0008】

作製上の構造制御性の良い回折格子構造として、フローティング型構造が知られている。フローティング型回折格子構造は、例えばｐ型のクラッド層中にクラッド層とは異なる材料で回折格子が形成されたものである。回折格子を構成する層は多層成長中での膜厚制御が可能であるため、回折格子層の厚さの制御性が高く、DFB-LD部の回折格子構造に広く適用されている。

【0009】

例えばDFB-LD部と半導体光増幅器部の活性層部分を共通とするために、一回の多層成長で同時に作成する方法がある。この時、多層成長された半導体層の信頼性の観点から、一度の多層成長でのちに回折格子を形成する回折格子層までを成長するほうが好ましい。回折格子層はDFB-LB部のみに所望の発振波長に対応する周期となるようエッチングされ、回折格子構造が形成される。一方、半導体光増幅器部では回折格子層はすべてエッチングにより除去されるなどされる。

【0010】

しかしながら、上記フローティング型回折格子を持つDFB-LD部に半導体光増幅器を集積する構造では、以下の問題がある。

【0011】

まず第１の問題としては、回折格子層の有無が、ドーピングプロファイルを異ならせてしまうことである。上側クラッド層内のフローティング型回折格子層は一般的にドーパントの拡散を抑制するため、ドーパントの拡散プロファイルはフローティング型回折格子層の有無の影響を受けることになる。ドーピングプロファイルはレーザ特性、利得特性（たとえば光出力強度、閾値電流など）に対して最も重要なパラメータの一つであり、ドーピングプロファイルが異なることは、DFB-LD部と半導体光増幅器部の両方に対して同時にドーピングプロファイルを最適化することが不可能であることを意味する。これは上側クラッド層がｐ型の場合により顕著な問題となる。

【0012】

第２の問題としては、回折格子層の有無が、同一電圧に対する活性層の電流密度を異ならせてしまうことである。半導体光増幅器集積レーザでは、DFB-LD部と半導体光増幅器部への電流注入は、単一の電極を介して行われる場合がある。単一電極でDFB-LD部と半導体光増幅器部を駆動する場合、フローティング型回折格子層は電流注入障壁となるため、回折格子層の有無により同一電圧に対して活性層の電流密度が異なってしまう。電流密度は半導体光増幅器集積レーザ信頼性を決める非常に重要なパラメータであり、電流密度の不均一は信頼性に対して悪影響がある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

（１） 本願の第１態様による半導体光増幅器集積レーザは、利得帯域に含まれる波長のレーザ光を発振させる半導体レーザ発振器部と、該半導体レーザ発振器部から出力されるレーザ光を増幅させる半導体光増幅器部、を備える。当該半導体光増幅器集積レーザでは、前記半導体レーザ発振器部と前記半導体光増幅器部は、一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造を有し、前記一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造は、活性層、前記活性層から離間して設けられるクラッド層、及び前記クラッド層中に形成された一の共通の機能層を有し、前記一の共通の機能層は、前記半導体レーザ発振器部内において、前記利得帯域内の波長を有する光を反射させる第１部分を有し、前記半導体光増幅器部内において、前記利得帯域内の波長を有する光を透過させる第２部分を有する、ことを特徴とする。

【0014】

（２） （１）に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記一の共通の機能層は、層が形成される領域と、層が形成されない領域を含み、前記一の共通の機能層の平面視において、前記第１部分における層が形成される領域の面積と層が形成されない領域の面積との割合と、前記第２部分における層が形成される領域の面積と層が形成されない領域の面積との割合との差は１０％以内である、ことを特徴とする。

【0015】

（３） （１）又は（２）に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記第１部分は、前記利得帯域内の波長を有する光を反射させる第１回折格子構造を有し、前記第２部分は、前記利得帯域内の波長を有する光を透過させる第２回折格子構造を有する、ことを特徴とする。

【0016】

（４） （３）に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記第２回折格子構造の周期は、前記第１回折格子構造の周期の１．１倍以上又は０．９倍以下である、ことを特徴とする。

【0017】

（５） （１）乃至（４）のいずれか一に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造はメサ構造で形成し、前記メサ構造の両側を埋め込む埋め込み半導体層をさらに備える、ことを特徴とする。

【0018】

（６） （１）乃至（５）のいずれか一に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記クラッド層は、前記機能層とは異なる組成を有する、ことを特徴とする。

【0019】

（７） （１）乃至（６）のいずれか一に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記半導体レーザ発振器部と前記半導体光増幅器部に電流を注入するための一の電極をさらに有する、ことを特徴とする。

【0020】

（８） （１）乃至（７）のいずれか一に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記半導体光増幅器部は、前記半導体レーザ発振器部と接する近端と、前記半導体レーザ発振器部から最も離れた遠端を有し、当該半導体光増幅器集積レーザの平面視において、前記遠端の幅は、前記近端の幅の1.2倍以上又は0.8倍以下である、ことを特徴とする。

【0021】

（９） （１）乃至（８）のいずれか一に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記半導体レーザ発振器部によって発振される前記レーザ光を変調させる変調器部をさらに備える、ことを特徴とする。

【0022】

（１０） （１）乃至（９）のいずれか一に記載の半導体光増幅器集積レーザであって、前記クラッド層はｐ型である、ことを特徴とする。

【0023】

（１１） 本願の第２態様による半導体光増幅器集積レーザは、第１導電型を有する基板と、前記基板の第１面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導電型のクラッド層と、前記クラッド層内に形成されて前記活性層から離間する一の共通の機能層と、前記基板の第１面とは反対の第２面上に設けられた第１導電型の電極と、前記クラッド層上に設けられた第２導電型の電極と、を備える。当該半導体光増幅器集積レーザは、第１領域と、該第１領域と光学的に接続する第２領域を有し、前記機能層は、前記第１領域内において、前記活性層の利得帯域内の特定の波長を有する光を反射させる第１部分と、前記第２領域内において、前記活性層の利得帯域内の特定の波長を有する光を透過させる第２部分を有する、ことを特徴とする。

【0024】

（１２） （１１）に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記一の共通の機能層は、層が形成される領域と、層が形成されない領域を含み、前記一の共通の機能層の平面視において、前記第１部分における層が形成される領域の面積と層が形成されない領域の面積との割合と、前記第２部分における層が形成される領域の面積と層が形成されない領域の面積との割合との差は１０％以内である、ことを特徴とする。

【0025】

（１３） （１１）又は（１２）に記載の半導体光増幅器集積レーザにおいて、前記第１部分は、前記活性層の利得帯域内の特定の波長を有する光を反射させる第１回折格子構造を有し、前記第２部分は、前記活性層の利得帯域内の特定の波長を有する光を透過させる第２回折格子構造を有する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0026】

本発明により、半導体光増幅器と半導体レーザを集積した半導体光増幅器集積レーザにおいて、光学特性と信頼性に優れた素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】第１実施形態による半導体光増幅器集積レーザの平面図の例である。

【図2】図１の半導体光増幅器集積レーザのA-A’線に沿う概略断面図である。

【図3】図１の半導体光増幅器集積レーザのB-B’線に沿う概略断面図である。

【図4】図１の半導体光増幅器集積レーザのC-C’線に沿う概略断面図である。

【図5】変形例による半導体光増幅器集積レーザの平面図の例である。

【図6】第２実施形態による半導体光増幅器集積レーザの平面図の例である。

【図7】図６の半導体光増幅器集積レーザの半導体光増幅器部の拡大平面図である。

【図8】変調器を集積した半導体光増幅器集積レーザの平面図の例である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、半導体光増幅器集積レーザの平面図を表す。図２は図１のＡ－Ａ’線に沿う概略断面図を表す。図３は図１のB-B’線に沿う概略断面図を表し、図４は図１のC-C’線に沿う概略断面図を表す。

【0029】

図１を参照すると、半導体光増幅器集積レーザ１００は、所定の波長の光をレーザ発振させる半導体レーザ発振器部２０と、前記のレーザ発振した光を増幅させる半導体光増幅器部１０とからなる。本実施形態では、半導体レーザ発振器部２０はＤＦＢレーザ（ＤＦＢ－ＬＤ）である。

【0030】

半導体レーザ発振器部２０と半導体光増幅器部１０は一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造を有する。「一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造」とは、本願においては、同一材料で構成され、かつ、同一プロセスで形成されたｐ－ｉ－ｎ構造を意味する。半導体レーザ発振器部２０と半導体光増幅器部１０は一の共通の構造を有するため、半導体レーザ発振器部２０の利得帯域と半導体光増幅器部１０の利得帯域は略同一である。ここで利得帯域とは、利得スペクトルの波長範囲を示す。半導体光増幅器集積レーザ１００はまた、レーザ出射面に設けられる低反射端面コーティング膜１１と、前記レーザ出射面とは反対側の面に高反射端面コーティング膜１２を有する。本実施形態では、半導体レーザ発振器部２０の発振波長は１．３μｍ帯だが、１．５５μｍ帯であってもよい。

【0031】

図３，４に示されているように、半導体光増幅器集積レーザ１００は、メサ部１と該メサ部１を両側から埋め込む埋め込み層２７を有する。半導体光増幅器集積レーザ１００は、埋め込み層２７の一部を覆う絶縁膜２６と、メサ部１と絶縁膜２６の一部を覆う電極１３をさらに有する。メサ部１を画定する実線はメサ部１の輪郭を表す。

【0032】

図２を参照すると、半導体光増幅器集積レーザ１００は、第１導電型の基板２１と、該第１導電型基板２１上に設けられるｐ－ｉ－ｎ構造を有する。本実施形態では、ｐ－ｉ－ｎ構造は、第１導電型のＳＣＨ層２２、活性層２３、第２導電型のＳＣＨ層２４、及び第２導電型のクラッド層２５を有するが、これに限定されない。本実施形態では、第１導電型はｎ型で、第２導電型はｐ型で、第１導電型の基板２１はｎ－ＩｎＰである。また第１導電型のＳＣＨ層２２はｎ－ＩｎＧａＡｓＰで、活性層２３はＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｌＡｓで構成された多重量子井戸で、第２導電型のＳＣＨ層２４はｐ－ＩｎＧａＡｓＰで、第２導電型のクラッド層２５はｐ－ＩｎＰである。また本実施形態では、第２導電型ドーパントはＺｎである。また本実施形態では、活性層２３内のＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｌＡｓの組成は、１．３μｍで発光するように調整されるが、他の波長で発光させる場合には、その波長で発光するように調整される。

【0033】

半導体光増幅器集積レーザ１００はさらに、第１導電型の基板２１の下面に設けられる第１導電型の電極１４と、ｐ－ｉ－ｎ構造上に設けられる第２導電型の電極１３を有する。電極１３，１４は、外部電源（不図示）からの電流を半導体光増幅器集積レーザ１００（半導体レーザ発振器部２０と半導体光増幅器部１０）へ注入するのに用いられる。電極１３，１４はそれぞれ、一の部材で構成される。つまり、半導体光増幅器部１０と半導体レーザ発振器部２０とは共通の電極により通電がなされる。本実施形態では、基板２１とＳＣＨ層２２がｎ型でＳＣＨ層２４とクラッド層２５がｐ型だが、ｐ型とｎ型は反対であってもよい。

【0034】

半導体光増幅器集積レーザ１００はさらに、ｐ－ｉ－ｎ構造のｐ型クラッド層２５内に一の共通の機能層２を含む。機能層２は、ｐ－ｉ－ｎ構造の活性層２３から離間する。機能層２は第１部分４と第２部分３で構成される。機能層２はｐ型クラッド層２５とは異なる組成で構成される。ここでは機能層２はＩｎＧａＡｓＰで構成される。なお、後述するように機能層２は成膜領域と非成膜領域で構成され、成膜領域がＩｎＧａＡｓＰであり、非成膜領域はｐ型クラッド層２５と同一のｐ－ＩｎＰである。

【0035】

図１，２に示されているように、第１部分４と第２部分３は開口を有する。換言すると、第１部分４と第２部分３は、平面視において、層が成膜された領域（以降、「成膜領域」と記載する。）と層が成膜されていない領域（以降、「非成膜領域」と記載する。）を含む。第１部分４では、ｐ－ｉ－ｎ構造の利得帯域内の特定の波長の光を反射するように周期的に成膜領域と非成膜領域が設けられる（第１回折格子構造）。本回折格子構造を有することで半導体レーザ発振器部２０は単一の発振波長（ＤＦＢ波長）のレーザ光を発振する。なお一般的には、利得帯域のピーク付近の波長で発振するような回折格子構造が設けられる。本実施形態では、第１部分４は、フローティング型回折格子で、１．３μｍで発振するように２００ｎｍの回折格子周期を有し、デューティ比は５０％である。すなわち第１部分４の平面視において、成膜領域の面積と非成膜領域の面積比は１：１である。

【0036】

他方第２部分３には、ｐ－ｉ－ｎ構造の利得帯域内の波長の光を反射しない（利得帯域の光を透過する）ように開口が設けられる。つまり第２部分３では、ｐ－ｉ－ｎ構造の利得帯域内の波長の光を反射しない（透過する）ように成膜領域と非成膜領域が設けられる（第２回折格子構造）。第１部分４と第２部分３では、成膜領域の面積と非成膜領域の面積との比（開口比）は略同一であることが好ましい。すなわち機能層２の平面視において、第１部分４の成膜領域の合計面積と非成膜領域との合計面積の割合と、第２部分３の成膜領域の合計面積と非成膜領域の合計面積との割合は略同一であることが好ましい。本実施形態では、機能層２の平面視において、前記第１部分４における成膜領域の合計面積と非成膜領域の合計面積との割合と、前記第２部分３における成膜領域の合計面積と非成膜領域の合計面積との割合との差は１０％以内である。なお、ここでは便宜上第２部分３の構造を回折格子と呼称するが、上述したように利得帯域内の波長の光は反射しない。

【0037】

本実施形態では、第２部分３にも周期的に成膜領域と非成膜領域が設けられるが、半導体光増幅器集積レーザ１００のｐ－ｉ－ｎ構造の利得帯域内の波長の光を反射しないように構成される。また本実施形態では、第２部分３は成膜領域と非成膜領域が同一の周期で交互に配置される構造（回折格子構造）を有するが、第２部分３の成膜領域と非成膜領域は周期的に設けられなくてもよい（図５参照）。第２部分３が成膜領域と非成膜領域が同一の周期で交互に配置される構造を有する場合では、活性層２３を構成するＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｌＡｓ等の利得スペクトルの波長範囲を考慮して、第１部分４のデューティ比は、第２部分３のデューティ比の１．１倍以上又は０．９倍以下であってよい。

【0038】

回折格子として機能する第１部分４を備える半導体レーザ発振器部２０内はたとえば、DFB-LD全体にわたって同一周期の回折格子を形成する均一回折格子型DFB-LD、回折格子の途中に回折格子位相πの位相シフトを導入したλ/4シフトＤＦＢ－ＬＤ、回折格子周期をわずかに変えることでλ/4と等価となる位相シフトを実現したＣＰＭ（Corrugation Pitch Modulated）-DFB-LD,λ/4シフトを複数の位相シフトで実現したマルチ位相シフトDFB-LD等であってよい。

【0039】

また第２部分３は、周期性を有する場合には、ＤＦＢ波長の光を反射しない周期である必要がある。それに加えて第２部分３は、意図しない波長でＤＦＢモード発振を抑制するためには活性層２３が利得を持つ波長帯全体にわたって反射のないような周期、回折構造であることが望ましい。

【0040】

図３を参照すると、メサ部１は、第１導電型の基板２１と、該第１導電型の基板２１上に設けられるｐ－ｉ－ｎ構造を有する。本実施形態では、ｐ－ｉ－ｎ構造は、第１導電型のＳＣＨ層２２、活性層２３、第２導電型のＳＣＨ層２４、及び第２導電型のクラッド層２５を有するが、これに限定されない。メサ部１は、ｐ－ｉ－ｎ構造の第２導電型の半導体層内に形成される第１部分４をさらに含む。第１部分４は、活性層２３の発振波長の光を反射する回折格子として機能する。

【0041】

図４を参照すると、メサ部１は、第１導電型の基板２１と、該第１導電型の基板２１上に設けられるｐ－ｉ－ｎ構造を有する。本実施形態では、ｐ－ｉ－ｎ構造は、第１導電型のＳＣＨ層２２、活性層２３、第２導電型のＳＣＨ層２４、及び第２導電型のクラッド層２５を有するが、これに限定されない。メサ部１は、ｐ－ｉ－ｎ構造のｐ型半導体層内に形成される第２部分３をさらに含む。第２部分３は、活性層２３の利得帯域内の波長の光を反射しない（透過させる）。

【0042】

図５は、変形例による半導体光増幅器集積レーザの平面図の例を表す。図５に示された変形例は、第２部分３を除いて図１乃至４に示された実施形態と同一である。より詳細には、図５では、第２部分３は成膜領域と非成膜領域が交互に同一の周期で配置される構造を構成していない。すなわち第２部分３内の成膜領域と非成膜領域は周期的に設けられていない。また本変形例では、成膜領域と非成膜領域の各々の面積は不均一であってよい。しかし第２部分３の開口比と第１部分４の開口比との差は、平面視において１０％以内である。

【0043】

前述したように、半導体光増幅器部１０と半導体レーザ発振器部２０は、機能層２を除き一の共通する構造を有する。そのため半導体光増幅器部１０と半導体レーザ発振器部２０では、利得帯域が略同一となる。また電極１３，１４はそれぞれ一の部材で構成されているため、半導体光増幅器部１０と半導体レーザ発振器部２０には同一の電圧が印加される。半導体光増幅器部１０と半導体レーザ発振器部２０に電圧が印加されることで、半導体光増幅器部１０と半導体レーザ発振器部２０にはキャリアが注入される。キャリア注入後、半導体光増幅器部１０と半導体レーザ発振器部２０は、発光再結合を生じさせる。

【0044】

本願の半導体光増幅器集積レーザは、半導体レーザ発振器部２０内に回折格子層として機能する第１部分４を備え、半導体光増幅器部１０内に第２部分３を備える。第１部分４は利得帯域内の特定の波長に対して高い反射率を有するため、半導体レーザ発振器部２０は単一波長の光をレーザ発振させる。他方第２部分３は、利得帯域内の波長の光を反射させない（ブラッグ反射を起こさない）ため、前記ＤＦＢ光を含む利得帯域内の波長の光を帰還させない。そのため半導体光増幅器部１０は半導体レーザ発振器部２０から出力されるレーザ光（ＤＦＢ光）を増幅させる。

【0045】

第１部分４と第２部分３の開口比が略同一であることで、前記半導体レーザ発振器部と前記半導体光増幅器部とで第２導電型のドーパントの拡散プロファイルは製造ばらつきの範囲内で実質的に同一となる。そのため、半導体レーザ発振器部２０と半導体光増幅器部１０の両方に対して同時に第２導電型のドーパントの拡散プロファイルを最適化することが可能となる。その結果本願の半導体光増幅器集積レーザの特性の向上が実現される。

【0046】

また第１部分４と第２部分３の開口比が略同一であることで、半導体レーザ発振器部２０と半導体光増幅器部１０の各々の活性層２３へ注入される電流の密度が製造ばらつきの範囲内で実質的に同一になる。そのため、半導体光増幅器部１０が第２部分を備えない半導体光増幅器集積レーザと比較して、半導体レーザ発振器部２０と半導体光増幅器部１０の電流密度の差を小さくすることができる。その結果、本願の半導体光増幅器集積レーザの動作信頼性は、半導体光増幅器部１０が第２部分を備えない従来の半導体光増幅器集積レーザよりも向上する。

【0047】

図６は、第２実施形態による半導体光増幅器集積レーザの平面図を表している。図７は、図６の半導体光増幅器集積レーザの半導体光増幅器部の拡大平面図を表している。図６に示された半導体光増幅器集積レーザは、メサ部１’の幅が変化する点以外は図１の半導体光増幅器集積レーザと同一である。図１乃至図５に示された実施形態と同様に、メサ部１’を画定する実線はメサ部１’の輪郭を表し、メサ部１’の下には一の共通のｐ－ｉ－ｎ構造が形成されている。

【0048】

メサ部１’は、領域１０内では、領域２０と接する近端と、低反射端面コーティング膜１１と接する遠端を有する。図７に示されているように、遠端のメサストライプ幅Ｗ１は近端のメサストライプ幅Ｗ２よりも狭い。図示されているように、メサ部１’のメサストライプ幅は、領域１０内では、近端から遠端に向かって、徐々に細くなっている。そのためメサ部１’は、スポットサイズ変換器（Spot Size Converter：ＳＳＣ）としての機能を有する。

【0049】

メサ部１’の遠端の幅を近端の幅よりも狭くすることで、活性層を中心として分布している光子分布が相対的に広がり、ＦＦＰ（Far Field Pattern）を狭窄化することができる。本実施形態では、当該半導体光増幅器集積レーザの平面視において、遠端の幅は、近端の幅の0.8倍以下である。逆に、近端の幅より遠端の幅を広くしても構わない。例えば、半導体光増幅器集積レーザの平面視において、遠端の幅は近端の幅の1.2倍以上である。

【0050】

図８は、変調器を集積した半導体光増幅器集積レーザの例の平面図を表している。図８に示された半導体光増幅器集積レーザは、半導体変調器部３０を備える点以外は図１の半導体光増幅器集積レーザと同一である。当該半導体光増幅器集積レーザは、所定の波長の光をレーザ発振させる半導体レーザ発振器部２０と、前記のレーザ発振した光を増幅させる半導体光増幅器部１０と、増幅したレーザ光を変調させる半導体変調器部３０からなる。半導体変調器部３０は電極４０を備える。半導体変調器部３０は、電極４０に電圧（変調信号）を印加することで、半導体光増幅器部１０から出力される光を変調し、低反射端面コーティング膜１１が形成された出射面より変調光を出力する。半導体変調器部３０は、電界吸収型変調器であっても、ＭＺ型変調器であってもよい。

【符号の説明】

【0051】

１，１’ メサ部、２ 機能層、１１ 低反射端面コーティング膜、１２ 高反射端面コーティング膜、１３ 第２導電型の電極、１４ 第１導電型の電極、２０ 半導体レーザ発振器部、２１ 第１導電型の基板、２２ 第１導電型のＳＣＨ層、２３ 活性層、２４ 第２導電型のＳＣＨ層、２５ 第２導電型のクラッド層、２６ 絶縁膜、２７ 埋め込み層、３０ 半導体変調器部、４０ 電極。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】