JP2681274B2 - 半導体発光装置及びその動作方法 - Google Patents
半導体発光装置及びその動作方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
高速で光強度変調を行うのに好適な構造をもった半導
体発光装置及びその動作方法に関し、 変調周波数に於ける従来の上限を取り除いて高速化
し、また、大きな光出力を取り出しても高速性に影響を
与えないように、更にまた、光出力に振動が発生するの
を抑止できるようにすることを目的とし、 （１） 対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
と、該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を
起こさせる増幅機能を有する増幅部と、前記対をなす光
反射器の間に形成され且つ該光反射器間に在る発光層の
光に対する利得或いは吸収を該光が該光反射器間を一往
復するに要する時間周期と同程度以下の周期で変化させ
得る第一の利得変調部と、前記増幅部と連続すると共に
前記対をなす光反射器の外側に延在して形成され、且
つ、その部分に於ける利得或いは吸収を光が該光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同程度以下の周期で
変化させ得る第二の利得変調部とを備え、前記第一の利
得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部は半導体基板
上に積層形成された光ガイド層及び発光層及びクラッド
層で構成されて全長に亙って連続する光導波路をなし、
且つ、前記対をなす光反射器のうち前記第二の利得変調
部に近い側の光反射器は前記半導体基板と光ガイド層と
の界面に形成された周期的凹凸であることを特徴とする
か、或いは、 （２） 対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
と、該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を
起こさせる増幅機能を有する増幅部と、前記対をなす光
反射器の間に形成され且つ該光反射器間に在る発光層の
光に対する利得或いは吸収を該光が該光反射器間を一往
復するに要する時間周期と同程度以下の周期で変化させ
得る第一の利得変調部と、前記増幅部と連続すると共に
前記対をなす光反射器の外側に延在して形成され、且
つ、その部分に於ける利得或いは吸収を光が該光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同程度以下の周期で
変化させ得る第二の利得変調部とを備え、前記第一の利
得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部は半導体基板
上に積層形成された光ガイド層及び発光層及びクラッド
層で構成されて全長に亙って連続する光導波路をなし、
且つ、前記対をなす光反射器のうち前記第二の利得変調
部に近い側の光反射器は前記半導体基板と光ガイド層と
の界面に形成された周期的凹凸であることを特徴とする
半導体発光装置の動作方法に於いて、光が前記光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同じ周期で前記第一
の利得変調部に於ける利得或いは吸収を変化させること
に依ってモード同期発振を行わせ、その利得或いは吸収
を変化させる周期に同期した信号で前記第二の利得変調
部に於ける利得或いは吸収を変化させることに依って送
信したい信号パターンに対応する光の制御を行い目的と
する信号で光強度変調されたのと等価な信号パターンを
出力させることを特徴とする。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速で光強度変調を行うのに好適な構造を
もった半導体発光装置及びその動作方法に関する。 〔従来の技術〕 従来、光通信に利用している光強度変調方法として
は、半導体レーザ或いは発光ダイオード（light emitt
ing diode:LED）自体で光強度変調を行う直接変調、或
いは、発光装置から連続的に出力される光を外部の変調
装置を利用して光強度変調する外部変調などが知られて
いる。 第７図は直接変調を行う場合について説明する為の要
部回路図を、また、第８図は外部変調を行う場合につい
て説明する為の要部回路図をそれぞれ表している。 各図に於いて、61はpn接合をもった半導体レーザ、62
は変調用信号発生器、63は直流バイアス用電源、64は外
部変調器をそれぞれ示している。 第７図及び第８図に見られるような回路に依って変調
を行う場合、何れの場合に於いても、パルスが印加され
た時間に一致して発光或いは消光が行われ、出力される
光パルスの形状、即ち、時間幅は印加されるパルスのそ
れと略同じであるとされている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 第７図及び第８図に見られる回路に於いて、入力され
るパルスと出力されるパルスの形状が一致している旨の
点は、実際には、浮遊している誘導容量、或いは、素子
がもっている寄生容量の影響に依って遅れや波形歪を生
じ、その為、変調周波数の上限が制限される旨の欠点が
ある。 第９図並びに第10図は前記欠点を更に詳細に説明する
為の図であり、何れの図に於いても（Ａ）は入力である
電流或いは電圧の波形を、そして、（Ｂ）は光出力の波
形をそれぞれ表し、横軸に時間を、そして、縦軸に電流
或いは電圧か光出力を採ってある。 第９図に依れば、立ち上がり或いは立ち下がりに要す
る時間が完全に零であるようなパルス、即ち、理想的な
パルスが印加されたと想定した場合のレーザの応答が説
明される。 図に於いて、65は入力である電流或いは電圧の波形、
66はレーザの応答である光出力の波形、t1及びt2は光出
力の波形66に見られる立ち上がり遅れ及び立ち下がり遅
れをそれぞれ示している。 このように、遅れt1及びt2が存在する場合には、光出
力のパルス幅はt1＋t2より狭くすることはできず、従っ
て、変調周波数の上限は、t1＋t2の二倍の周期をもつ周
波数に制限される旨の欠点があり、これは直接変調であ
ると外部変調であるとを問わず共通するものである。 また、第９図に見られるように、応答の遅延が直線的
である場合には、周波数の上限は駆動に必要な信号の振
幅にも依存するが、特に、半導体レーザを直接変調する
場合には比較的大振幅の電流を必要とすることから、遅
れt1及びt2は大きくなり、変調周波数の上限が低下する
旨の欠点がある。 更にまた、伝送距離を長くする目的で光強度を大にし
た場合、大振幅且つ大電力で変調する必要が生じるが、
第９図に見られるように、応答の遅延が直線的である場
合には、振幅が大きくなるほど遅れt1及びt2は大にな
り、直接変調の場合、光出力を上昇させるにつれて高速
性が低下する旨の欠点がある。 第10図に依れば、直接変調を行う場合の他の欠点が説
明される。 図に於いて、67は入力である電流或いは電圧の波形、
68はレーザの応答である光出力の波形をそれぞれ示して
いる。尚、入力である電流或いは電圧の波形67は遅延を
考慮して示してある。 半導体レーザを直接変調すると、立ち上がり時にキャ
リヤの励起密度の振動に依る光出力の振動が発生する。
この振動はナノ秒程度続くことがあり、この為、波形が
歪み、良好なパターンの光出力は得られない旨の欠点が
ある。 前記したようなことを踏まえ、本発明では、変調周波
数に於ける従来の上限を取り除いて高速化し、また、大
きな光出力を取り出しても高速性に影響を与えないよう
に、更にまた、光出力に振動が発生するのを抑止できる
ようにする。 〔問題点を解決するための手段〕 第１図は本発明の原理を説明する為の半導体発光装置
の要部説明図を表している。 図に於いて、１は半導体基板、２は光導波路層、３は
増幅部を成す半導体層、４はモード同期の為の利得変調
部を成す半導体層、５は増幅部から出力される光を遮断
或いは透過することで変調する利得変調部を成す半導体
層、６及び７は光を帰還する為の反射器或いはそれに相
当するものであって第一鏡面及び第二鏡面、８は増幅
部、９はモード同期用利得変調部、10は光強度変調用利
得変調部、11は光出力部をそれぞれ示している。 第２図は第１図に見られる半導体発光装置の主要部分
の於ける信号波形を表す線図である。 図に於いて、12は利得変調部９に印加される利得変調
信号、13は利得変調部９の直下に於ける光信号、14は利
得変調部10の直下に於ける光信号、15は利得変調信号12
を基にして形成された同期信号（クロック・パルス）、
16は光を変調する為の目的とする信号パターン、17は信
号パターン16に於ける“1"の信号並びに同期信号15で生
成されたトリガ信号、18は信号パターン16に於ける“0"
の信号並びに同期信号15とで生成されたトリガ信号、19
はトリガ信号17でセットされ且つトリガ信号18でリセッ
トされる利得変調部10に印加されるゲート信号、20は利
得変調部10のシャッタ作用、即ち、ゲート信号19が“1"
の時に光を透過し、“0"の時に光を遮断する作用で変調
された光信号、Ｌは第一鏡面６及び第二鏡面７間の距
離、Ｔは利得変調信号12の周期をそれぞれ示している。 ここで、信号パターン16に於いて破線で示した信号は
“0"を、また、出力信号である光信号20に於いて破線で
示した信号は利得変調部10で遮断されて外部に取り出さ
れない光を表すものとし、さらにまた、光導波路層２に
於ける光の屈折率をｎ、真空中に於ける光速をｃ、周期
Ｔを光が第一鏡面６と第二鏡面７との間を一往復するの
に要する時間と同じ時間（Ｔ＝2nL/c）であるとする。 さて、利得変調部９に周期Ｔが2nL/cであるような利
得変調信号12を印加して利得変調を行うと、いくつかの
飛び飛びの周波数をもった光の全ての位相が一致するよ
うになり、非常に短い時間幅をもったパルス状の発振が
起きるようになる。これはモード同期発振状態と呼ば
れ、そして、前記したような方法のモード同期をアクテ
ィブ・モード同期と呼んでいる。モード同期時に於ける
パルス幅は、光スペクトルの半値全幅がdfであるとき、
1/df程度となる。例えば1.3〔μｍ〕の光で、スペクト
ルの幅が１〔nm〕のときには、 df＝（３＊10^8/1.3＊10＜−６＞） ＊（１＊10^＜−９＞/1.3＊10^＜−６＞ ＝1.77＊10^11 ここで、＜−６＞等は巾乗を示すものとする（以下同
じ） 従って、モード同期時のパルス幅ｗは、 ｗ＝1/df ＝1/（1.77＊10^11） ＝5.6＊10^＜−12＞ ＝5.6〔psec） 程度となる。 次に、周期Ｔは2nL/cで与えられるから、Ｌ＝２〔m
m〕、ｎ＝3.6、ｃ＝３＊10^8を用いると、Ｔ＝48〔pse
c〕となり、これは周波数換算で、約20〔GHz〕である。
尚、この周期Ｔは距離Ｌに依って変化する。 前記したところから理解できるように、モード同期に
依って非常に高速の光パルスをを得ることができ、ま
た、それを実施すると連続発振時の周期Ｔの間のエネル
ギに相当する全エネルギが幅ｗの光パルス中に集約され
るので、パルス・ピーク・パワーはT/w倍となり、非常
に高い出力の光パルスが得られると共に従来の直接変調
或いは外部変調に比較して高効率でエネルギを採り出す
ことができる。 このようにして発生させた光のパルス列が記号13及び
14で指示されている光信号であって、光信号13は正弦波
である利得変調信号12の振幅が最も高くなった瞬間に発
生するものであり、また、光信号14は、光が光導波路層
２中を利得変調部９から10まで走行するのに要する時間
だけ遅延している。 前記のような利得変調信号12に依る変調は、例えば電
流で利得変化させたり、或いは、pn接合に逆バイアス電
圧信号を印加して吸収率を変化させるなど電気的に行う
ことができるので、この電気信号を基にして同期信号15
を生成し、そして、同期信号15と伝送したい信号パター
ン16とを用い論理回路などに依る操作で、トリガ信号17
及び18を採り出すようにする。更に、論理回路に依り、
トリガ信号17に依るセット及びトリガ信号18に依るリセ
ットを行って、ゲート信号19を生成させ、これを利得変
調部10に印加して光パルス列である光信号14との論理積
を採ることで、変調された目的とする光パルス列である
光信号20を得るのである。 前記した動作に於いて、利得変調部10は一種のシャッ
タの如き作用をするので、切り取られた光パルスの波形
は、光信号13及び14と相似の形状をしていて、従来の直
接変調で見られるような光パルスの立ち上がり時の振動
は全く発生しない。また、従来技術に依って、光信号20
のような光パルス列を得る為には、光信号20に相当する
利得変調信号の立ち上がりと立ち下がりの遅延時間の
和、即ち、第９図に見られるt1＋t2がT/2以下でなくて
はならないが、第１図及び第２図について説明した手段
を採れば、光信号20の立ち上がり時間及び立ち下がり時
間の和は周期Ｔ以下で充分であり、従来と同じ変調器駆
動装置を用いた場合に二倍の高速化が達成される。更に
また、前記したように利得変調信号12は正弦波であるこ
と、そして、光強度変調を行う場合に比較して低いエネ
ルギに依る変調で充分であることなどから簡単に高周波
化が可能であり、これに加えて、同期信号15、信号パタ
ーン16、トリガ信号17及び18は全て論理回路で用いるの
であるから、光強度変調に用いる電力に比較して低いも
ので済み、この面からも、高速化が容易になっている。
尚、ここで最も高速化するのが困難であるのは、利得変
調部10に印加されるゲート信号19であるが、前記したよ
うに、本発明に依ると従来の二倍の高速化が可能であ
る。 前記したようなことから、本発明に依る半導体発光装
置及びその動作方法に於いては、 （１） 対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
（例えば第一鏡面６並びに第二鏡面7:第１図参照）と、
該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を起こ
させる増幅機能を有する増幅部（例えば増幅部8:第１図
参照）と、前記対をなす光反射器の間に形成され且つ該
光反射器間に在る発光層の光に対する利得或いは吸収を
該光が該光反射器間を一往復するに要する時間周期と同
程度以下の周期で変化させ得る第一の利得変調部（例え
ばモード同期用利得変調部9:第１図参照）と、前記増幅
部と連続すると共に前記対をなす光反射器の外側に延在
して形成され、且つ、その部分に於ける利得或いは吸収
を光が該光反射器間を一往復するに要する時間周期と同
程度以下の周期で変化させ得る第二の利得変調部（例え
ば光強度変調用利得変調部10:第１図参照）とを備え、
前記第一の利得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部
は半導体基板（例えば基板21:第５図参照）上に積層形
成された光ガイド層（例えば光ガイド層22:第５図参
照）及び発光層（例えば発光層23:第５図参照）及びク
ラッド層（例えばクラッド層24:第５図参照）で構成さ
れて全長に亙って連続する光導波路（例えば光導波路層
2:第１図参照）をなし、且つ、前記対をなす光反射器の
うち前記第二の利得変調部に近い側の光反射器は前記半
導体基板と光ガイド層との界面に形成された周期的凹凸
（例えば一方の光反射器を成す凹凸32:第５図参照）で
あることを特徴とするか、或いは、 （２） 対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
と、該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を
起こさせる増幅機能を有する増幅部と、前記対をなす光
反射器の間に形成され且つ該光反射器間に在る発光層の
光に対する利得或いは吸収を該光が該光反射器間を一往
復するに要する時間周期と同程度以下の周期で変化させ
得る第一の利得変調部と、前記増幅部と連続すると共に
前記対をなす光反射器の外側に延在して形成され、且
つ、その部分に於ける利得或いは吸収を光が該光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同程度以下の周期で
変化させ得る第二の利得変調部とを備え、前記第一の利
得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部は半導体基板
上に積層形成された光ガイド層及び発光層及びクラッド
層で構成されて全長に亙って連続する光導波路をなし、
且つ、前記対をなす光反射器のうち前記第二の利得変調
部に近い側の光反射器は前記半導体基板と光ガイド層と
の界面に形成された周期的凹凸であることを特徴とする
半導体発光装置の動作方法に於いて、光が前記光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同じ周期で前記第一
の利得変調部に於ける利得或いは吸収を変化させること
に依ってモード同期発振を行わせ、その利得或いは吸収
を変化させる周期に同期した信号で前記第二の利得変調
部に於ける利得或いは吸収を変化させることに依って送
信したい信号パターンに対応する光の制御を行い目的と
する信号で光強度変調されたのと等価な信号パターンを
出力させることを特徴とする。 〔作用〕 前記手段を採ることに依り、半導体発光装置はモード
同期発振して、発光時間幅が極めて短く、且つ、繰り返
し周波数が高い光パルスが得られ、また、モード同期発
振した半導体発光装置の発光周期に同期させ、送信した
い信号パターンで第二制御機構で変調を行い、このシャ
ッタ作用で光の透過を制御し、所要の光パルス列からな
る信号パターンを出力させているので、高速の光変調が
可能である。 〔実施例〕 第３図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明一実施例の要部斜面
図及び要部切断側面図をそれぞれ表し、第１図及び第２
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは
同じ意味を持つものとする。 図に於いて、21はｎ型InP基板、22はｎ型InGaAsP光ガ
イド層、23はInGaAsP発光層（活性層）、24はｐ型InPク
ラッド層、25,26,27はｐ型InGaAsPコンタクト層、28は
増幅部の電極、29はモード同期用利得変調部の電極、30
は光強度変調用利得変調部の電極、31は共通電極、33並
びに34は高光反射膜を構成する為の膜（図示されていな
い）、35は光反射防止膜（図示されていない）、46並び
に47は増幅部８と利得変調部９を、そして、増幅部８と
利得変調部10をそれぞれ電気的に分離する為の分離溝、
51はｐ型InP電流ブロック層、52はｎ型InP電流ブロック
層、53は二酸化シリコン膜或いは窒化シリコン膜からな
る誘電体膜、54,55,56,57は利得変調部９及び10に於け
る導波路領域の静電容量を低減する為の分離溝、58は光
導波路を含む部分、59及び60は光導波路を含まない部分
をそれぞれ示している。 本実施例に於いて、基板21、光ガイド層22、発光層2
3、クラッド層24は光導波路を構成し、この光導波路は
利得変調部９、増幅部８、利得変調部10まで連続してい
る。また、溝46並びに47は光導波路を含まない部分59及
び60に於いては基板21にまで達しているが、光導波路を
含む部分58に於いては電流ブロック層52で留まってい
る。更にまた、電極29及び30はリードのボンディングに
必要な最小限の面積にするべきであり、図（Ａ）に明ら
かであるように、向かって左側の部分が切除されてい
る。 第４図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明に於ける他の実施例
の要部斜面図及び要部切断側面図をそれぞれ表し、第１
図乃至第３図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示
すか或いは同じ意味を持つものとする。 本実施例が第３図について説明した実施例と相違する
点は、利得変調部９及び10に於ける光導波路を含まない
部分59並びに60を除去したところが相違しているのみで
あり、その他は全く変わりない。 第５図は第３図及び第４図について説明された半導体
発光装置及び必要な装置を含む要部説明図を表し、第１
図乃至第４図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、図示の半導
体発光装置は第３図及び第４図に見られる実施例の動作
を説明する為のものである。 図に於いて、32は一方の光反射器を成す凹凸（コルゲ
ーション）、33及び34は他方の光反射器である高光反射
膜を成す誘電体膜及び金属膜、35は光反射防止膜、36は
増幅部８に直流電流を流し増幅作用をさせる為の直流電
源、37は信号発生器、38は同期信号であるクロック・パ
ルスを形成する装置、39は遅延装置、40は伝送したい信
号である信号パターン、41は直列−並列変換装置、42は
セット信号、43はリセット信号、44はセット・リセット
・フリップ・フロップ回路、45は光強度変調用利得変調
部10を駆動するのに充分な電力となる電流或いは電圧を
発生する駆動回路、48は直流バイアス用電源をそれぞれ
示している。 この構成に於いて、誘電体膜33としては二酸化シリコ
ン膜或いは窒化シリコン膜などを、そして、金属膜34と
しては金属膜などを用いることができる。 本実施例に於いては、直流電源36並びに直流バイアス
用電源48から電流を供給することに依り、通常の半導体
レーザと同様なレーザ発振を行う。この場合、金属膜34
と凹凸32が一対の光反射器となって共振器を構成し、そ
の共振器長Ｌは金属膜34と誘電体膜33の界面と凹凸32の
中央との間の長さとなる。光学的には、この長さと光導
波路の屈折率ｎとの積、即ち、nLが共振器長になる。ま
た、利得変調部９は、順方向バイアス電圧を印加し、こ
れに高周波を重畳して正の利得を高周波的に変化させる
利得変調器として動作させるか、或いは、逆方向バイア
ス電圧を印加し、これに高周波を重畳してフランツ・ケ
ルディッシュ（Franz−Keldish）効果を利用し、負の利
得（吸収）を高周波的に変化させる利得変調器として動
作させても良い。更にまた、利得変調部10については、
光に対して高い消光比が得られること、そして、高速応
答性を有することなどが要求されるので、逆方向バイア
ス電圧を印加し、フランツ・ケルディッシュ効果を利用
した吸収に依る利得変調器として動作させる方が良い。
尚、前記説明に於いては、共振器長Ｌは金属膜34と誘電
体膜33の表面と凹凸32の中央との間の長さ、としてあ
り、ここで、「凹凸32の中央」、を採ったのは、凹凸32
が全領域に亙ってミラーの役目を果たすことから、その
平均的な長さを代表させる意味があることに由来してい
る。 第６図は第５図に見られる半導体発光装置の主要部分
に於ける信号波形を表す線図であり、第２図に於いて用
いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持
つものとする。 図に於いて、12は信号発生器37の出力であって、利得
変調部９の電極29に印加される電気信号である利得変調
信号を示している。13は利得変調部９に於ける光信号で
あって、発光層23中の光強度の時間変化を示している。
14は利得変調部10に於ける光信号であって、発光層23中
の光強度を示している。15は信号発生器37の出力である
利得変調信号12を基にしてクロック・パルス形成装置38
に於いて形成された同期信号を示している。15Bは同期
信号15を遅延装置39に依って遅延させた信号を示してい
る。16は光を変調する為の目的とする信号パターンの一
例を示している。17は直列−並列変換装置41に於ける論
理操作で信号パターン16に於ける“1"の信号及び遅延さ
れた同期信号15Bで生成されセット・リセット・フリッ
プ・フロップ回路44のセット信号となるトリガ信号を示
している。18は同じく直列−並列変換装置41に於ける論
理操作で信号パターン16に於ける“0"の信号及び遅延さ
れた同期信号15Bとで生成され同じくセット・リセット
・フリップ・フロップ回路44のリセット信号となるトリ
ガ信号を示している。19はトリガ信号17の立ち上がりの
エッジでセットされ、且つ、トリガ信号18の立ち上がり
のエッジでリセットされるセット・リセット・フリップ
・フロップ回路44から得られ利得変調部10に印加される
ゲート信号を示している。20はゲート信号19を印加する
ことで駆動回路45を介して駆動される利得変調部10のシ
ャッタ作用、即ち、ゲート信号19が“1"の時に光信号14
を透過し、“0"の時に光信号14を遮断する作用で変調さ
れ、信号パターン16に対応した出力である光信号を示し
ている。 前記した利得変調部10に於ける変調作用、即ち、吸収
作用は、ゲート信号19が高いレベルにある場合に小さ
く、反対に低いレべルにある場合に大きくなるようにし
てある。従って、第５図に記号49で指示してある出力、
即ち、第６図に見られる光信号20は、光信号14及びゲー
ト信号19の論理積に等しくなり、それに依って得られる
ものである。尚、図に於いて、破線で示した波形は、そ
れぞれ“0"であるか、或いは、吸収されて外部に出力さ
れないことを表している。 第５図に見られる主要各部分の寸法を例示すると、第
一鏡面である金属膜34と第二鏡面である凹凸32の中央と
の間の距離Ｌは２〔mm〕、利得変調部９の長さは50〔μ
ｍ〕、利得変調部10の長さは200〔μｍ〕、分離溝46,4
7,54,55,56,57の幅は10〔μｍ〕、分離溝54と55の間、
及び、分離溝56と57の間それぞれの幅は５〔μｍ〕、凹
凸32のピッチは400〔nm〕、深さは100〔nm〕、光ガイド
層22及び発光層23を構成するInGaAsPのエネルギ・バン
ド・ギャップの大きさは光波長換算でそれぞれ1.15〔μ
ｍ〕及び1.3〔μｍ〕、また、それらの厚さは0.1〔μ
ｍ〕及び0.2〔μｍ〕、その幅は両者とも１〔μｍ〕で
ある。また、各信号の時間周期及び周波数は、利得変調
信号12、光信号13、光信号14、変調された光信号20等の
繰り返し周期が56〔psec〕、即ち、周波数換算で約18
〔GHz〕、ゲート信号19の最小幅が56〔psec〕である。
既述したように、前記のような構成及び駆動条件のもと
では、金属膜34と凹凸32の間の発光層32内を往復する光
は、第６図に記号13で指示したあるようなパルス状の時
間的光強度分布をもっている。また、第６図に記号12で
指示した変調信号が18〔GHz〕のとき、発光層23内の光
のスペクトル拡がりは最低でも５〔Å〕より大きくなる
ので、このときの発光層23内のパルス状の光のパルス時
間幅は12〔psec〕よりも小さくなる。 〔発明の効果〕 本発明に依る半導体発光装置及びその動作方法に於い
ては、半導体発光装置がモード同期発振して、発光時間
幅が極めて短く、且つ、繰り返し周波数が高い光パルス
を発生し、そして、モード同期発振している半導体発光
装置の発光周期に同期させて送信したい信号パターンで
利得変調器の変調動作を行い、そのシャッタ作用で光の
透過を制御し、所要の光パルス列からなる信号パターン
を出力させるようにしている。 前記構成を採ることに依り、本発明に依ると、従来技
術に比較し、常に二倍の高速で光変調を行うことが可能
であり、例えば、56〔psec〕のパルスを用いた場合、従
来技術では、RZ（return to zero）信号で約９〔GH
z〕程度が変調の限界であったが、本発明に依れば、約1
8〔GHz〕まで変調が可能である。また、従来技術では、
例えば10〔mW〕相当の光出力が得られるレベルまで変調
し、５〔GHz〕、デューティ比50〔％〕のRZ信号でパル
ス変調した場合、一つの“1"の信号で出力されるエネル
ギは、パルス幅（100〔psec〕）と出力（10〔mW〕）の
積で１〔pJ〕となるが、本発明に依れば、モード同期さ
せるようにしていることから、１周期（200〔psec〕）
間のエネルギが一つのパルスに集中するので、二倍のエ
ネルギ（２〔ピコジュール〕）を伝送することが可能で
ある。更にまた、従来技術では、直接変調を行った場
合、出力である光信号の振動が問題になったが、本発明
に依れば、そのような振動は発生しない。
体発光装置及びその動作方法に関し、 変調周波数に於ける従来の上限を取り除いて高速化
し、また、大きな光出力を取り出しても高速性に影響を
与えないように、更にまた、光出力に振動が発生するの
を抑止できるようにすることを目的とし、 （１） 対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
と、該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を
起こさせる増幅機能を有する増幅部と、前記対をなす光
反射器の間に形成され且つ該光反射器間に在る発光層の
光に対する利得或いは吸収を該光が該光反射器間を一往
復するに要する時間周期と同程度以下の周期で変化させ
得る第一の利得変調部と、前記増幅部と連続すると共に
前記対をなす光反射器の外側に延在して形成され、且
つ、その部分に於ける利得或いは吸収を光が該光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同程度以下の周期で
変化させ得る第二の利得変調部とを備え、前記第一の利
得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部は半導体基板
上に積層形成された光ガイド層及び発光層及びクラッド
層で構成されて全長に亙って連続する光導波路をなし、
且つ、前記対をなす光反射器のうち前記第二の利得変調
部に近い側の光反射器は前記半導体基板と光ガイド層と
の界面に形成された周期的凹凸であることを特徴とする
か、或いは、 （２） 対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
と、該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を
起こさせる増幅機能を有する増幅部と、前記対をなす光
反射器の間に形成され且つ該光反射器間に在る発光層の
光に対する利得或いは吸収を該光が該光反射器間を一往
復するに要する時間周期と同程度以下の周期で変化させ
得る第一の利得変調部と、前記増幅部と連続すると共に
前記対をなす光反射器の外側に延在して形成され、且
つ、その部分に於ける利得或いは吸収を光が該光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同程度以下の周期で
変化させ得る第二の利得変調部とを備え、前記第一の利
得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部は半導体基板
上に積層形成された光ガイド層及び発光層及びクラッド
層で構成されて全長に亙って連続する光導波路をなし、
且つ、前記対をなす光反射器のうち前記第二の利得変調
部に近い側の光反射器は前記半導体基板と光ガイド層と
の界面に形成された周期的凹凸であることを特徴とする
半導体発光装置の動作方法に於いて、光が前記光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同じ周期で前記第一
の利得変調部に於ける利得或いは吸収を変化させること
に依ってモード同期発振を行わせ、その利得或いは吸収
を変化させる周期に同期した信号で前記第二の利得変調
部に於ける利得或いは吸収を変化させることに依って送
信したい信号パターンに対応する光の制御を行い目的と
する信号で光強度変調されたのと等価な信号パターンを
出力させることを特徴とする。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速で光強度変調を行うのに好適な構造を
もった半導体発光装置及びその動作方法に関する。 〔従来の技術〕 従来、光通信に利用している光強度変調方法として
は、半導体レーザ或いは発光ダイオード（light emitt
ing diode:LED）自体で光強度変調を行う直接変調、或
いは、発光装置から連続的に出力される光を外部の変調
装置を利用して光強度変調する外部変調などが知られて
いる。 第７図は直接変調を行う場合について説明する為の要
部回路図を、また、第８図は外部変調を行う場合につい
て説明する為の要部回路図をそれぞれ表している。 各図に於いて、61はpn接合をもった半導体レーザ、62
は変調用信号発生器、63は直流バイアス用電源、64は外
部変調器をそれぞれ示している。 第７図及び第８図に見られるような回路に依って変調
を行う場合、何れの場合に於いても、パルスが印加され
た時間に一致して発光或いは消光が行われ、出力される
光パルスの形状、即ち、時間幅は印加されるパルスのそ
れと略同じであるとされている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 第７図及び第８図に見られる回路に於いて、入力され
るパルスと出力されるパルスの形状が一致している旨の
点は、実際には、浮遊している誘導容量、或いは、素子
がもっている寄生容量の影響に依って遅れや波形歪を生
じ、その為、変調周波数の上限が制限される旨の欠点が
ある。 第９図並びに第10図は前記欠点を更に詳細に説明する
為の図であり、何れの図に於いても（Ａ）は入力である
電流或いは電圧の波形を、そして、（Ｂ）は光出力の波
形をそれぞれ表し、横軸に時間を、そして、縦軸に電流
或いは電圧か光出力を採ってある。 第９図に依れば、立ち上がり或いは立ち下がりに要す
る時間が完全に零であるようなパルス、即ち、理想的な
パルスが印加されたと想定した場合のレーザの応答が説
明される。 図に於いて、65は入力である電流或いは電圧の波形、
66はレーザの応答である光出力の波形、t1及びt2は光出
力の波形66に見られる立ち上がり遅れ及び立ち下がり遅
れをそれぞれ示している。 このように、遅れt1及びt2が存在する場合には、光出
力のパルス幅はt1＋t2より狭くすることはできず、従っ
て、変調周波数の上限は、t1＋t2の二倍の周期をもつ周
波数に制限される旨の欠点があり、これは直接変調であ
ると外部変調であるとを問わず共通するものである。 また、第９図に見られるように、応答の遅延が直線的
である場合には、周波数の上限は駆動に必要な信号の振
幅にも依存するが、特に、半導体レーザを直接変調する
場合には比較的大振幅の電流を必要とすることから、遅
れt1及びt2は大きくなり、変調周波数の上限が低下する
旨の欠点がある。 更にまた、伝送距離を長くする目的で光強度を大にし
た場合、大振幅且つ大電力で変調する必要が生じるが、
第９図に見られるように、応答の遅延が直線的である場
合には、振幅が大きくなるほど遅れt1及びt2は大にな
り、直接変調の場合、光出力を上昇させるにつれて高速
性が低下する旨の欠点がある。 第10図に依れば、直接変調を行う場合の他の欠点が説
明される。 図に於いて、67は入力である電流或いは電圧の波形、
68はレーザの応答である光出力の波形をそれぞれ示して
いる。尚、入力である電流或いは電圧の波形67は遅延を
考慮して示してある。 半導体レーザを直接変調すると、立ち上がり時にキャ
リヤの励起密度の振動に依る光出力の振動が発生する。
この振動はナノ秒程度続くことがあり、この為、波形が
歪み、良好なパターンの光出力は得られない旨の欠点が
ある。 前記したようなことを踏まえ、本発明では、変調周波
数に於ける従来の上限を取り除いて高速化し、また、大
きな光出力を取り出しても高速性に影響を与えないよう
に、更にまた、光出力に振動が発生するのを抑止できる
ようにする。 〔問題点を解決するための手段〕 第１図は本発明の原理を説明する為の半導体発光装置
の要部説明図を表している。 図に於いて、１は半導体基板、２は光導波路層、３は
増幅部を成す半導体層、４はモード同期の為の利得変調
部を成す半導体層、５は増幅部から出力される光を遮断
或いは透過することで変調する利得変調部を成す半導体
層、６及び７は光を帰還する為の反射器或いはそれに相
当するものであって第一鏡面及び第二鏡面、８は増幅
部、９はモード同期用利得変調部、10は光強度変調用利
得変調部、11は光出力部をそれぞれ示している。 第２図は第１図に見られる半導体発光装置の主要部分
の於ける信号波形を表す線図である。 図に於いて、12は利得変調部９に印加される利得変調
信号、13は利得変調部９の直下に於ける光信号、14は利
得変調部10の直下に於ける光信号、15は利得変調信号12
を基にして形成された同期信号（クロック・パルス）、
16は光を変調する為の目的とする信号パターン、17は信
号パターン16に於ける“1"の信号並びに同期信号15で生
成されたトリガ信号、18は信号パターン16に於ける“0"
の信号並びに同期信号15とで生成されたトリガ信号、19
はトリガ信号17でセットされ且つトリガ信号18でリセッ
トされる利得変調部10に印加されるゲート信号、20は利
得変調部10のシャッタ作用、即ち、ゲート信号19が“1"
の時に光を透過し、“0"の時に光を遮断する作用で変調
された光信号、Ｌは第一鏡面６及び第二鏡面７間の距
離、Ｔは利得変調信号12の周期をそれぞれ示している。 ここで、信号パターン16に於いて破線で示した信号は
“0"を、また、出力信号である光信号20に於いて破線で
示した信号は利得変調部10で遮断されて外部に取り出さ
れない光を表すものとし、さらにまた、光導波路層２に
於ける光の屈折率をｎ、真空中に於ける光速をｃ、周期
Ｔを光が第一鏡面６と第二鏡面７との間を一往復するの
に要する時間と同じ時間（Ｔ＝2nL/c）であるとする。 さて、利得変調部９に周期Ｔが2nL/cであるような利
得変調信号12を印加して利得変調を行うと、いくつかの
飛び飛びの周波数をもった光の全ての位相が一致するよ
うになり、非常に短い時間幅をもったパルス状の発振が
起きるようになる。これはモード同期発振状態と呼ば
れ、そして、前記したような方法のモード同期をアクテ
ィブ・モード同期と呼んでいる。モード同期時に於ける
パルス幅は、光スペクトルの半値全幅がdfであるとき、
1/df程度となる。例えば1.3〔μｍ〕の光で、スペクト
ルの幅が１〔nm〕のときには、 df＝（３＊10^8/1.3＊10＜−６＞） ＊（１＊10^＜−９＞/1.3＊10^＜−６＞ ＝1.77＊10^11 ここで、＜−６＞等は巾乗を示すものとする（以下同
じ） 従って、モード同期時のパルス幅ｗは、 ｗ＝1/df ＝1/（1.77＊10^11） ＝5.6＊10^＜−12＞ ＝5.6〔psec） 程度となる。 次に、周期Ｔは2nL/cで与えられるから、Ｌ＝２〔m
m〕、ｎ＝3.6、ｃ＝３＊10^8を用いると、Ｔ＝48〔pse
c〕となり、これは周波数換算で、約20〔GHz〕である。
尚、この周期Ｔは距離Ｌに依って変化する。 前記したところから理解できるように、モード同期に
依って非常に高速の光パルスをを得ることができ、ま
た、それを実施すると連続発振時の周期Ｔの間のエネル
ギに相当する全エネルギが幅ｗの光パルス中に集約され
るので、パルス・ピーク・パワーはT/w倍となり、非常
に高い出力の光パルスが得られると共に従来の直接変調
或いは外部変調に比較して高効率でエネルギを採り出す
ことができる。 このようにして発生させた光のパルス列が記号13及び
14で指示されている光信号であって、光信号13は正弦波
である利得変調信号12の振幅が最も高くなった瞬間に発
生するものであり、また、光信号14は、光が光導波路層
２中を利得変調部９から10まで走行するのに要する時間
だけ遅延している。 前記のような利得変調信号12に依る変調は、例えば電
流で利得変化させたり、或いは、pn接合に逆バイアス電
圧信号を印加して吸収率を変化させるなど電気的に行う
ことができるので、この電気信号を基にして同期信号15
を生成し、そして、同期信号15と伝送したい信号パター
ン16とを用い論理回路などに依る操作で、トリガ信号17
及び18を採り出すようにする。更に、論理回路に依り、
トリガ信号17に依るセット及びトリガ信号18に依るリセ
ットを行って、ゲート信号19を生成させ、これを利得変
調部10に印加して光パルス列である光信号14との論理積
を採ることで、変調された目的とする光パルス列である
光信号20を得るのである。 前記した動作に於いて、利得変調部10は一種のシャッ
タの如き作用をするので、切り取られた光パルスの波形
は、光信号13及び14と相似の形状をしていて、従来の直
接変調で見られるような光パルスの立ち上がり時の振動
は全く発生しない。また、従来技術に依って、光信号20
のような光パルス列を得る為には、光信号20に相当する
利得変調信号の立ち上がりと立ち下がりの遅延時間の
和、即ち、第９図に見られるt1＋t2がT/2以下でなくて
はならないが、第１図及び第２図について説明した手段
を採れば、光信号20の立ち上がり時間及び立ち下がり時
間の和は周期Ｔ以下で充分であり、従来と同じ変調器駆
動装置を用いた場合に二倍の高速化が達成される。更に
また、前記したように利得変調信号12は正弦波であるこ
と、そして、光強度変調を行う場合に比較して低いエネ
ルギに依る変調で充分であることなどから簡単に高周波
化が可能であり、これに加えて、同期信号15、信号パタ
ーン16、トリガ信号17及び18は全て論理回路で用いるの
であるから、光強度変調に用いる電力に比較して低いも
ので済み、この面からも、高速化が容易になっている。
尚、ここで最も高速化するのが困難であるのは、利得変
調部10に印加されるゲート信号19であるが、前記したよ
うに、本発明に依ると従来の二倍の高速化が可能であ
る。 前記したようなことから、本発明に依る半導体発光装
置及びその動作方法に於いては、 （１） 対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
（例えば第一鏡面６並びに第二鏡面7:第１図参照）と、
該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を起こ
させる増幅機能を有する増幅部（例えば増幅部8:第１図
参照）と、前記対をなす光反射器の間に形成され且つ該
光反射器間に在る発光層の光に対する利得或いは吸収を
該光が該光反射器間を一往復するに要する時間周期と同
程度以下の周期で変化させ得る第一の利得変調部（例え
ばモード同期用利得変調部9:第１図参照）と、前記増幅
部と連続すると共に前記対をなす光反射器の外側に延在
して形成され、且つ、その部分に於ける利得或いは吸収
を光が該光反射器間を一往復するに要する時間周期と同
程度以下の周期で変化させ得る第二の利得変調部（例え
ば光強度変調用利得変調部10:第１図参照）とを備え、
前記第一の利得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部
は半導体基板（例えば基板21:第５図参照）上に積層形
成された光ガイド層（例えば光ガイド層22:第５図参
照）及び発光層（例えば発光層23:第５図参照）及びク
ラッド層（例えばクラッド層24:第５図参照）で構成さ
れて全長に亙って連続する光導波路（例えば光導波路層
2:第１図参照）をなし、且つ、前記対をなす光反射器の
うち前記第二の利得変調部に近い側の光反射器は前記半
導体基板と光ガイド層との界面に形成された周期的凹凸
（例えば一方の光反射器を成す凹凸32:第５図参照）で
あることを特徴とするか、或いは、 （２） 対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
と、該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を
起こさせる増幅機能を有する増幅部と、前記対をなす光
反射器の間に形成され且つ該光反射器間に在る発光層の
光に対する利得或いは吸収を該光が該光反射器間を一往
復するに要する時間周期と同程度以下の周期で変化させ
得る第一の利得変調部と、前記増幅部と連続すると共に
前記対をなす光反射器の外側に延在して形成され、且
つ、その部分に於ける利得或いは吸収を光が該光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同程度以下の周期で
変化させ得る第二の利得変調部とを備え、前記第一の利
得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部は半導体基板
上に積層形成された光ガイド層及び発光層及びクラッド
層で構成されて全長に亙って連続する光導波路をなし、
且つ、前記対をなす光反射器のうち前記第二の利得変調
部に近い側の光反射器は前記半導体基板と光ガイド層と
の界面に形成された周期的凹凸であることを特徴とする
半導体発光装置の動作方法に於いて、光が前記光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同じ周期で前記第一
の利得変調部に於ける利得或いは吸収を変化させること
に依ってモード同期発振を行わせ、その利得或いは吸収
を変化させる周期に同期した信号で前記第二の利得変調
部に於ける利得或いは吸収を変化させることに依って送
信したい信号パターンに対応する光の制御を行い目的と
する信号で光強度変調されたのと等価な信号パターンを
出力させることを特徴とする。 〔作用〕 前記手段を採ることに依り、半導体発光装置はモード
同期発振して、発光時間幅が極めて短く、且つ、繰り返
し周波数が高い光パルスが得られ、また、モード同期発
振した半導体発光装置の発光周期に同期させ、送信した
い信号パターンで第二制御機構で変調を行い、このシャ
ッタ作用で光の透過を制御し、所要の光パルス列からな
る信号パターンを出力させているので、高速の光変調が
可能である。 〔実施例〕 第３図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明一実施例の要部斜面
図及び要部切断側面図をそれぞれ表し、第１図及び第２
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは
同じ意味を持つものとする。 図に於いて、21はｎ型InP基板、22はｎ型InGaAsP光ガ
イド層、23はInGaAsP発光層（活性層）、24はｐ型InPク
ラッド層、25,26,27はｐ型InGaAsPコンタクト層、28は
増幅部の電極、29はモード同期用利得変調部の電極、30
は光強度変調用利得変調部の電極、31は共通電極、33並
びに34は高光反射膜を構成する為の膜（図示されていな
い）、35は光反射防止膜（図示されていない）、46並び
に47は増幅部８と利得変調部９を、そして、増幅部８と
利得変調部10をそれぞれ電気的に分離する為の分離溝、
51はｐ型InP電流ブロック層、52はｎ型InP電流ブロック
層、53は二酸化シリコン膜或いは窒化シリコン膜からな
る誘電体膜、54,55,56,57は利得変調部９及び10に於け
る導波路領域の静電容量を低減する為の分離溝、58は光
導波路を含む部分、59及び60は光導波路を含まない部分
をそれぞれ示している。 本実施例に於いて、基板21、光ガイド層22、発光層2
3、クラッド層24は光導波路を構成し、この光導波路は
利得変調部９、増幅部８、利得変調部10まで連続してい
る。また、溝46並びに47は光導波路を含まない部分59及
び60に於いては基板21にまで達しているが、光導波路を
含む部分58に於いては電流ブロック層52で留まってい
る。更にまた、電極29及び30はリードのボンディングに
必要な最小限の面積にするべきであり、図（Ａ）に明ら
かであるように、向かって左側の部分が切除されてい
る。 第４図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明に於ける他の実施例
の要部斜面図及び要部切断側面図をそれぞれ表し、第１
図乃至第３図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示
すか或いは同じ意味を持つものとする。 本実施例が第３図について説明した実施例と相違する
点は、利得変調部９及び10に於ける光導波路を含まない
部分59並びに60を除去したところが相違しているのみで
あり、その他は全く変わりない。 第５図は第３図及び第４図について説明された半導体
発光装置及び必要な装置を含む要部説明図を表し、第１
図乃至第４図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、図示の半導
体発光装置は第３図及び第４図に見られる実施例の動作
を説明する為のものである。 図に於いて、32は一方の光反射器を成す凹凸（コルゲ
ーション）、33及び34は他方の光反射器である高光反射
膜を成す誘電体膜及び金属膜、35は光反射防止膜、36は
増幅部８に直流電流を流し増幅作用をさせる為の直流電
源、37は信号発生器、38は同期信号であるクロック・パ
ルスを形成する装置、39は遅延装置、40は伝送したい信
号である信号パターン、41は直列−並列変換装置、42は
セット信号、43はリセット信号、44はセット・リセット
・フリップ・フロップ回路、45は光強度変調用利得変調
部10を駆動するのに充分な電力となる電流或いは電圧を
発生する駆動回路、48は直流バイアス用電源をそれぞれ
示している。 この構成に於いて、誘電体膜33としては二酸化シリコ
ン膜或いは窒化シリコン膜などを、そして、金属膜34と
しては金属膜などを用いることができる。 本実施例に於いては、直流電源36並びに直流バイアス
用電源48から電流を供給することに依り、通常の半導体
レーザと同様なレーザ発振を行う。この場合、金属膜34
と凹凸32が一対の光反射器となって共振器を構成し、そ
の共振器長Ｌは金属膜34と誘電体膜33の界面と凹凸32の
中央との間の長さとなる。光学的には、この長さと光導
波路の屈折率ｎとの積、即ち、nLが共振器長になる。ま
た、利得変調部９は、順方向バイアス電圧を印加し、こ
れに高周波を重畳して正の利得を高周波的に変化させる
利得変調器として動作させるか、或いは、逆方向バイア
ス電圧を印加し、これに高周波を重畳してフランツ・ケ
ルディッシュ（Franz−Keldish）効果を利用し、負の利
得（吸収）を高周波的に変化させる利得変調器として動
作させても良い。更にまた、利得変調部10については、
光に対して高い消光比が得られること、そして、高速応
答性を有することなどが要求されるので、逆方向バイア
ス電圧を印加し、フランツ・ケルディッシュ効果を利用
した吸収に依る利得変調器として動作させる方が良い。
尚、前記説明に於いては、共振器長Ｌは金属膜34と誘電
体膜33の表面と凹凸32の中央との間の長さ、としてあ
り、ここで、「凹凸32の中央」、を採ったのは、凹凸32
が全領域に亙ってミラーの役目を果たすことから、その
平均的な長さを代表させる意味があることに由来してい
る。 第６図は第５図に見られる半導体発光装置の主要部分
に於ける信号波形を表す線図であり、第２図に於いて用
いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持
つものとする。 図に於いて、12は信号発生器37の出力であって、利得
変調部９の電極29に印加される電気信号である利得変調
信号を示している。13は利得変調部９に於ける光信号で
あって、発光層23中の光強度の時間変化を示している。
14は利得変調部10に於ける光信号であって、発光層23中
の光強度を示している。15は信号発生器37の出力である
利得変調信号12を基にしてクロック・パルス形成装置38
に於いて形成された同期信号を示している。15Bは同期
信号15を遅延装置39に依って遅延させた信号を示してい
る。16は光を変調する為の目的とする信号パターンの一
例を示している。17は直列−並列変換装置41に於ける論
理操作で信号パターン16に於ける“1"の信号及び遅延さ
れた同期信号15Bで生成されセット・リセット・フリッ
プ・フロップ回路44のセット信号となるトリガ信号を示
している。18は同じく直列−並列変換装置41に於ける論
理操作で信号パターン16に於ける“0"の信号及び遅延さ
れた同期信号15Bとで生成され同じくセット・リセット
・フリップ・フロップ回路44のリセット信号となるトリ
ガ信号を示している。19はトリガ信号17の立ち上がりの
エッジでセットされ、且つ、トリガ信号18の立ち上がり
のエッジでリセットされるセット・リセット・フリップ
・フロップ回路44から得られ利得変調部10に印加される
ゲート信号を示している。20はゲート信号19を印加する
ことで駆動回路45を介して駆動される利得変調部10のシ
ャッタ作用、即ち、ゲート信号19が“1"の時に光信号14
を透過し、“0"の時に光信号14を遮断する作用で変調さ
れ、信号パターン16に対応した出力である光信号を示し
ている。 前記した利得変調部10に於ける変調作用、即ち、吸収
作用は、ゲート信号19が高いレベルにある場合に小さ
く、反対に低いレべルにある場合に大きくなるようにし
てある。従って、第５図に記号49で指示してある出力、
即ち、第６図に見られる光信号20は、光信号14及びゲー
ト信号19の論理積に等しくなり、それに依って得られる
ものである。尚、図に於いて、破線で示した波形は、そ
れぞれ“0"であるか、或いは、吸収されて外部に出力さ
れないことを表している。 第５図に見られる主要各部分の寸法を例示すると、第
一鏡面である金属膜34と第二鏡面である凹凸32の中央と
の間の距離Ｌは２〔mm〕、利得変調部９の長さは50〔μ
ｍ〕、利得変調部10の長さは200〔μｍ〕、分離溝46,4
7,54,55,56,57の幅は10〔μｍ〕、分離溝54と55の間、
及び、分離溝56と57の間それぞれの幅は５〔μｍ〕、凹
凸32のピッチは400〔nm〕、深さは100〔nm〕、光ガイド
層22及び発光層23を構成するInGaAsPのエネルギ・バン
ド・ギャップの大きさは光波長換算でそれぞれ1.15〔μ
ｍ〕及び1.3〔μｍ〕、また、それらの厚さは0.1〔μ
ｍ〕及び0.2〔μｍ〕、その幅は両者とも１〔μｍ〕で
ある。また、各信号の時間周期及び周波数は、利得変調
信号12、光信号13、光信号14、変調された光信号20等の
繰り返し周期が56〔psec〕、即ち、周波数換算で約18
〔GHz〕、ゲート信号19の最小幅が56〔psec〕である。
既述したように、前記のような構成及び駆動条件のもと
では、金属膜34と凹凸32の間の発光層32内を往復する光
は、第６図に記号13で指示したあるようなパルス状の時
間的光強度分布をもっている。また、第６図に記号12で
指示した変調信号が18〔GHz〕のとき、発光層23内の光
のスペクトル拡がりは最低でも５〔Å〕より大きくなる
ので、このときの発光層23内のパルス状の光のパルス時
間幅は12〔psec〕よりも小さくなる。 〔発明の効果〕 本発明に依る半導体発光装置及びその動作方法に於い
ては、半導体発光装置がモード同期発振して、発光時間
幅が極めて短く、且つ、繰り返し周波数が高い光パルス
を発生し、そして、モード同期発振している半導体発光
装置の発光周期に同期させて送信したい信号パターンで
利得変調器の変調動作を行い、そのシャッタ作用で光の
透過を制御し、所要の光パルス列からなる信号パターン
を出力させるようにしている。 前記構成を採ることに依り、本発明に依ると、従来技
術に比較し、常に二倍の高速で光変調を行うことが可能
であり、例えば、56〔psec〕のパルスを用いた場合、従
来技術では、RZ（return to zero）信号で約９〔GH
z〕程度が変調の限界であったが、本発明に依れば、約1
8〔GHz〕まで変調が可能である。また、従来技術では、
例えば10〔mW〕相当の光出力が得られるレベルまで変調
し、５〔GHz〕、デューティ比50〔％〕のRZ信号でパル
ス変調した場合、一つの“1"の信号で出力されるエネル
ギは、パルス幅（100〔psec〕）と出力（10〔mW〕）の
積で１〔pJ〕となるが、本発明に依れば、モード同期さ
せるようにしていることから、１周期（200〔psec〕）
間のエネルギが一つのパルスに集中するので、二倍のエ
ネルギ（２〔ピコジュール〕）を伝送することが可能で
ある。更にまた、従来技術では、直接変調を行った場
合、出力である光信号の振動が問題になったが、本発明
に依れば、そのような振動は発生しない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理を説明する為の半導体発光装置の
要部切断側面図、第２図は第１図に見られる半導体発光
装置の主要部分に於ける信号波形を示す線図、第３図
（Ａ）及び（Ｂ）は本発明一実施例の要部斜面図及び要
部切断側面図、第４図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明に於け
る他の実施例の要部斜面図及び要部切断側面図、第５図
は第３図及び第４図に見られる実施例の動作を説明する
為の半導体発光装置及び必要な装置の要部説明図、第６
図は第５図に見られる半導体発光装置の主要部分に於け
る信号波形を示す線図、第７図及び第８図は従来技術を
説明する為の要部回路図、第９図（Ａ）及び（Ｂ）と第
10図（Ａ）及び（Ｂ）は入出力の波形を示す線図をそれ
ぞれ表している。 図に於いて、１は半導体基板、２は光導波路層、為の利
得変調部を成す半導体層、５は増幅部から出力される光
を遮断或いは透過することで変調する利得変調部を成す
半導体層、６及び７は光を帰還する為の反射器或いはそ
れに相当するものであって第一鏡面及び第二鏡面、８は
増幅部、９はモード同期用利得変調部、10は光強度変調
用利得変調部、11は光出力部、12は利得変調部９に印加
される利得変調信号、13は利得変調部９の直下に於ける
光信号、14は利得変調部10の直下に於ける光信号、15は
利得変調信号12を基にして形成された同期信号（クロッ
ク・パルス）、16は光を変調する為の目的とする信号パ
ターン、17は信号パターン16に於ける“1"の信号並びに
同期信号15で生成されたトリガ信号、18は信号パターン
16に於ける“0"の信号並びに同期信号15とで生成された
トリガ信号、19はトリガ信号17でセットされ且つトリガ
信号18でリセットされる利得変調部10に印加されるゲー
ト信号、20は利得変調部10のシャッタ作用、即ち、ゲー
ト信号19が“1"の時に光を透過し、“0"の時に光を遮断
する作用で変調された光信号、Ｌは第一鏡面６及び第二
鏡面７間の距離、Ｔは利得変調信号12の周期をそれぞれ
示している。
要部切断側面図、第２図は第１図に見られる半導体発光
装置の主要部分に於ける信号波形を示す線図、第３図
（Ａ）及び（Ｂ）は本発明一実施例の要部斜面図及び要
部切断側面図、第４図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明に於け
る他の実施例の要部斜面図及び要部切断側面図、第５図
は第３図及び第４図に見られる実施例の動作を説明する
為の半導体発光装置及び必要な装置の要部説明図、第６
図は第５図に見られる半導体発光装置の主要部分に於け
る信号波形を示す線図、第７図及び第８図は従来技術を
説明する為の要部回路図、第９図（Ａ）及び（Ｂ）と第
10図（Ａ）及び（Ｂ）は入出力の波形を示す線図をそれ
ぞれ表している。 図に於いて、１は半導体基板、２は光導波路層、為の利
得変調部を成す半導体層、５は増幅部から出力される光
を遮断或いは透過することで変調する利得変調部を成す
半導体層、６及び７は光を帰還する為の反射器或いはそ
れに相当するものであって第一鏡面及び第二鏡面、８は
増幅部、９はモード同期用利得変調部、10は光強度変調
用利得変調部、11は光出力部、12は利得変調部９に印加
される利得変調信号、13は利得変調部９の直下に於ける
光信号、14は利得変調部10の直下に於ける光信号、15は
利得変調信号12を基にして形成された同期信号（クロッ
ク・パルス）、16は光を変調する為の目的とする信号パ
ターン、17は信号パターン16に於ける“1"の信号並びに
同期信号15で生成されたトリガ信号、18は信号パターン
16に於ける“0"の信号並びに同期信号15とで生成された
トリガ信号、19はトリガ信号17でセットされ且つトリガ
信号18でリセットされる利得変調部10に印加されるゲー
ト信号、20は利得変調部10のシャッタ作用、即ち、ゲー
ト信号19が“1"の時に光を透過し、“0"の時に光を遮断
する作用で変調された光信号、Ｌは第一鏡面６及び第二
鏡面７間の距離、Ｔは利得変調信号12の周期をそれぞれ
示している。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
と、 該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を起こ
させる増幅機能を有する増幅部と、 前記対をなす光反射器の間に形成され且つ該光反射器間
に在る発光層の光に対する利得或いは吸収を該光が該光
反射器間を一往復するに要する時間周期と同程度以下の
周期で変化させ得る第一の利得変調部と、 前記増幅部と連続すると共に前記対をなす光反射器の外
側に延在して形成され、且つ、その部分に於ける利得或
いは吸収を光が該光反射器間を一往復するに要する時間
周期と同程度以下の周期で変化させ得る第二の利得変調
部とを備え、 前記第一の利得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部
は半導体基板上に積層形成された光ガイド層及び発光層
及びクラッド層で構成されて全長に亙って連続する光導
波路をなし、且つ、前記対をなす光反射器のうち前記第
二の利得変調部に近い側の光反射器は前記半導体基板と
光ガイド層との界面に形成された周期的凹凸であること を特徴とする半導体発光装置。 ２．対向して対をなしレーザ発振を起こさせる光反射器
と、該光反射器で反射される光を導波してレーザ発振を
起こさせる増幅機能を有する増幅部と、前記対をなす光
反射器の間に形成され且つ該光反射器間に在る発光層の
光に対する利得或いは吸収を該光が該光反射器間を一往
復するに要する時間周期と同程度以下の周期で変化させ
得る第一の利得変調部と、前記増幅部と連続すると共に
前記対をなす光反射器の外側に延在して形成され、且
つ、その部分に於ける利得或いは吸収を光が該光反射器
間を一往復するに要する時間周期と同程度以下の周期で
変化させ得る第二の利得変調部とを備え、前記第一の利
得変調部及び増幅部及び第二の利得変調部は半導体基板
上に積層形成された光ガイド層及び発光層及びクラッド
層で構成されて全長に亙って連続する光導波路をなし、
且つ、前記対をなす光反射器のうち前記第二の利得変調
部に近い側の光反射器は前記半導体基板と光ガイド層と
の界面に形成された周期的凹凸であることを特徴とする
半導体発光装置の動作方法に於いて、 光が前記光反射器間を一往復するに要する時間周期と同
じ周期で前記第一の利得変調部に於ける利得或いは吸収
を変化させることに依ってモード同期発振を行わせ、 その利得或いは吸収を変化させる周期に同期した信号で
前記第二の利得変調部に於ける利得或いは吸収を変化さ
せることに依って送信したい信号パターンに対応する光
の制御を行い目的とする信号で光強度変調されたのと等
価な信号パターンを出力させること を特徴とする半導体発光装置の動作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62325571A JP2681274B2 (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | 半導体発光装置及びその動作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62325571A JP2681274B2 (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | 半導体発光装置及びその動作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01168086A JPH01168086A (ja) | 1989-07-03 |
| JP2681274B2 true JP2681274B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=18178373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62325571A Expired - Fee Related JP2681274B2 (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | 半導体発光装置及びその動作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2681274B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4117866A1 (de) * | 1991-05-31 | 1992-12-03 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Verfahren zum betreiben eines halbleiterlasers als modensynchronisierten halbleiterlaser und einrichtungen zur durchfuehrung des verfahrens |
| GB2301708A (en) * | 1995-06-03 | 1996-12-11 | Sharp Kk | Variable coherence light source |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58202581A (ja) * | 1982-02-12 | 1983-11-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | レ−ザダイオ−ド光制御装置 |
-
1987
- 1987-12-24 JP JP62325571A patent/JP2681274B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01168086A (ja) | 1989-07-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |