JPH0219987B2 - - Google Patents

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JPH0219987B2
JPH0219987B2 JP60057334A JP5733485A JPH0219987B2 JP H0219987 B2 JPH0219987 B2 JP H0219987B2 JP 60057334 A JP60057334 A JP 60057334A JP 5733485 A JP5733485 A JP 5733485A JP H0219987 B2 JPH0219987 B2 JP H0219987B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は安定な単一波長で発振する分布帰還型
半導体レーザ（以下DFBレーザと称する）に関
するものである。
（従来技術とその問題点） DFBレーザは素子内部に形成した回折格子に
よる分布帰還とその波長選択性を利用して単一波
長で発振する半導体レーザである。このような単
一波長半導体レーザを光源に用いた光フアイバ通
信システムにおいては、その伝送媒体として波長
分散（波長の違いによつて伝送速度が異なる性
質）のある光フアイバを用いても、長距離伝送後
の信号波形が乱れないという利点があるため、
DFBレーザは長距離光フアイバ通信用光源とし
て有望視されている。
ところで、従来のDFBレーザは回折格子の周
期によつて決まるブラツグ波長近傍に、ストツプ
バンドと呼ばれる発振モードの存在しない波長帯
を持ち、このストツプバンドの両側に２本の発振
可能モードを有しているため、全ての素子が単一
波長で発振するのではなく、中には２本の軸モー
ドで発振するものもあつた。この問題を解決する
ために、例えば1984年４月12日発行のエレクトロ
ニクスレターズ誌、第20巻、第８号、ページ326
〜327では、DFBレーザの中央部分で、回折格子
の周期を伝搬波長λの1/4だけずらした構造（以
下λ／４シフト構造と称する）を提案している。
このλ／４シフト構造DFBレーザではブラツグ
波長に一致して発振可能モードが存在し、且つこ
のモードの発振閾値利得が他のモードに比べ著し
く低くなるため、ブラツグ波長での安定な単一波
長発振が得られる。前記論文ではλ／４シフト構
造DFBレーザについて、両端面の反射が無い場
合、及び一方の端面の反射が無く、他方の端面が
反射率約30％の劈開面である場合の理論的な検討
を行つており、前記λ／４シフトの領域はどちら
の場合も素子中央部分にあるのが理想的であると
述べている。
しかし、本願の発明者の理論的検討によれば、
前記論文で示したλ／４シフト領域の最適位置に
は若干の誤りがあることが判明した。すなわち、
両端面が無反射、あるいは両端面の反射率が等し
い場合には、λ／４シフト領域の最適位置は素子
中央でよいのであるが、両端面の反射率が非対称
な場合には、その最適位置が素子中央部分からず
れることが本発明者によつて見い出された。一般
にDFBレーザにおいては、不要モードであるフ
アブリペロ・モードを抑制し且つ前端面からの光
取り出し効率を高くすることを目的として、例え
ば1984年３月15日発行のエレクトロニクスレター
ズ誌、第20巻、第６号ページ233〜235で示されて
いるように、素子前端面に無反射コーテイング
（以下ARコーテイングと称する）を施すことが
多い。このような場合においては、λ／４シフト
領域をどこに設けたら良いのかについての検討は
なされていなかつた。
（発明の目的） 本発明は、特に非対称な端面反射率を有する
DFBレーザにおいて、安定な単一波長で発振す
るDFBレーザを提供することにある。
（発明の構成） 本発明による半導体レーザの構成は、ストライ
プ状発領域と、このストライプ状発光領域に近接
した光の進行方向に沿う周期状凹凸構造に有する
分布帰還型半導体レーザにおいて、前記ストライ
プ状発光領域の両端に反射率の異なる２つの端面
を備え、前記周期状凹凸構造の中央部より前記反
射率の高い方の端面に近い側で、前記周期状凹凸
構造を前記ストライプ方向に２分し、この２分す
る部分に２分された周期状凹凸構造の間で光学的
な位相ズレ量としてΠ／４〜3Π／４を生じさせ
る位相シフト領域を備えたことを特徴としてい
る。このような構造でも特に、前記位相シフト領
域での光学的位相ズレ量がπ／２となるように、
前記位相シフト領域の長さを前記位相シフト領域
を伝搬する光の波長の（１＋2n）／４倍（但し、
ｎは０以上の整数）とした構造、あるいは、前記
位相シフト領域を伝搬する光と前記周期状凹凸構
造に沿つて伝搬する光の伝搬定数の差の逆数の
π／２倍となるように位相シフト領域の長さを定
めた構造では効果が著しく大きくなる。
（発明の作用・原理） まず、λ／４シフト構造DFBレーザの原理に
ついて述べる。最も効果の大きい、位相ズレ量が
Π／２の場合について述べる。第４図ａはλ／４
シフト構造DFBレーザの回折格子の形状である。
回折格子の周期Λは一般にΛ＝mλg／２（λgは半
導体中での光の伝搬波長、ｍは１以上の整数）と
なるように設定するが、ここでは話を簡単にする
ためｍ＝１の１次の回折格子とするが一般性は失
なわれない。両端には反射率R1，R2の２つの端
面があり、回折格子の一部に長さ△Ｌの平担な位
相シフト領域がある構造を考える。このような回
折格子を持つDFBレーザでは、図中Ａ点から左
側を見た反射光と、Ｂ点から右側に見た反射光の
ブラツグ波長での位相はそれぞれπ／２である。
従つて、位相シフト領域がない（△Ｌ＝０）一般
のDFBレーザでは、ブラツグ波長で共振器内を
一周する光にπの位相ズレが生じてしまい、ブラ
ツグ波長では発振モードは存在しない。これに対
し、λ／４シフト構造DFBレーザでは、素子中
央部（L1＝0.5L）に設けた位相シフト領域（ここ
で言う位相シフト領域とは、便宜上平担部両側の
回折格子の凸部から凸部とする。）長さを△Ｌ＝
λg／４とすることにより、光がこの位相シフト
領域を通過する際、片道でπ／２、往復だけでπ
だけ位相がシフトされ、左右の回折格子による位
相ズレを打ち消すために、ブラツグ波長での安定
な単一波長発振が得られる。
以上説明したように、従来のλ／４シフト構造
DFBレーザにおける位相シフト領域は、ブラツ
グ波長での位相整合をとることによつて、ブラツ
グ波長に一致した安定な単一発振を得ることを目
的としていた。また、その最適位置は素子中央部
（L1＝0.5L）であるとされていた。しかし、ブラ
ツグ波長でのより安定な単一波長発振を得るため
には、位相シフト領域において、位相整合のみな
らず、左右の反射光の強度的な整合もとることが
望ましい。これを実現するためには左右の反射光
の強度が等しくなる位置に位相シフト領域を設け
ればよい訳である。一般に両端の反射率が異なる
（R1≠R2）場合には、左右を見た反射光の強度が
等しくなる位置は素子中央部よりも高反射端面側
にずれる。従つて、位相シフト領域の最適位置も
素子中央部より高反射端面側にずれる。これを実
証するために次の様な計算による検討を試みた。
第４図ｂは、左右の端面の反射率がそれぞれR1
＝30％、R2＝０の場合について、位相シフト領
域の位置（L1／Ｌ）を変えた時の、ブラツグ波
長に一致するメインモードとその両側のサブモー
ドの発振閾値利得の変化の様子を示したものであ
る。L1／Ｌ＝0.3〜0.4の時、メインモードの発振
閾値利得が最小となり、サブモードについては最
大となる。つまり、位相シフト領域の位置を、
３：７〜４：６の割合で高反射端面側に近づける
ことによつて、DFBレーザの発振閾値が最少と
なり、且つサブモードが抑制された安定な単一波
長発振が得られることを示している。尚、両端面
の反射率が等しい（R1＝R2）場合には、位相シ
フト領域の最適位置は従来通り素子中央部でよい
ため、本願は非対称な端面反射率を有するλ／４
シフト構造DFBレーザについて有効である。
以上の説明では位相ズレ量をΠ／２とした場合
について述べたが、位相ズレ量はΠ／４〜3Π／
４の範囲であれば効果は顕著であり、本発明の目
的は達成できる。
実施例 １ 以下本発明の実施例を図面に用いて詳細に説明
する。
第１図は本発明の第１の実施例であるDFBレ
ーザの縦断面図である。ｎ−InP基板１の上に周
期2000Åの回折格子２と長さλg／４（約1000Å）
の平担な位相シフト領域３を例えば電子ビーム露
光法及び化学エツチング法を用いて形成する。位
相シフト領域３の位置は端面から0.35：0.65の位
置とする。その後波長組成1.1μｍのｎ−
InGaAsP光ガイド層４、波長組成1.3μｍのノン
ドープInGaAsP活性層５、Ｐ−InPクラツド層
６、P+−InGaAsPキヤツプ層７をそれぞれ順に
0.1μｍ、0.1μｍ、3μｍ、0.5μｍの厚さにエピタキ
シヤル成長する。このようにして得られた多層半
導体ウエハの上下に電極８，９を形成し、また、
位相シフト領域３から遠い側の端面にSiN等によ
るARコーテイング膜１０を形成して所望の構造
が得られる。こうして得られたDFBレーザは、
最も理想的なλ／４シフト構造となつており、そ
のほとんどの素子でブラツグ波長での安定な単一
波長発振を得ることができた。
尚、ここで示した回折格子２のように、位相シ
フト領域３によつて一部繰り返し周期をずらした
回折格子２は一般に製作困難とされているが、発
明者らは前述した電子ビーム露光法によつてそれ
を実現した。また昭和59年度電子通信学会光・電
波部門全国大会講演論文集、分冊２、第265番で
示されているような、ポジおよびネガレシストの
同時干渉露光法等によつてもこのような回折格子
２を製作することができた。本実施例では位相シ
フト領域３の長さ△Ｌをλg／４としたが、△Ｌ
＝λg（１＋2n）／４（但しｎは０以上の整数）で
あれば位相シフト領域３を通過する光の位相は片
道でπ／２ずれるため、ｎは必ずしも０である必
要はない。
実施例 ２ 実施例１では位相シフト領域３によつて、一部
周期をずらした回折格子２を用いた例を示した
が、このような回折格子２は製作が難しいため、
本実施例では製作容易な位相シフト構造DFBレ
ーザについて述べる。
第２図は本発明の第２の実施例であるDFBレ
ーザの縦断面図である。ｎ−InP基板１の上に周
期2000Åの均一な回折格子２を従来の干渉露光法
と化学エツチング法を用いて形成した後、端面か
ら0.35：0.65の位置に前記回折格子２の一部を深
さ0.1μｍ、長さ約20μｍにエツチング除去した位
相シフト領域３を形成する。この後更に波長組成
1.1μｍのｎ−InGaAsP光ガイド層４、波長組成
1.3μｍのノンドーブInGaAsP活性層５、Ｐ−InP
クラツド層６、P+−InGaAsPキヤツプ層７を順
にエピタキシヤル成長する。光ガイド層４の厚さ
は回折格子２の上部で約0.1μｍ、位相シフト領域
３において約0.2μｍであり、他の層厚は実施例１
と同じである。こうして得られた多層半導体ウエ
ハの上下に電極８，９を形成し、また、位相シフ
ト領域３から遠い端面側にARコーテイング膜１
０を形成し所望の構造が得られる。この構造の素
子では、回折格子２が形成された領域と、位相シ
フト領域３とでは光ガイド層４の厚さが異なるた
めそれぞれの領域の等価屈折率が異なり、そのた
め、両領域での光の伝搬定数に差が生じる。この
伝搬定数の差が△βの時、位相シフト領域３の長
さ△Ｌを△Ｌ＝π／２△βと設定することによ
り、位相シフト領域３を光が通過する時の位相シ
フト量は片道で等価的にπ／２となる。本実施例
のように、光ガイド層４の厚さが位相シフト領域
３において回折格子２の上部よりも約0.1μｍ程度
厚くなつている場合には、前記伝搬定数の差は約
0.08（rad／μｍ）となり、位相シフト領域３の長
さは約20μｍでよいことになる。
本実施例で示したDFBレーザは、等価的に
λ／４シフト構造と同じであり、実施例１で示し
たλ／４シフト構造DFBレーザと同様にブラツ
グ波長で安定な単一波長発振を得ることができ
た。更に本実施例で示したDFBレーザは、実施
例１で示したものと異なり、回折格子２をInP基
板１の表面全体に均一に形成した後、位相シフト
領域３を後付けで形成すればよいため、回折格子
２の製作が容易である利点を有している。
尚、本実施例では、光ガイド層４が位相シフト
領域３において厚くなつている例を示したが、光
ガイド層４は位相シフト領域３において逆に薄く
なつていてもよい。
実施例 ３ 第３図ａ，ｂは本発明の第３の実施例である
DFBレーザの縦断面図及び水平断面図である。
本実施例も実施例２と同じく等価的な位相シフト
領域３を有する製作容易なDFBレーザである。
ｎ−InP基板１の上に周期2000Åの均一な回折格
子２を形成した後、波長組成1.1μｍのｎ−
InGaAsP光ガイド層４及び波長組成1.3μｍのノ
ンドーブInGaAsP活性層５を端面から0.35：0.65
の位置で一部幅を拡くしたストライプ状に形成し
た後、全面にＰ−InPクラツド層６、Ｐ−
InGaAsPキヤツプ層７を順にエピタキシヤル成
長する。ストライプ状に形成した光ガイド層４と
活性層５の幅は狭い部分で2μｍ、広い部分で3μ
ｍとし、位相シフト領域３にあたるストライプ幅
の広い部分の長さは約40μｍである。各層の厚さ
は実施例１と同じである。こうして得られた多層
半導体ウエハの上下に電極８，９を形成し、また
前記位相シフト領域３から遠い端面側にARコー
テイング膜１０を形成し、所望の構造が得られ
る。この構造においても、ストライプ幅の狭い領
域と位相シフト領域３との間で約0.04（rad／μ
ｍ）の伝搬定数の差が生じるため、位相シフト領
域３の長さを約40μｍとすることにより実施例２
と同様に等価的なλ／４シフト構造になつてい
る。このDFBレーザにおいても、ブラツグ波長
での安定な単一波長発振が得られる。
尚、本実施例では、位相シフト領域３の長さが
全体の共振器長（約300μｍ）に比べ短いことか
ら、位相シフト領域３に残された回折格子２の影
響が小さいので、位相シフト領域３に回折格子２
を残したままの構造としたが、位相シフト領域３
には回折格子２がない方がより理想的である。ま
た、本実施例では位相シフト領域３の幅をその両
側より広くしたが、その逆に狭くしてもよい。
以上述べてきた本発明の実施例においては、片
端面にARコーテイング膜１０を形成した構造を
示したが、本発明は両端面の反射率が非対称であ
れば有効であり、端面構造はこれに限定されな
い。例えば前端面を無反射とし後端面を反射率80
％程度の高反射としたDFBレーザにおいても本
発明は有効であり、その場合位相シフト領域３を
高反射端面側に２：８の割合で近づけて設けるこ
とによりメインモードとサブモードとの発振閾値
利得差は著しく大きくなる。また本発明の実施例
では発振波長1.3μｍのDFBレーザの例を示した
が、本発明は他の波長帯のDFBレーザにおいて
も有効である。更に、本発明の実施例では、回折
格子２を活性層５よりも下に設けた構造を示した
が、活性層５の上に光ガイド層４を形成し、この
光ガイド層４の表面に回折格子２を形成してもよ
い。
本発明の実施例では、位相シフト領域３におけ
る位相シフト量をπ／２となるようにその長さを
設定したが、位相シフト量がπ／４〜3π／４の
範囲であれば位相シフトによる効果があるため、
位相シフト量は必ずしもπ／２である必要はな
い。しかし位相シフト量がΠ／２の時、単一波長
の発振が最も安定に得られる。また、本発明の実
施例では、位相シフト領域３の位置を0.35：0.65
の割合で高反射端面側に近づけた構成としたが、
位相シフト領域３が素子中央部より少しでも高反
射端面側に近ければ、素子中央に位相シフト領域
３を設けたDFBレーザよりもメインモードとサ
ブモードの発振閾値利得差を大きくとることがで
きるため、位相シフト領域３の位置は素子中央よ
りも高反射端面寄りであれば特に限定されない。
（発明の効果） 本発明によるDFBレーザでは、位相シフト領
域３を持たない従来のDFBレーザが素子中央に
位相シフト領域３を持つDFBレーザに比べ、発
振閾値電流が低くなり、且つ、より安定な単一波
長発振が得られるため、単一波長で発振する
DFBレーザの歩留りが向上し、更に、高速変調
時や長期使用中にも発振モードが変化するような
問題はなくなる。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図、第３図は本発明による第１、
第２、第３の実施例であるDFBレーザの断面図
であり、１はｎ−InP基板、２は回折格子、３は
位相シフト領域、４はｎ−InGaAsP光ガイド層、
５はノンドーブInGaAsP活性層、６はＰ−InPク
ラツド層、７はP+−InGaAsPキヤツプ層、８，
９は電極、１０はARコーテイング膜である。ま
た、第４図のａ図は位相シフト構造DFBレーザ
の回折格子の形状を、ｂは位相シフト領域の位置
とメインモード及びサブモードの発振閾値利得の
関係を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ストライプ状発光領域と、このストライプ状
    発光領域に近接して光の進行方向に沿う周期状の
    凹凸構造を有する分布帰還型半導体レーザにおい
    て、前記ストライプ状発光領域の両端に反射率の
    異なる２つの端面を備え、前記周期状凹凸構造の
    中央部より前記反射率の高い方の端面に近い側で
    前記周期状凹凸構造を前記ストライプ方向に２分
    し、この２分する部分に、２分された周期状凹凸
    構造の間で光学的な位相ズレ量としてΠ／４〜
    3Π／４を生じさせる位相シフト領域を備えたこ
    とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 ２ 前記位相シフト領域での光学的位相ズレ量が
    Π／２となるように、前記位相シフト領域の長さ
    を前記位相シフト領域を伝搬する光の波長の（１
    ＋2n）／４倍（但しｎは０以上の整数）とした
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分
    布帰還型半導体レーザ。 ３ 前記位相シフト領域での光学的位相ズレ量が
    等価的にΠ／２となるように、前記位相シフト領
    域の長さを前記位相シフト領域を伝搬する光と前
    記周期状凹凸構造に沿つて伝搬する光の伝搬定数
    の差の逆数のΠ／２倍としたことを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の分布帰還型半導体レー
    ザ。
JP60057334A 1985-03-20 1985-03-20 分布帰還型半導体レ−ザ Granted JPS61216383A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60057334A JPS61216383A (ja) 1985-03-20 1985-03-20 分布帰還型半導体レ−ザ
US06/840,818 US4796273A (en) 1985-03-20 1986-03-18 Distributed feedback semiconductor laser
EP86103692A EP0195425B1 (en) 1985-03-20 1986-03-19 Distributed feedback semiconductor laser
DE8686103692T DE3681052D1 (de) 1985-03-20 1986-03-19 Halbleiterlaser mit verteilter rueckkopplung.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60057334A JPS61216383A (ja) 1985-03-20 1985-03-20 分布帰還型半導体レ−ザ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61216383A JPS61216383A (ja) 1986-09-26
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