JPH0254674B2 - - Google Patents
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- JPH0254674B2 JPH0254674B2 JP58231356A JP23135683A JPH0254674B2 JP H0254674 B2 JPH0254674 B2 JP H0254674B2 JP 58231356 A JP58231356 A JP 58231356A JP 23135683 A JP23135683 A JP 23135683A JP H0254674 B2 JPH0254674 B2 JP H0254674B2
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- H01S5/164—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は分布帰還形半導体レーザ（以下
「DFBレーザ」と略す）の改善に関するものであ
る。
「DFBレーザ」と略す）の改善に関するものであ
る。
DFBレーザは単一波長動作が可能な高性能光
源として低損失光フアイバ通信への応用などの目
的で開発が進められている。第１図は従来の
DFBレーザの一例であり、光が進行する方向に
沿う断面図である。同図はInPを基板としてこれ
と格子整合がとれるInGaAsP系材料を例にとつ
たもので、ｎ形InP基板１の上にｎ形InGaAsP導
波路層２、InGaAsP発光層３、ｐ形InGaAsPバ
ツフア層４、ｐ形InPクラツド層５、およびｐ形
InGaAsPキヤツプ層７が積層され、電極８，９
が上下両面に配置された構成となつている。光の
進行方向に沿つて周期的な凹凸１１が導波路層２
に形成されており、発光層３に電流を注入するこ
とによつてレーザ発振が得られる。発光層３が存
在するレーザ発振領域１７（長さld）の一方の延
長上には、ｐ形InP層５およびｎ形InP層６から
成る窓領域１６（長さlw）が設けられている。こ
の窓領域１６は導波機能を有しないため、両端面
の反射によるフアブリーペローモードの発振は著
しく制限され、発光層３の存在するレーザ発振領
域１７で窓領域１６がない左端では約30％の反射
があり、一方窓領域１６がある右端では極めて小
さな反射率の非対称構造となつているので、周期
的な凹凸１１によりDFBモードのみが低い発振
閾値となり、単一波長発振が起こりやすい。
源として低損失光フアイバ通信への応用などの目
的で開発が進められている。第１図は従来の
DFBレーザの一例であり、光が進行する方向に
沿う断面図である。同図はInPを基板としてこれ
と格子整合がとれるInGaAsP系材料を例にとつ
たもので、ｎ形InP基板１の上にｎ形InGaAsP導
波路層２、InGaAsP発光層３、ｐ形InGaAsPバ
ツフア層４、ｐ形InPクラツド層５、およびｐ形
InGaAsPキヤツプ層７が積層され、電極８，９
が上下両面に配置された構成となつている。光の
進行方向に沿つて周期的な凹凸１１が導波路層２
に形成されており、発光層３に電流を注入するこ
とによつてレーザ発振が得られる。発光層３が存
在するレーザ発振領域１７（長さld）の一方の延
長上には、ｐ形InP層５およびｎ形InP層６から
成る窓領域１６（長さlw）が設けられている。こ
の窓領域１６は導波機能を有しないため、両端面
の反射によるフアブリーペローモードの発振は著
しく制限され、発光層３の存在するレーザ発振領
域１７で窓領域１６がない左端では約30％の反射
があり、一方窓領域１６がある右端では極めて小
さな反射率の非対称構造となつているので、周期
的な凹凸１１によりDFBモードのみが低い発振
閾値となり、単一波長発振が起こりやすい。
一方、DFBレーザではTEモードとTMモード
の２つの偏波面があり、TMモードの発振波長は
TEモードに比べて普通10Å〜100Å程度短いた
め、TEモードとTMモードとで同時に発振すれ
ば単一波長光源としては全く無意味になる。尚、
TEモードとは紙面に垂直な電界成分から成り、
TMモードとは同じく紙面に垂直な磁界成分から
成つている。通常、TEモードはTMモードに比
べて周期的な凹凸１１による結合係数と発光層３
への光の閉じ込め係数がいずれも大きな値である
ため、厳密にはTEモードが最低の発振閾値モー
ドではあるが、TMモードとの発振閾値の差が極
めて小さいためにTMモードもしばしば現われる
という欠点を有している。
の２つの偏波面があり、TMモードの発振波長は
TEモードに比べて普通10Å〜100Å程度短いた
め、TEモードとTMモードとで同時に発振すれ
ば単一波長光源としては全く無意味になる。尚、
TEモードとは紙面に垂直な電界成分から成り、
TMモードとは同じく紙面に垂直な磁界成分から
成つている。通常、TEモードはTMモードに比
べて周期的な凹凸１１による結合係数と発光層３
への光の閉じ込め係数がいずれも大きな値である
ため、厳密にはTEモードが最低の発振閾値モー
ドではあるが、TMモードとの発振閾値の差が極
めて小さいためにTMモードもしばしば現われる
という欠点を有している。
この欠点を解決するために従来はTMモードに
選択的に損失を与える構成として、発光層３から
上部金属電極８までの厚さt1を薄くし、光強度分
布１０で示したように実質的に光が分布する位置
に上部金属電極８を配置する構成が提案されてい
る。しかしながら、この構成では上部電極８全体
をこのように配置すると、TEモードの受ける損
失も無視できなくなり、かつボンデイング時にお
ける圧力で発光層３に与える歪の影響あるいはボ
ンデイング用半田が発光層３へ付着する問題等も
あり、上部電極８全体を発光層３に近づけること
は好ましくない。
選択的に損失を与える構成として、発光層３から
上部金属電極８までの厚さt1を薄くし、光強度分
布１０で示したように実質的に光が分布する位置
に上部金属電極８を配置する構成が提案されてい
る。しかしながら、この構成では上部電極８全体
をこのように配置すると、TEモードの受ける損
失も無視できなくなり、かつボンデイング時にお
ける圧力で発光層３に与える歪の影響あるいはボ
ンデイング用半田が発光層３へ付着する問題等も
あり、上部電極８全体を発光層３に近づけること
は好ましくない。
本発明は、上述した従来技術の欠点を解決する
ためになされたもので、TMモードに選択的に損
失を与え、更にはレーザ領域の等価的な屈折率を
部分的に変化させることにより、TEモードによ
る安定な単一波長発振を可能としたDFBレーザ
を提供することを目的とする。
ためになされたもので、TMモードに選択的に損
失を与え、更にはレーザ領域の等価的な屈折率を
部分的に変化させることにより、TEモードによ
る安定な単一波長発振を可能としたDFBレーザ
を提供することを目的とする。
以下、図面を用いて、本発明を詳細に説明す
る。
る。
第２図は本発明の原理を説明するための断面図
であり、光が進行する方向に沿う断面図である。
本実施例は層厚方向において光強度分布１０で示
されるような実質的に光が分布する領域に、厚さ
t1をt2（t2＜t1）にした長さlgのTMモード抑圧領
域１５を設けた構造である。このように上部電極
８の一部分を実質的に光が分布する位置（t2）の
距離まで近づけることにより、TEモードには殆
んど影響を与えることなく、TMモードのみに選
択的に損失を与えることが可能である。従つて、
TEモードのみによる安定な単一波長発振となり、
かつボンデイングは従来のDFBレーザと同様の
厚さt1の部分で行なえるので、上述したボンデイ
ング時における素子製造上の悪影響もなくなる。
であり、光が進行する方向に沿う断面図である。
本実施例は層厚方向において光強度分布１０で示
されるような実質的に光が分布する領域に、厚さ
t1をt2（t2＜t1）にした長さlgのTMモード抑圧領
域１５を設けた構造である。このように上部電極
８の一部分を実質的に光が分布する位置（t2）の
距離まで近づけることにより、TEモードには殆
んど影響を与えることなく、TMモードのみに選
択的に損失を与えることが可能である。従つて、
TEモードのみによる安定な単一波長発振となり、
かつボンデイングは従来のDFBレーザと同様の
厚さt1の部分で行なえるので、上述したボンデイ
ング時における素子製造上の悪影響もなくなる。
第３図は本発明の一実施例であり、上部金属電
極８の一部がレーザ発振領域１７のほぼ中央付近
で、実質的に光が分布する位置t2に配置された
TMモード抑圧領域１５（長さlg）を有し、かつ
レーザ発振領域１７の両方の延長上に長さが各々
lw1、lw2の窓領域１６を配置した構造となつてい
る。ここで、窓領域１６の長さlw1およびlw2はレ
ーザ発振領域１７の両端から出射された発振光が
窓領域内で上部電極８等により実質的な反射が起
こらないように制限されている。
極８の一部がレーザ発振領域１７のほぼ中央付近
で、実質的に光が分布する位置t2に配置された
TMモード抑圧領域１５（長さlg）を有し、かつ
レーザ発振領域１７の両方の延長上に長さが各々
lw1、lw2の窓領域１６を配置した構造となつてい
る。ここで、窓領域１６の長さlw1およびlw2はレ
ーザ発振領域１７の両端から出射された発振光が
窓領域内で上部電極８等により実質的な反射が起
こらないように制限されている。
なお、両端に窓領域を有し、レーザ発振領域の
両端の反射率がほとんど無視できる構造の従来の
DFBレーザでは、周期的な凹凸１１の中央部付
近に位相反転領域がなければ、基本的に２波長が
同時に発振することが知られている。この２波長
発振は、レーザ発振領域が均一な層構造であるた
めに起こり、従来は上述したように、周期的な凹
凸１１の中央部付近に約180度の位相反転領域を
設けて単一波長発振させている。これに対し本願
発明は、上部電極８の一部（長さlg）を実質的に
光が分布する距離t2の位置に配置することによ
り、長さlgのTMモード抑圧領域１５の等価屈折
率が僅かに変化し、レーザ発振領域１７が不均一
層構造となる。従つて均一な層構造のように２波
長発振が起こらず、単一波長動作が得られ易くな
る。また、第３図のように、長さlgのTMモード
抑圧領域１５をレーザ発振領域１７のほぼ中央に
配置することにより、等価屈折率の変化に伴う光
の伝播位相差を約90度にすれば、極めて安定な単
一波長発振が得られ、かつTMモードも前述のご
とく抑圧される。
両端の反射率がほとんど無視できる構造の従来の
DFBレーザでは、周期的な凹凸１１の中央部付
近に位相反転領域がなければ、基本的に２波長が
同時に発振することが知られている。この２波長
発振は、レーザ発振領域が均一な層構造であるた
めに起こり、従来は上述したように、周期的な凹
凸１１の中央部付近に約180度の位相反転領域を
設けて単一波長発振させている。これに対し本願
発明は、上部電極８の一部（長さlg）を実質的に
光が分布する距離t2の位置に配置することによ
り、長さlgのTMモード抑圧領域１５の等価屈折
率が僅かに変化し、レーザ発振領域１７が不均一
層構造となる。従つて均一な層構造のように２波
長発振が起こらず、単一波長動作が得られ易くな
る。また、第３図のように、長さlgのTMモード
抑圧領域１５をレーザ発振領域１７のほぼ中央に
配置することにより、等価屈折率の変化に伴う光
の伝播位相差を約90度にすれば、極めて安定な単
一波長発振が得られ、かつTMモードも前述のご
とく抑圧される。
第４図は本発明による他の実施例であり、周期
的な凹凸１１はバツフア層４に施されており、か
つ中央部付近に凹凸の位相が約180度（一次の回
折格子を想定して、光の伝播位相に換算して約90
度）変化する位相反転領域１２を有している。ま
た、厚みt2を選択的な化学エツチングで制御性よ
く実現するために、上部電極８とバツフア層４間
にｐ形InGaAsP層７ａが配置され、さらに、キ
ヤツプ層１３はｎ形InGaAsP層よりなり電流通
路としての亜鉛拡散領域１４が形成されている。
このように、従来の周期的な凹凸１１に位相反転
領域１２を有するDFBレーザに、本発明に従つ
て長さlgのTMモード抑圧領域１５を設けた場合
には、この長さlgのTMモード抑圧領域１５の等
価屈折率の変化が非常に小さい場合でも極めて安
定な単一波長が達成される。
的な凹凸１１はバツフア層４に施されており、か
つ中央部付近に凹凸の位相が約180度（一次の回
折格子を想定して、光の伝播位相に換算して約90
度）変化する位相反転領域１２を有している。ま
た、厚みt2を選択的な化学エツチングで制御性よ
く実現するために、上部電極８とバツフア層４間
にｐ形InGaAsP層７ａが配置され、さらに、キ
ヤツプ層１３はｎ形InGaAsP層よりなり電流通
路としての亜鉛拡散領域１４が形成されている。
このように、従来の周期的な凹凸１１に位相反転
領域１２を有するDFBレーザに、本発明に従つ
て長さlgのTMモード抑圧領域１５を設けた場合
には、この長さlgのTMモード抑圧領域１５の等
価屈折率の変化が非常に小さい場合でも極めて安
定な単一波長が達成される。
尚、前述した全ての実施例では、上部金属電極
８の一部が実質的に光が分布する距離t2の位置に
配置されて長さlgのTMモード抑圧領域を構成し
たDFBレーザについて説明したが、第５図のよ
うに下部金属電極９あるいは、上部金属電極８と
下部金属電極９の両方の側に長さlgのTMモード
抑圧領域１５を設けても、同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。
８の一部が実質的に光が分布する距離t2の位置に
配置されて長さlgのTMモード抑圧領域を構成し
たDFBレーザについて説明したが、第５図のよ
うに下部金属電極９あるいは、上部金属電極８と
下部金属電極９の両方の側に長さlgのTMモード
抑圧領域１５を設けても、同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。
また、以上の説明では横モードを安定化するた
めのストライプ構造については触れなかつたが、
埋込みヘテロ構造、平凸導波路構造などの各種の
ストライプ構造に適用されることは言うまでもな
い。またInGaAsP／InP系だけでなく
InAlGaAs／InP系、AlGaAs／GaAs系などの他
の半導体材料にも適用可能である。
めのストライプ構造については触れなかつたが、
埋込みヘテロ構造、平凸導波路構造などの各種の
ストライプ構造に適用されることは言うまでもな
い。またInGaAsP／InP系だけでなく
InAlGaAs／InP系、AlGaAs／GaAs系などの他
の半導体材料にも適用可能である。
以上詳細に説明のように、本発明の分布帰還形
半導体レーザは、TMモードが有効に抑圧される
ので、偏波面も含めた真の単一波長動作を実現せ
しめ、低損失光フアイバ通信等の高性能光源とし
て極めて大きい効果を有するものである。
半導体レーザは、TMモードが有効に抑圧される
ので、偏波面も含めた真の単一波長動作を実現せ
しめ、低損失光フアイバ通信等の高性能光源とし
て極めて大きい効果を有するものである。
第１図は従来の代表的なDFBレーザの構造例
を示す縦断面図、第２図は本発明の原理を説明す
るための縦断面図、第３図と第４図は本発明の実
施例を示す縦断面図、第５図ａ，ｂは本発明の変
形例を説明するための縦断面図である。 １……ｎ形InP基板、２……ｎ形InGaAsP導波
路層、３……InGaAsP発光層、４……ｐ形
InGaAsPバツフア層、５……ｐ形InPクラツド
層、６……ｎ形InP層、７……ｐ形InGaAsPキヤ
ツプ層、７ａ……ｐ形InGaAsP層、８，９……
電極、１０……光強度分布、１１……凹凸、１２
……位相反転領域、１３……キヤツプ層、１４…
…亜鉛拡散領域、１５……TMモード抑圧領域、
１６……窓領域、１７……レーザ発振領域。
を示す縦断面図、第２図は本発明の原理を説明す
るための縦断面図、第３図と第４図は本発明の実
施例を示す縦断面図、第５図ａ，ｂは本発明の変
形例を説明するための縦断面図である。 １……ｎ形InP基板、２……ｎ形InGaAsP導波
路層、３……InGaAsP発光層、４……ｐ形
InGaAsPバツフア層、５……ｐ形InPクラツド
層、６……ｎ形InP層、７……ｐ形InGaAsPキヤ
ツプ層、７ａ……ｐ形InGaAsP層、８，９……
電極、１０……光強度分布、１１……凹凸、１２
……位相反転領域、１３……キヤツプ層、１４…
…亜鉛拡散領域、１５……TMモード抑圧領域、
１６……窓領域、１７……レーザ発振領域。
Claims (1)
- １ 発光層もしくは該発光層に隣接する層に光の
進行方向に沿う周期的な凹凸を有し該発光層に電
流を注入することによつてレーザ発振せしめる分
布帰還形半導体レーザにおいて、金属電極の一部
が層厚方向において実質的に光が分布する位置に
配置されたTMモード抑圧領域を前記発光層の存
在するレーザ発振領域のほぼ中央に備え、かつ、
光の進行方向において該レーザ発振領域の両延長
上に前記発光層より大なる禁制体幅を有する半導
体から成る窓領域が配置されるとともに該窓領域
の長さは該窓領域内において実質的な反射が起こ
らないように制限されていることを特徴とする分
布帰還形半導体レーザ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58231356A JPS60124887A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
| US06/678,244 US4633474A (en) | 1983-12-09 | 1984-12-05 | Distributed feedback semiconductor laser |
| GB08430811A GB2151401B (en) | 1983-12-09 | 1984-12-06 | Distributed feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58231356A JPS60124887A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60124887A JPS60124887A (ja) | 1985-07-03 |
| JPH0254674B2 true JPH0254674B2 (ja) | 1990-11-22 |
Family
ID=16922335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58231356A Granted JPS60124887A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4633474A (ja) |
| JP (1) | JPS60124887A (ja) |
| GB (1) | GB2151401B (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6155981A (ja) * | 1984-08-27 | 1986-03-20 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体発光素子 |
| JPS62194691A (ja) * | 1986-02-21 | 1987-08-27 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 光導波路領域を有する半導体光集積装置の製造方法 |
| JP2732604B2 (ja) * | 1988-09-06 | 1998-03-30 | 株式会社東芝 | 分布帰還型レーザ |
| DE3834929A1 (de) * | 1988-10-13 | 1990-04-19 | Siemens Ag | Wellenleiterreflektor fuer optoelektronische anwendungen und laser |
| DE69220303T2 (de) * | 1991-07-24 | 1998-01-02 | Sharp Kk | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkoppelung |
| JP3210159B2 (ja) * | 1993-12-10 | 2001-09-17 | キヤノン株式会社 | 半導体レーザ、光源装置、光通信システム及び光通信方法 |
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