JPH03211781A - 外部共振器型波長可変半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コヒーレント光通信、干渉型光ファイバセン
サ、光応用測定器等の光源として使用される、外部共振
器型波長可変半導体レーザに関する。

〔従来の技術〕

従来の外部共振器型波長可変半導体レーザの構造図を第
９図に示す。基板上に形成された活性層で発生した光は
、反射防止膜を通過して半導体レーザ素子より出射され
集光レンズで集光され、回折格子で選択的に反射される
。回折格子で反射された光は、集光レンズで集光され反
射防止膜を通過して半導体レーザ素子に入射される。入
射された光は、へき開面で反射され再び半導体レーザ素
子より出射されるが、この間に入射光は活性層で誘導放
出によって増幅され、回折格子とへき開面の間で多重反
射することにより、回折格子で選択的に反射された波長
でレーザ発振する。なお、レーザ発振する波長を選択す
るためには、回折格子での反射角が入射光の波長により
異なることを利用し、回折格子を回転して必要とする波
長の光が入射光とちょうど逆向きに送出するように反射
角を変更することにより実現している。しかし、発振が
可能な波長範囲は半導体レーザ素子の活性層の利得スペ
クトルにより制限され、１．５５μｍ帯の半導体レーザ
素子でおよそ７０ｎｍ程度である。また、活性層の片方
の端面に形成される反射防止膜は反射率が低いことが望
まれるが、１．３μｍ帯の光に対して０．１％以下の低
反射率が得られる波長範囲は４０ｎｍ程度であり、しか
もこのような低い反射率の反射防止膜を作るためには、
膜厚の誤差を±６０Å以下にしなければならないので、
反射率や波長範囲がばらつくことが多かった。そのため
、回折格子の回転により選択できる可変波長範囲を、広
くすることは困難であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

つまり、単一の組成の活性層のみでは、発振可能な波長
範囲は主に活性層の組成や形状により依存する利得スペ
クトルにより制限される。また、活性層の片方の端面に
反射防止膜を施しただけの構造の場合、反射防止膜のみ
で低反射率を実現しなければならないが、低反射が得ら
れる反射防止膜厚の許容範囲は狭いので反射率のばらつ
きが生じやすかった。また、低反射率の特性が得られる
波長範囲が狭く、波長のばらつきが生しやすかったので
、活性層の特性を十分に活かせなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、広帯域で、しかも波長可変なコヒーレント光を得るこ
とができる外部共振器型波長可変半導体レーザを提供す
ることを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明の外部共振器型波長可
変半導体レーザにおいては、 ■発光周波数領域が広い半導体レーザ素子を用い、■半
導体レーザ素子から放出された光のうち所定の波長のみ
を選択して帰還させる構造をとった。

なお、波長選択の手段は、所定の波長のみを選択するよ
うに制御することとした。

また、発光周波数領域が広い半導体レーザ素子としては
、 （ａ）２種類以上の組成の異なる活性層を、導波路に沿
って直列に従属接続する、 （ｂ）または厚み方間に積み重ねる、 （Ｃ）または（ａ）と（ｂ）を組合せる、構成をとるこ
とができる。

とくに、請求項（２）の外部共振器型波長可変半導体レ
ーザにおいては、 １）出射端面から延びる活性層と、活性層に続く窓端面
構造とを備えた半導体レーザ素子とし、２）窓端面構造
の外側に反射防止膜を備え、３）窓端面構造と反射防止
膜を通過して放出された光のうち所定の波長のみを選択
して帰還させる構造をとった。

なお、波長選択の手段は、請求項（１）と同様に所定の
波長のみを選択するように制御することとした。

〔作用］ このように構成された外部共振器型波長可変半導体レー
ザによれば、広い範囲をカバーできる単色コヒーレント
光の光源を得ることができる。とくに、活性層が単一の
組成だけの場合よりも広い波長範囲で発振を得ることが
できる。半導体レーザ素子を用いることによって、上記
の作用はさらに強調できる。

また、請求項（２）の窓端面構造によれば、広い波長範
囲で安定して反射率を低減できる。例えば、窓領域では
広い波長範囲において相対反射率を０．３％に低減でき
るので、反射防止膜の反射率への性能要求を低減でき、
反射防止膜厚の許容範囲が広がり、反射防止膜の反射率
の精度を製造上緩和できるようになる。具体的には、反
射防止膜と併せて０．００５％以下の反射率が１１００
ｎ程度の波長範囲で得ることができ、このときの反射防
止膜厚の許容範囲は±２００人程度程度る。つまり、活
性層の広帯域な利得スペクトルを有効に活用することが
できる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

（第一の実施例） 第１図は本発明の外部共振器型波長可変半導体レーザの
実施例を示す構造図である。第一の実施例では、波長選
択手段、制御手段および集光手段として、それぞれ回折
格子、回折格子を回転する回折格子回転手段、および凸
レンズを用いた。電極１と電極２間に電流を注入するこ
とにより、第１の活性層３および第２の活性層４で発生
した光子は第１の活性層３、第２の活性層４に沿って導
波し、一方の光子はへき開面５で反射して第１の活性層
３、第２の活性層４に戻り、他方の光子は反射防止膜６
を透過し、その透過した光子は凸レンズ７で集光され、
回折格子８で選択的に反射して再び第１の活性層３、第
２の活性層４に戻り、へき開面５と回折格子８とで多重
反射をして発振する。その発振した光がへき開面５から
出射される。なお、所望の波長のみを選択的に反射しう
るように回折格子８は、回折格子走査手段９により制御
される。

第２図は本発明の外部共振器型波長可変半導体レーザの
半導体レーザ素子の製造工程を示す図である。１回目の
成長として液相成長（Ｌ　Ｐ　Ｅ）法、気相成長（ＶＰ
Ｅ、ＭＯ−ＣＶＤ）法、または分子線エピタキシー（Ｍ
　Ｂ　Ｅ　）法等により、ｐ形ＩｎＰ基板１０上にｐ形
ＩｎＰバンファ層１１、第１のノンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層（λ：１．５μｍ組成）３、アンチメルトバッ
ク層（λ：　１．４８μｍ）１２、その上にｎ形１ｎＰ
クラッド層１３を薄く成長させる。次に第２の活性層４
を成長させる部分を除くために、マスク１４としてＳｉ
Ｎｘ膜を形成し、エツチングにより不要なｎ形１ｎＰク
ラッド層１３、アンチメルトバック層１２および第１の
ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３を除去する。２回目
の成長として、第２のノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層
（λ：　１．５５μｍ組成）４、アンチメルトバック層
１２、さらにｎ形ＩｎＰクラッドＮ１３を薄く成長させ
る。次にヤスク１７を除去し、３回目の成長として、ｎ
形１ｎＰクラッド層１３を成長させる。次に、メサエッ
チングにより成長した部分のうちストライプ部分のみを
残してエツチングをした後、ｎ形１ｎＰ　％　ｐ形Ｉｎ
Ｐの順に成長させ埋め込みへテロ（ＢＨ）構造を形成す
る。成長の終わった基板の両面には電極１および電極２
を蒸着し、チップ状にスクライブし、反射防止膜６を形
成する。このような工程で製造された半導体レーザ素子
１５を外部共振器に組み込み、外部共振器型波長可変半
導体レーザを構成する。

（第二の実施例） 第３図は本発明の外部共振器型波長可変半導体レーザの
第二の実施例を示す構造図である。第二の実施例では、
第一の実施例において第１の活性層３、打２の活性層４
上の半導体レーザ素子表面に形成する電極１を、第１の
活性層３および第２の活性層４の上面に分離して形成し
、分割電極１ａ、分割電極１ｂとする。これにより、そ
れぞれの活性層に注入する電流を独立に制御することが
でき、波長による利得のばらつきを少な（することがで
きる。

（第三の実施例） 第４図は本発明の外部共振器型波長可変半導体レーザの
第三の実施例を示す構造図である。第三の実施例では、
第一の実施例の第１の活性層３、第２の活性層４を厚み
方向に対して積み重ねる構成としたものであり、発振に
至る過程は第一〇実施例と同様である。

（第四の実施例） 第５図は本発明の外部共振器型波長可変半導体レーザの
第四の実施例を示す構造図である。第四の実施例では、
第一の実施例の半導体レーザ素子１５において、第２の
活性層４と反射防止膜６の間の活性層端面に窓端面構造
１６を設けた構成としたものである。従来、反射防止膜
６だけでは低反射率を実現するのが困難であったが、こ
の構成により、窓端面構造１６と反射防止膜６とで半導
体レーザ素子端面の反射率を制御できるので０．００３
％程度の低い反射率を、広い波長範囲において得ること
ができ、従って活性層の広帯域な特性を有効に利用でき
る。（第五の実施例） 第６図は本発明の外部共振器型波長可変半導体レーザの
第五の実施例を示す構造図である。第五の実施例では、
第三の実施例の半導体レーザ素子１５において、第１の
活性層２、第２の活性層４と反射防止膜６の間の活性層
端面に窓端面構造１６を設けた構成としたものである。

（第六の実施例） 第７図は本発明の外部共振器型波長可変半導体レーザの
第六の実施例を示す構造図である。第六の実施例では、
第四の実施例において、３第１の活性層３、第２の活性
層４に隣接する導波路１７を設けたものである。この構
造により第１の活性層３、第２の活性層４で発生した光
子の一部分は、禁制帯幅が第１の活性層３、および第２
の活性層４より広＜　　ＩｎＰ基板より狭い組成の導波
路１７に広がって導波する。この場合、第１の活性層３
で発生した光子がより禁制帯幅の狭い組成の第２の活性
層４により吸収される効果を低減することができる。

（第七の実施例） 第８図（ａ）は本発明の外部共振器型波長可変半導体レ
ーザの第七の実施例を示す構造図、第８図（ｂ）は量子
井戸構造の詳細図、第８図（ｃ）は波長と光出力の関係
を示す特性図である。第七の実施例では、第三の実施例
において、活性層を禁制帯幅の異なる数層の井戸層から
なる量子井戸構造としたものである。この構造により、
注入キャリアはそれぞれの井戸層に閉じ込められるので
、各井戸層の量子準位に応じた波長域で利得を生じさせ
ることができる。このため、井戸層の数が多いほど、発
振させることができる波長帯域を広くすることが可能で
ある。

なお、各実施例においては波長選択手段として回折格子
を用いたが、回折格子に限らず、■連続波長可変フィル
タを用い、透過中心波長を所定の値に制御する。

■光学的圧電結晶を用い、光学的圧電結晶の電極に電圧
をかけ、所定の波長のみを選択的に偏向するように制御
する。

等で実現できることは、言うまでもない。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明の外部共振器型波長可変半導
体レーザは、広い範囲をカバーする単色コヒーレント光
の光源と、外部共振器とで構成され、光源である発光周
波数領域が広い半導体レーザ素子として２種類以上の組
成の異なる活性層を、導波路に沿って直列にするか、ま
たは厚み方向に積み重ねる構成とした。そのため、活性
層に入射した光子が増幅され得る波長範囲が広がるため
、波長の可変範囲をより広帯域にすることができる。

また、請求項（２）の外部共振器型波長可変半導体レー
ザにおいては、半導体レーザ素子として出射端面から延
びる活性層と、活性層に続く窓端面構造を備えた構造と
した。すなわち、半導体レーザ素子端面の反射率を０．
００３％程度に低減することができ、しかも、広帯域で
安定して低反射が得られる端面を実現できる。従って、
活性層の広帯域な特性を有効に活用することができる。

このような窓端面構造半導体レーザ素子を用いることに
より、狭スペクトル線幅、低ノイズ、広帯域で波長可変
な外部共振器型波長可変半導体レーザを安定に生産する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す構造図、第２図は
本発明の製造工程を示す図、 第３図は本発明の第二の実施例を示す構造図、第４図は
本発明の第三の実施例を示す構造図、第５図は本発明の
第四の実施例を示す構造図、第６図は本発明の第五の実
施例を示す構造図、第７図は本発明の第六の実施例を示
す構造図、第８図は本発明の第七の実施例を示す構造図
、第９図は従来の外部共振器型波長可変半導体レーザを
示す構造図。 １．２・・・電極、　１ａ、■ｂ・・・分割電極、３．
４・・・活性層、５・・・へき開面、６・・・反射防止
膜、 ７・・・集光手段（凸レンズ）、 ８・・・波長可変手段（回折格子）、 ９・・・制御手段（回折格子走査手段）、１０・・・基
板、　　　１１・・・バッファ層、１２・　・・アンチ
メルトバック層、 １３・・・クラッド層、１４・・・マスク、１５・・・
半導体レーザ素子、１６・・・窓端面構造、１７・・・
導波路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種類以上の活性層を有する半導体レーザ素子と
   、該半導体レーザ素子から放出された光を集光する集光
   手段と、該集光手段によって集光された光を入射し所定
   の波長のみを選択し入射光とは逆向きに送出する波長選
   択手段と、該波長選択手段を所定の波長のみを選択する
   ように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする外
   部共振器型波長可変半導体レーザ。
2. （２）前記半導体レーザ素子が出射端面から延びる活性
   層と、該活性層に続く窓端面構造と、該窓端面構造の外
   側に備えられた反射防止膜とを備えたことを特徴とする
   請求項１記載の外部共振器型波長可変半導体レーザ。