JPH05183232A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発光部に回折格子を持たない構造を採用し、結
晶の安定化、出射パターンの狭窄化、吸収損失の低下が
可能とする。 【構成】同一の基板１上に形成され、互いに光結合して
いる少なくとも二つの光導波路を含む半導体レーザ装置
で、発光部Ａを担当する光導波路は回折格子２を有さ
ず、波長制御部Ｂを担当する他の光導波路には回折格子
２を有する構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同一基板上に複数の光
導波路を有し、それぞれの光導波路に発光機能または波
長制御機能を備えた波長可変単一波長の半導体レーザ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信用の光源として用いられる半導体
レーザにおいては、通信容量の増大に対応するため、単
一波長で発振し、かつその波長を広い範囲で変えられる
ことが望まれる。

【０００３】（従来の技術１）従来、波長可変単一波長
レーザとして、図３に示すような半導体レーザがある。
この半導体レーザは、活性層３と、ガイド層５を介して
その下部または上部に回折格子２とを有する発光部Ａ
と、発光部Ａの活性層３の延長上に設けられた活性層と
ガイド層とを有する波長制御部Ｂとからなる。この半導
体レーザでは、光導波路は発光部とその延長上に位置す
る波長制御部とを通じて一本で形成される。そして、発
光部Ａと波長制御部Ｂとを別々に制御するため、上部に
それぞれ別の電極１１ａ、１１ｂを有している。

【０００４】発光部Ａに電流を注入すると、その電流は
活性層３に集中する。そしてその電流を発振しきい値よ
りも大きくすると、レーザ発振を起こし、回折格子２の
周期に倣った単一波長のレーザ光を出射する。次に、波
長制御部Ｂに発振しきい値よりも小さい電流を注入す
る。そして、レーザ発振に至らない状態において、電流
を変化させ、波長制御部Ｂの活性層３とガイド層５のキ
ャリヤ密度を変化させて、等価屈折率を変化させる。波
長制御部Ｂの等価屈折率の変化により、光導波路は実効
的な長さが変化し、内部定在波の波長が変化すること
で、両端のへき開面から出射される光の波長は変化す
る。

【０００５】（従来技術１の問題点）しかし、この半導
体レーザは、レーザ光を出射する発光部に位置する光導
波路の屈折率は変化させずに、すなわち、ブラッグ波長
は一定のままで波長制御部に位置する光導波路の屈折率
のみを変化させているので、共振器長に依存する内部モ
ード間隔である１０オングストローム程度が波長変化の
限界となり、波長の制御可能範囲が乏しいという問題が
ある。

【０００６】（従来技術２）この問題点を解決するため
以下の半導体レーザが提案された（特開昭６３−６０５
８８号）。すなわち、この半導体レーザは同一の基板上
に形成され、発光部を構成する光導波路と、その光導波
路と側部で光結合された波長制御部を構成する光導波路
との複数の光導波路を持つ半導体レーザ装置であって、
発光部を構成する光導波路には回折格子を有している。

【０００７】以下、この半導体レーザ装置を図４により
説明する。図４は、従来技術２の半導体レーザ装置の正
面図（出射端面方向から見た図）および側断面図であ
る。ｎ型インジウムリン（以下、ＩｎＰという）の基板
１上に２つの光導波路が存在し、それぞれ発光部、波長
制御部を構成する。図４では、右側を発光部Ａ、左側を
波長制御部Ｂとして説明する。各々の部分において、回
折格子２ａ、２ｂ上にはフォトルミネッセンス（以下、
ＰＬという）波長１．３μｍのインジウムガリウム砒素
リン（以下、ＩｎＧａＡｓＰという）のガイド層５ａま
たは５ｂが形成される。そして、その上にＰＬ波長１．
５５μｍのＩｎＧａＡｓＰの活性層３ａ、３ｂが形成さ
れ、それぞれ光導波路を構成する。その側面を埋め込ん
だ形でｐ型ＩｎＰの電流阻止層８およびｎ型ＩｎＰの電
流阻止層９が形成され、その上にｐ型ＩｎＰのクラッド
層６が形成され、これに電極１１ａ、１１ｂを、基板１
の下面に電極１２を付着させて従来例の半導体レーザ装
置が構成される。この半導体レーザ装置では、発光部Ａ
は基板１とガイド層５ａ、５ｂとの界面に回折格子２
ａ、２ｂを備えて分布帰還型（以下、ＤＦＢという。）
レーザ発振器を形成し、発光部Ａに含まれる光導波路と
互いに側部で光結合する光導波路を有する部分が波長制
御部Ｂを形成している。波長制御部Ｂにおける回折格子
２ｂは存在してもしなくとも良い。

【０００８】ＤＦＢレーザ発振器である発光部Ａにおい
ては、電極１１ａから電極１２に向けて電流を流すと、
電流は活性層３ａへ集中的に流れ電流の値がある一定の
値（しきい値）を超えるとレーザ発振を起こし、回折格
子２ａのブラッグ波長に対応した約１．５５μｍの単一
波長のレーザ光を出射する。波長制御部Ｂも、発光部Ａ
と同様のダブルヘテロ接合レーザ発振器の構造を有し、
電極１１ｂから電極１２へ流れる注入電流の大きさによ
ってそのキャリヤ密度が変化し、光導波路としての等価
屈折率が変化する。そして、発光部Ａと波長制御部Ｂの
光導波路は互いに側部で光結合しているため、発光部Ａ
を含む全体の光導波路の等価屈折率が、波長制御部Ｂの
光導波路の等価屈折率の変化によって影響を受け、その
値が変化する。レーザの発振波長は等価屈折率に比例す
るため、結果的に発振波長が変化し、波長制御部Ｂの注
入電流値を調節することで発振波長の制御が可能とな
る。

【０００９】以上の装置においては、従来技術１で述べ
た問題点、すなわち、波長の制御可能範囲が狭いという
問題は、波長制御部Ｂの等価屈折率の変化に対応させ発
光部Ａの等価屈折率を変化させるという手段により解決
された。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以下、本発明が解決し
ようとする課題を述べる。従来技術２の装置では、発光
部を構成する光導波路中に回折格子を形成しているの
で、回折格子上にガイド層および活性層を成長させるた
め、これらの層の結晶格子は構造的な安定性に欠け、長
時間の使用に際しては劣化の恐れが高くなる。また、気
相成長法等の結晶育成方法によって活性層を回折格子上
に形成することは、結晶成長技術としては極めて高度な
ものであり、実用化に向けての大きな障害となってい
る。また、発光部Ａの光導波路中に回折格子を形成する
場合、活性層との間にガイド層を必要とするが、その結
果、ガイド層の厚み分だけ発光するレーザ光の出射口の
面積が大きくなり、光ファイバとの結合効率を低下させ
る原因ともなる。さらに、また、発光部のガイド層とそ
の上部の活性層とのバンドギャップが近接しているので
ガイド層による吸収損失も問題である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、発光部を構
成する光導波路には回折格子を設けず、発光部Ａの光導
波路と互いに側部で光結合した波長制御部Ｂの中の光導
波路の一つにのみ回折格子２を設けることで解決され
る。

【００１２】

【作用】本発明における発光部Ａは、発光波長の単一化
のための回折格子を持たない構造としたことで、より広
範な使用条件に耐え得る結晶の安定性を備え且つ狭い出
射パターンの光を発する。また、気相成長法による活性
層の成長も容易となる。一方、波長制御部において流れ
る注入電流は、波長制御部の光導波路のキャリヤ密度を
変化させ、等価屈折率の変化を誘引してこれらの光導波
路と光結合した発光部を含めた素子全体の等価屈折率を
変化させる。発光波長は等価屈折率に比例するため、発
光波長が変化する。さらに、波長制御部に注入される電
流は十分に小さなものであるため、回折格子上に形成さ
れた結晶内を流れる際にも、その構造を変化させるよう
な影響を及ぼす可能性は極めて小さい。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。 （構成）まず、本発明の半導体レーザ装置の構成を図１
を用いて説明する。図１は、本発明の実施例のうち、発
光部および波長制御部に各々一つずつ光導波路を有する
レーザ素子の正面図（出射端面方向から見た図）および
側断面図である。図１では、右側を発光部Ａ、左側を波
長制御部Ｂとして説明する。図１において側断面図は、
発光部Ａ中の光導波路を横切る位置の断面を示し、回折
格子等の波長制御部Ｂ中の光導波路部分の構造は破線で
表した。図１中のクラッド層４、６および７の境界は、
これらの層が全く同組成であって成長後は完全に一体化
することから、実線ではなく一点破線で表した。波長制
御部Ｂは基板１とガイド層５の界面に回折格子２を持つ
波長を制御する部分、発光部Ａは回折格子を持たないで
発光する部分である。ここで、ガイド層５は、従来技術
２のガイド層とは異なり、活性層と回折格子との間に介
在するものではなく、波長制御部Ｂ側で光の導波を行う
ものである。電極１１ａから電極１２へレーザ発振のし
きい値より大きな電流を流すと、発光部Ａ中の光導波路
はレーザ発振を起こし、端面よりレーザ光を出射する。
この光の波長は、光結合した波長制御部Ｂ中の回折格子
２のブラッグ波長に従って単一化される。さらに電極１
１ｂから電極１２へ電流を流すと、波長制御部Ｂ中の光
導波路内のキャリヤ密度が変化し、導波路の等価屈折率
が変化する。発光部Ａにおいて発振する光は、波長制御
部Ｂ中の光導波路にもしみ出しているためこの屈折率の
変化を受け、その波長が波長制御部Ｂに電流の注入がな
い時に比べて変化する。

【００１４】（製造方法）次に、この素子の製造工程を
図２を用いて説明する。ｎ型ＩｎＰの基板１に、目的と
するブラッグ波長を有する回折格子２を形成する（図２
ａ）。この回折格子が形成された側が波長制御部Ｂとな
る。この基板上にＰＬ波長１．５５μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐの活性層３およびｐ型ＩｎＰのクラッド層４を順次成
長させる（同図ｂ）。次に回折格子上に成長した部分を
エッチングにより排除し（同図ｃ）、新たにＰＬ波長
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰのガイド層５およびｐ型Ｉ
ｎＰのクラッド層６を順次成長させたあと、全面にクラ
ッド層６と同組成のｐ型ＩｎＰのクラッド層７を成長さ
せる（同図ｄ）。これをエッチングによって幅約１μｍ
のメサ形状に整形し（同図ｅ）、ｐ型ＩｎＰの電流阻止
層８、ｎ型ＩｎＰの電流阻止層９および電極のオーミッ
ク性向上のためのＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層１０を
順次成長させることでメサ部を埋込み（同図ｆ）、最後
に金属電極１１ａ、１１ｂおよび１２を蒸着およびアロ
イングによって形成して完成となる（図１参照）。

【００１５】図１および図２に示した実施例は、波長制
御部Ｂ中の光導波路が１つのみの例であるが、これを互
いに光結合する複数の光導波路とすることも可能であ
る。この場合、等価屈折率の変化する光導波路の数が増
えることで、より波長可変幅を大きくすることが出来
る。また、同実施例では埋め込み型のレーザ素子とした
が、リッジ導波路型のレーザ素子でも実現可能なことは
明白である。さらに、ＩｎＰ系／ＩｎＧａＡｓＰ系の材
料に限らず、全ての半導体発光素子において適用可能で
あることを付記しておく。

【００１６】

【発明の効果】本発明の構成においては発光部側に回折
格子を有しないので、ガイド層が不要であり、その分だ
けレーザ光の出射口の面積が小さくなり、具体的には、
出射光の遠視野像は従来技術に較べて垂直方向角度広が
りで約２０％低減することができた。その結果、従来−
５ｄＢであった先球ファイバとの結合効率は−３ｄＢま
で向上した。また、寿命試験においても、前記実施例に
示したＤＦＢレーザ素子に関して、回折格子を持たない
ファブリ・ペロー型素子と同等の数値が得られた。ま
た、回折格子上に活性層を成長する必要がないので、気
相成長法によって多重量子井戸構造を有する活性層を形
成することが容易となり、レーザ光のより高出力化、レ
ーザ発振の低しきい値化が可能となる。さらに、また、
発光部の活性層の上部にガイド層を有しないので、吸収
損失が低下するという効果も得られる。

【００１７】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の構造図。

【図２】 本発明の実施例の製造工程を示す図。

【図３】 従来技術１の半導体レーザの構成を示す図。

【図４】 従来技術２の半導体レーザ装置の構成を示す
図。

【符号の説明】 １ 基板。 ２ 回折格子。 ２ａ 回折格子。 ２ｂ 回折格子。 ３ 活性層。 ３ａ 活性層。 ３ｂ 活性層。 ４ クラッド層。 ５ ガイド層。 ５ａ ガイド層。 ５ｂ ガイド層。 ６ クラッド層。 ７ クラッド層。 ８ 電流阻止層。 ９ 電流阻止層。 １０ コンタクト層。 １１ａ 金属電極。 １１ｂ 金属電極。 １２ 金属電極。 Ａ 発光部。 Ｂ 波長制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一の基板（１）上に形成され、かつ互
   いに光結合する少なくとも二つの光導波路を含む半導体
   レーザ装置において、前記光導波路のうちの少なくとも
   一つは活性層（３）を持ち、かつ回折格子を持たない発
   光部（Ａ）を構成し、前記光導波路の少なくとも他の一
   つは、回折格子（２）を備えた波長制御部（Ｂ）を構成
   したことを特徴とする半導体レーザ装置。