JPH0656904B2 - 集積化分布帰還型半導体レ−ザ - Google Patents
集積化分布帰還型半導体レ−ザInfo
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- JPH0656904B2 JPH0656904B2 JP59198033A JP19803384A JPH0656904B2 JP H0656904 B2 JPH0656904 B2 JP H0656904B2 JP 59198033 A JP59198033 A JP 59198033A JP 19803384 A JP19803384 A JP 19803384A JP H0656904 B2 JPH0656904 B2 JP H0656904B2
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- JP
- Japan
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- phase control
- layer
- semiconductor laser
- distributed feedback
- diffraction grating
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06258—Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
-
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- H01S5/124—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts
- H01S5/1243—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts by other means than a jump in the grating period, e.g. bent waveguides
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- Physics & Mathematics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積化分布帰還型半導体レーザに関する。
高速変調時にも安定な単一軸モード発振を示し、光フア
イバ通信における伝送帯域を大きくとることのできる半
導体光源として分布帰還型半導体レーザ(DFB-LD)の開発
が進められている。DFB-LDは適当なピツチの回折格子に
よる波長選択機構を有しており、Gb/sレベルの高速度で
変調しても単一波長で安定に発振するという結果が得ら
れている。
イバ通信における伝送帯域を大きくとることのできる半
導体光源として分布帰還型半導体レーザ(DFB-LD)の開発
が進められている。DFB-LDは適当なピツチの回折格子に
よる波長選択機構を有しており、Gb/sレベルの高速度で
変調しても単一波長で安定に発振するという結果が得ら
れている。
ところで、通常のDFB-LDにおいて、端面反射がない場合
にはブラツグ波長をはさんだ２つの軸モードに対するし
きい値利得が等しくなるため、基本的には２軸モード発
振することが知られている。少なくとも一方の出力端面
が反射端面となつている場合には、ブラツグ波長をはさ
んだ発振波長としきい値利得との関係が非対称になつて
きて、１本の軸モードで発振することになる。その場合
にも片側の端面反射率が０のとき、反射面における回折
格子位相がπ/2，3π/2に近いと、２つの軸モードに対
するしきい値利得の差は小さくなるので２軸モード発振
しやすくなる。しかも回折格子周期は2400Å程度であ
り、「劈開」によつて形成する反射面において上述の回
折格子位相を制御することは不可能である。
にはブラツグ波長をはさんだ２つの軸モードに対するし
きい値利得が等しくなるため、基本的には２軸モード発
振することが知られている。少なくとも一方の出力端面
が反射端面となつている場合には、ブラツグ波長をはさ
んだ発振波長としきい値利得との関係が非対称になつて
きて、１本の軸モードで発振することになる。その場合
にも片側の端面反射率が０のとき、反射面における回折
格子位相がπ/2，3π/2に近いと、２つの軸モードに対
するしきい値利得の差は小さくなるので２軸モード発振
しやすくなる。しかも回折格子周期は2400Å程度であ
り、「劈開」によつて形成する反射面において上述の回
折格子位相を制御することは不可能である。
本発明の目的は上述の観点にたつて、安定に単一軸モー
ド発振が得られ、特性の向上した集積化分布帰還型半導
体レーザを提供することにある。
ド発振が得られ、特性の向上した集積化分布帰還型半導
体レーザを提供することにある。
本発明は半導体基板上に、活性層と、前記活性層よりも
エネルギーギャップが大きく、かつ、一方の面に回折格
子が形成された光ガイド層との積層構造を有する集積化
分布帰還型半導体レーザにおいて、位相制御領域を備
え、前記位相制御領域の中の位相制御層が前記活性層よ
りもエネルギーギャップの大きな半導体層からなり、前
記位相制御領域に独立した電極を設けたことを特徴とす
る集積化分布帰還型半導体レーザである。
エネルギーギャップが大きく、かつ、一方の面に回折格
子が形成された光ガイド層との積層構造を有する集積化
分布帰還型半導体レーザにおいて、位相制御領域を備
え、前記位相制御領域の中の位相制御層が前記活性層よ
りもエネルギーギャップの大きな半導体層からなり、前
記位相制御領域に独立した電極を設けたことを特徴とす
る集積化分布帰還型半導体レーザである。
従来のDFB-LDに対し、本発明においては、素子内部に光
波の位相を制御する領域を形成することにより、位相ず
れ量を適切に設定して、ブラツグ波長において単一軸モ
ード発振させている。この場合そのしきい値利得も通常
の場合と比べて大幅に下げることができる。
波の位相を制御する領域を形成することにより、位相ず
れ量を適切に設定して、ブラツグ波長において単一軸モ
ード発振させている。この場合そのしきい値利得も通常
の場合と比べて大幅に下げることができる。
位相シフトの効果は宇宮氏らにより計算結果が報告され
ている（Electron.Lett.20，p326(1984))。
ている（Electron.Lett.20，p326(1984))。
本発明ではそのような適切な位相シフトを行なうために
回折格子は通常どうりに形成しておいて部分的に光波に
対して透明な位相制御領域を形成した。通常のDFB-LDに
おいては、ブラツグ波長において光波の位相が一往復で
πラジアンだけずれるために互いに打ち消しあう。すな
わち、ブラツグ波長では発振せず、これがいわゆるスト
ツプバンドとなる。そこで前述のようにレーザ共振軸方
向にそつて位相制御領域を形成し、光波の位相をπラジ
アンだけずらせれば、ブラツグ波長において一往復で２
πずれることになり、したがつてブラツグ波長で発振す
る。このときには同時に、しきい値利得も低減し、発振
しきい値電流の低減，温度特性の改善，量子効率の向上
などが期待される。
回折格子は通常どうりに形成しておいて部分的に光波に
対して透明な位相制御領域を形成した。通常のDFB-LDに
おいては、ブラツグ波長において光波の位相が一往復で
πラジアンだけずれるために互いに打ち消しあう。すな
わち、ブラツグ波長では発振せず、これがいわゆるスト
ツプバンドとなる。そこで前述のようにレーザ共振軸方
向にそつて位相制御領域を形成し、光波の位相をπラジ
アンだけずらせれば、ブラツグ波長において一往復で２
πずれることになり、したがつてブラツグ波長で発振す
る。このときには同時に、しきい値利得も低減し、発振
しきい値電流の低減，温度特性の改善，量子効率の向上
などが期待される。
以下実施例を示す図面を用いて本発明をより詳細に説明
する。
する。
第１図に本発明による一実施例を示す。まず、n-InP基
板１上に回折格子２を形成し、そのうえに発光波長1.3
μｍに相当するn-In0・22Ga0・28As0・61P0・39光ガイド層
３、発光波長1.55μｍに相当するノンドープIn0・59Ga
0・41As0・90P0・10活性層４、p-InPクラツド層10等を順次
形成する。回折格子２はHe-Cdガスレーザを用いた２光
束干渉露光法および化学エツチング法によつて形成し
た。その周期は2400Å、深さ1000Å程度とした。光ガイ
ド層３、活性層４等の成長は回折格子２の消失を防ぐた
めに600℃以下の比較的低い温度で行なつた。その結果
結晶成長後にも500〜600Åの深さに回折格子２が保存さ
れた。位相制御領域６となる部分のみ活性層４、光ガイ
ド層３まで選択的にエツチングし、発光波長1.3μｍ組
成の位相制御層５を積層した。このときは640℃程度の
通常の温度で結晶成長を行ない、回折格子２はほぼ消失
した。位相制御層５は光波がスムーズに結合するような
高さに形成した。その後通常のプロセスでメサエツチン
グし、埋め込み構造に結晶成長を行ない、DFB電極８，
９、位相制御電極７を独立に形成し、所望のDFB-LDを得
た。埋め込み構造において活性層幅は1.5μｍとした。
なお、電極形成の際電極間の絶縁を良好に行なうため
に、電極間にエツチング溝を形成したり、あるいはプロ
トン照射を行なう等により半絶縁性の半導体層を形成し
てもよい。
板１上に回折格子２を形成し、そのうえに発光波長1.3
μｍに相当するn-In0・22Ga0・28As0・61P0・39光ガイド層
３、発光波長1.55μｍに相当するノンドープIn0・59Ga
0・41As0・90P0・10活性層４、p-InPクラツド層10等を順次
形成する。回折格子２はHe-Cdガスレーザを用いた２光
束干渉露光法および化学エツチング法によつて形成し
た。その周期は2400Å、深さ1000Å程度とした。光ガイ
ド層３、活性層４等の成長は回折格子２の消失を防ぐた
めに600℃以下の比較的低い温度で行なつた。その結果
結晶成長後にも500〜600Åの深さに回折格子２が保存さ
れた。位相制御領域６となる部分のみ活性層４、光ガイ
ド層３まで選択的にエツチングし、発光波長1.3μｍ組
成の位相制御層５を積層した。このときは640℃程度の
通常の温度で結晶成長を行ない、回折格子２はほぼ消失
した。位相制御層５は光波がスムーズに結合するような
高さに形成した。その後通常のプロセスでメサエツチン
グし、埋め込み構造に結晶成長を行ない、DFB電極８，
９、位相制御電極７を独立に形成し、所望のDFB-LDを得
た。埋め込み構造において活性層幅は1.5μｍとした。
なお、電極形成の際電極間の絶縁を良好に行なうため
に、電極間にエツチング溝を形成したり、あるいはプロ
トン照射を行なう等により半絶縁性の半導体層を形成し
てもよい。
以上のようにして作製したDFB-LDを素子長250μｍ、そ
のぼほ中央部分に長さ20μｍの位相制御領域６が配置さ
れるように切り出して特性を評価した。その結果、位相
制御領域６に流す制御電流を数ｍＡとすることにより、
室温ＣＷにおいて発振しきい値電流20mA、片面からの微
分量子効率30％、最高単一軸モード出力30mWの特性を備
えた素子を再現性よく得られた。制御電流を適切に設定
してやることにより主モードと副モードとの強度比を常
に30〜40dB程度にとることができた。また制御電流を変
化させることにより10Å程度の波長変化が観測され、そ
のときの光出力の変化もごくわずかであつた。
のぼほ中央部分に長さ20μｍの位相制御領域６が配置さ
れるように切り出して特性を評価した。その結果、位相
制御領域６に流す制御電流を数ｍＡとすることにより、
室温ＣＷにおいて発振しきい値電流20mA、片面からの微
分量子効率30％、最高単一軸モード出力30mWの特性を備
えた素子を再現性よく得られた。制御電流を適切に設定
してやることにより主モードと副モードとの強度比を常
に30〜40dB程度にとることができた。また制御電流を変
化させることにより10Å程度の波長変化が観測され、そ
のときの光出力の変化もごくわずかであつた。
さらにこのような位相制御領域６を有するDFB-LDにおい
ては反射端面における回折格子２の位相の影響も小さ
い。通常のDFB-LDにおいては反射端面における位相条件
によつてモードとびを生ずる素子が少なくなかつた。一
例として、１枚のウエフアから任意に切り出して特性歩
留りを調べたところ、通常のDFB-LDでは35％の素子が10
mW以内の出力レベルで反射端面位相条件によるモードと
びを示したが、実施例に示した位相制御DFB-LDにおいて
はその割合は５％に減少し、単一軸モード発振の等性歩
留りが大幅に向上した。
ては反射端面における回折格子２の位相の影響も小さ
い。通常のDFB-LDにおいては反射端面における位相条件
によつてモードとびを生ずる素子が少なくなかつた。一
例として、１枚のウエフアから任意に切り出して特性歩
留りを調べたところ、通常のDFB-LDでは35％の素子が10
mW以内の出力レベルで反射端面位相条件によるモードと
びを示したが、実施例に示した位相制御DFB-LDにおいて
はその割合は５％に減少し、単一軸モード発振の等性歩
留りが大幅に向上した。
なお、以上の実施例においてはInPを基板、InGaAsPを活
性層等とする波長１μｍ帯の半導体材料を示したが、本
発明に用いる半導体材料はもちろんこれに限るものでは
なく、GaAlAs/GaAs系，InGaAs/InAlAs系等他の半導体材
料を用いて何ら差しつかえない。また、実施例において
は基板１に直接回折格子２を形成し、その上に光ガイド
層３、活性層４を成長したが、あらかじめ活性層、光ガ
イド層を積層し、光ガイド層の上に回折格子を形成して
もよい。さらに光ガイド層３、活性層４を積層した後に
位相制御層５を成長したが、この順序は逆でもさしつか
えない。また実施例ではDFB電極８，９を共通にして特
性を評価したが、３つの電極を別々に駆動させ、１つの
DFB領域を変調器として用いてもかまわない。
性層等とする波長１μｍ帯の半導体材料を示したが、本
発明に用いる半導体材料はもちろんこれに限るものでは
なく、GaAlAs/GaAs系，InGaAs/InAlAs系等他の半導体材
料を用いて何ら差しつかえない。また、実施例において
は基板１に直接回折格子２を形成し、その上に光ガイド
層３、活性層４を成長したが、あらかじめ活性層、光ガ
イド層を積層し、光ガイド層の上に回折格子を形成して
もよい。さらに光ガイド層３、活性層４を積層した後に
位相制御層５を成長したが、この順序は逆でもさしつか
えない。また実施例ではDFB電極８，９を共通にして特
性を評価したが、３つの電極を別々に駆動させ、１つの
DFB領域を変調器として用いてもかまわない。
本発明の特徴は集積化分布帰還型半導体レーザにおい
て、発振波長に対して透明な位相制御領域を形成したこ
とにある。これにより、ブラツグ波長付近で安定に単一
軸モード発振させることが可能となり、発振しきい値電
流の低減、温度特性の改善、量子効率の向上等を図り、
レーザ特性、素子の特性歩留りを大幅に向上したDFB-LD
を得ることができる効果を有するものである。
て、発振波長に対して透明な位相制御領域を形成したこ
とにある。これにより、ブラツグ波長付近で安定に単一
軸モード発振させることが可能となり、発振しきい値電
流の低減、温度特性の改善、量子効率の向上等を図り、
レーザ特性、素子の特性歩留りを大幅に向上したDFB-LD
を得ることができる効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例であるDFB-LDの共振器方向の
断面模式図である。 図中、１はInP基板、２は回折格子、３は光ガイド層、
４は活性層、５は位相制御層、６は位相制御領域、７は
制御電極、８，９はDFB電極、10はp-InPクラツド層をそ
れぞれあらわす。
断面模式図である。 図中、１はInP基板、２は回折格子、３は光ガイド層、
４は活性層、５は位相制御層、６は位相制御領域、７は
制御電極、８，９はDFB電極、10はp-InPクラツド層をそ
れぞれあらわす。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に、活性層と、前記活性層よ
りもエネルギーギャップが大きく、かつ、一方の面に回
折格子が形成された光ガイド層との積層構造を有する集
積化分布帰還型半導体レーザにおいて、位相制御領域を
備え、前記位相制御領域の中の位相制御層が前記活性層
よりもエネルギーギャップの大きな半導体層からなり、
前記位相制御領域に独立した電極を設けたことを特徴と
する集積化分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59198033A JPH0656904B2 (ja) | 1984-09-21 | 1984-09-21 | 集積化分布帰還型半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59198033A JPH0656904B2 (ja) | 1984-09-21 | 1984-09-21 | 集積化分布帰還型半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177381A JPS6177381A (ja) | 1986-04-19 |
| JPH0656904B2 true JPH0656904B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=16384410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59198033A Expired - Lifetime JPH0656904B2 (ja) | 1984-09-21 | 1984-09-21 | 集積化分布帰還型半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656904B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2659199B2 (ja) * | 1987-11-11 | 1997-09-30 | 日本電気株式会社 | 可変波長フィルタ |
| JPH01312881A (ja) * | 1988-06-09 | 1989-12-18 | Nec Corp | 可変波長変換素子 |
| JP2002084033A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザ |
| KR100526999B1 (ko) * | 2002-12-13 | 2005-11-08 | 한국전자통신연구원 | 다영역 ｄｆｂ 레이저 다이오드 |
-
1984
- 1984-09-21 JP JP59198033A patent/JPH0656904B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6177381A (ja) | 1986-04-19 |
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