JPH0680857B2 - 集積分布ブラッグ反射型半導体レーザ - Google Patents

集積分布ブラッグ反射型半導体レーザ

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JPH0680857B2
JPH0680857B2 JP59216802A JP21680284A JPH0680857B2 JP H0680857 B2 JPH0680857 B2 JP H0680857B2 JP 59216802 A JP59216802 A JP 59216802A JP 21680284 A JP21680284 A JP 21680284A JP H0680857 B2 JPH0680857 B2 JP H0680857B2
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    • 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
    • H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure

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  • Electromagnetism (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は発振波長が制御可能な半導体レーザに関する。
(従来技術とその問題点) Gb/sレベルの超高速変調時にも安定な単一軸モード動作
を示す分布帰還型半導体レーザ(DFB−LD)、分布ブラ
ッグ反射型半導体レーザ(DBR−LD)は長距離・大容量
光ファイバ通信用光源として有望視されている。単一軸
モード性の良好なこれらの半導体レーザに波長制御機構
を導入することは、現在の長距離・大容量直接伝送方式
のみならず、将来の光ヘテロダイン通信、高密度波長多
重伝送等の分野への展開が期待され、きわめて有用と考
えられる。その一例として例えば、東盛氏らはエレクト
ロニクス・レターズ誌(Electron.Lett.19(1983),pp6
56)において報告しているような発振波長の制御が可能
な直接結合型の集積化DBR−LDを開発した。東盛氏らは
第2図に示すように活性領域1を素子中央に、その片側
にDBR領域2を、もう一方の側に位相制御領域3を配置
した発振波長制御可能な集積化DBR−LDを試作し、位相
制御領域3に4mAの電流注入を行なうことにより、4Å
程度の発振波長変化を実現した。第3図はその動作原理
を示すためのものである。第3図の横軸は波長、たて軸
はしきい値利得を与える反射損失を示す。すなわち、た
て軸は低い値ほど反射損失が小さく、したがってしきい
値利得が小さく軸モードは発振しやすことを示す。東盛
氏らによる波長制御集積化DBR−LDにおいては第3図に
示した反射損失曲線は変化せず、この曲線上を各軸モー
ドが移動することになる。各軸モードの点はDBR領域2
で決定される位相曲線と活性領域1および位相制御領域
3とで決定される位相曲線との交点で決まる。位相制御
領域3に電流注入することにより後者の位相曲線が変化
し、したがって2つの位相曲線の支点が変化するために
発振波長が変化することになる。例えば電流注入のない
ときに第3図に示したように31,32,33,34のような軸モ
ードがあるとすると、はじめは最も反射損失の小さな32
のモードが発振する。位相制御領域に電流を注入するこ
とにより位相曲線の支点で与えられる各軸モードは矢印
の方向に移動し、発振波長が短波長側に変化する。ある
程度電流を注入していくと32のモードと33のモードとの
反射損失が逆転し、そこでモードのとびが生じて、こん
どは33のモードが発振するようになる。以後、同様の波
長変化を示すことになる。ところがこの場合には反射損
失曲線は変化しないので、最低のしきい値利得を与える
ブラッグ波長は変化しない。すなわち制御可能な波長範
囲は軸モード間隔で決定され、現実的な素子寸法を考え
るとたかだか数Åにとどまってしまう。将来の高密度波
長多重光通信等への適用を考えた場合、数+Åオーダー
の波長制御は必要となる。同時にそのときの微調も必要
となってくる。
(発明の目的) 本発明の目的は上述の観点から、数+Åオーダーの波長
制御と同時に発振モードの微調が可能な新規な構造の集
積化DBR−LDを提供することにある。
(発明の構成) 本発明の構成による集積分布ブラッグ反射型半導体レー
ザは、半導体基板上に少なくとも活性層と、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ガイド層とを有する積層構造を備
え、少なくとも前記活性層を有する活性領域,レーザ光
に対して透明な位相制御領域、少なくとも前記ガイド層
を有するDBR領域がレーザ共振軸方向につらなって形成
され、前記活性領域の一方の端面が反射端面となり、前
記積層構造上部に2つの独立な電極が形成され、その1
つの電極が2つの領域にまたがって形成されていること
を特徴としている。
(発明の作用・原理) 本発明による集積型DBR−LDは、活性領域,位相制御領
域、DBR領域が形成され、少なくとも2つの独立の電極
が形成されている。DBR領域へのキャリア注入により、
第3図に示したブラッグ波長そのものが変化することに
なる。また同時に位相制御領域へのキャリア注入により
各軸モードの発振波長も変化させることができる。前者
の場合、数+Åのオーダーのブラッグ波長変化が実現で
き、また後者の場合数+Åオーダーのスムーズな波長変
化が可能となるので、例えばそれら2つの領域に同じ電
極を形成する場合、2つの領域の長さを適切に設定して
やることにより、数+Åオーダーの波長範囲をほぼ完全
にカバーすることが可能となる。
(実施例) 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。
第1図は本発明の一実施例である集積分布ブラッグ反射
型半導体レーザの断面模式図である。このような素子を
作製するにはまずInP基板11上に部分的に回折格子12を
形成し、そのうえに全面に例えば波長1.3μmに相当す
るIn0.72Ga0.28As0.61P0.39光ガイド層13等を積層し
た。そのうち選択エッチング、選択エピタキシャル成長
を行なって例えば波長1.55μm相当のIn0.59Ga0.41As
0.90P0.10活性層14等を光が直接結合するように積層
し、横モード制御と電流とじ込めの目的で埋め込み構造
に形成した。その後図に示すように2つの電極を形成し
た。制御電極20は位相制御領域3とDBR領域2とに対し
て共通している。それぞれの領域の長さを適切に設定し
てやることにより数+Åの波長範囲をカバーして発振さ
せることができるし、すべての波長範囲を連続的に波長
変化しないまでもモードジャンプを生じない状態で数Å
程度の連続波長変化が実現できることになる。一例とし
てDBR領域2部分での位相変化分が活性領域1と位相制
御領域3とから成る部分の位相変化分のほぼ2倍程度と
なるようにすればモードジャンプを含めた全体の波長変
化分のほぼ半分以上の波長領域にわたって連続的な波長
変化を実現することができ、FSKヘテロダイン光通信方
式等への適用にはほぼ十分な波長チューニングが行なえ
ることになる。
本実施例ではDBR領域2の長さを300μm、位相制御領域
3の長さを150μm、活性領域1の長さを150μmとする
ことにより、60mA程度の電流注入により45Åの波長変化
が実現できた。軸モードとびを生ずる前後の4Å程度の
範囲ではやや不安定な動作を示したが、それ以外の波長
範囲では軸モード選択比が30dB以上の良好な単一軸モー
ド動作下で波長制御が行なえた。室温cw動作においても
活性領域1だけに電流注入する場合に、しきい値電流40
mA、微分量子効率15%程度のものが再現性よく得られ
た。光出力の点からも活性領域1側の出力端面4から最
大20mWまでの安定な単一軸モード発振が得られた。制御
電極20はDBR領域2および位相制御領域3とに共通とし
たが、DBR領域2のみ独立させ、活性領域1と位相制御
領域3とに共通の電極を形成してもよい。2つの独立な
電極だけで良好な波長制御が行なえる。活性領域1と位
相制御領域3を合わせた長さで、位相条件が決定され、
それとDBR位相曲線との交点が各軸モードの発振波長を
決定するので、それぞれの領域の長さや注入する電流を
適切に設定することにより、いずれの場合も40〜50Å程
度の範囲で波長制御が可能となる。
本発明の実施例においては、活性領域1,位相制御領域2,
DBR領域3を形成し、DBR領域3にも制御電極20を形成し
た。これによって制御電流を変化させることにより数+
Å程度の波長範囲をほぼ安定な単一軸モード動作の状態
で変化させることができた。さらに単一軸モード発振時
の発振スペクトル線幅も制御状態に依存し、最も安定な
状態に設定することにより4MHzの発振スペクトル線幅が
得られた。
なお本発明の実施例においては電流注入によるキャリア
のプラズマ効果を利用して屈折率変化させ、波長制御を
行なったが、P−N接合に逆バイアスを印加し、空乏層
の拡がりを利用して屈折率変化させる等の手段を用いて
もよい。用いる半導体材料も実施例においてはInPを基
板,InGaAsPを活性層,光ガイド層とする波長1μm帯の
材料を用いたが、これに限ることなく、GaAlAs,InGaAl
P,GaAsSb系等、他の半導体材料を用いてさしつかえな
い。実施例においてはDBR領域2と位相制御領域3とに
同じ組成の光ガイド層13を用いたが、これらは異なる組
成の結晶であってもかまわない。また独立な電極間には
電気的絶縁を良好にするためにエッチング溝を形成した
り、プロトン照射高抵抗層を形成してもよい。
(発明の効果) 本発明の特徴は集積型DBR−LDにおいて、活性領域,位
相制御領域,DBR領域を形成し、DBR領域上にも制御電極
を形成したことである。これによって数+Åの範囲で安
定な単一軸モード状態での発振波長制御が可能となっ
た。さらに光ヘテロダイン通信において重要な発振スペ
クトル線幅も制御することができ、光ヘテロダイン通
信,高密度波長多重通信等将来の高級光ファイバ通信用
光源として大きな発展が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図はそれぞれ本発明の一実施例である集積
DBR−LD,従来例の集積DBR−LDの断面模式図,第3図は
動作原理を示すための発振波長とDBR反射損失との関係
を示す図。図中1は活性領域、2はDBR領域、3は位相
制御領域,4は出力端面、11はInP基板、12は回折格子、1
3は光ガイド層、14は活性層、20は制御電極、31,32,33,
34は発振軸モードをそれぞれあらわす。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に少なくとも活性層と、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ガイド層とを有する積層構造
    を備え、少なくとも前記活性層を有する活性領域,レー
    ザ光に対して透明な位相制御領域,少なくとも前記ガイ
    ド層を有するDBR領域がレーザ共振軸方向につらなって
    形成され、前記活性領域の一方の端面が反射端面とな
    り、前記積層構造上部に2つの独立な電極が形成され、
    そのうちの1つの電極が2つの領域にまたがって形成さ
    れていることを特徴とする集積分布ブラッグ反射型半導
    体レーザ。
JP59216802A 1984-10-16 1984-10-16 集積分布ブラッグ反射型半導体レーザ Expired - Lifetime JPH0680857B2 (ja)

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