JPS61102082A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPS61102082A JPS61102082A JP22433984A JP22433984A JPS61102082A JP S61102082 A JPS61102082 A JP S61102082A JP 22433984 A JP22433984 A JP 22433984A JP 22433984 A JP22433984 A JP 22433984A JP S61102082 A JPS61102082 A JP S61102082A
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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。
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、光通信に用いる半導体レーザに係シ、特に、
高速変調時においてもその発振スペクトル線幅が安定で
、かつ拡がシが抑制できる分布帰還型半導体レーザに関
する。
高速変調時においてもその発振スペクトル線幅が安定で
、かつ拡がシが抑制できる分布帰還型半導体レーザに関
する。
第２図に分布帰還型半導体レーザの一例を示しておシ、
ｎ形ＩｎＰ基板１上に、順にＩｎＧａＡｓＰ （波長λ
＝ ｘ、ｘｓ ｇｎ ）のピッチＡを有する周期構造２
、ＩＨＧａＡｓＰ （波長λ＝ １．３ ｐｍ ）活性
層３、Ｐ形ＩｎＰ層４、Ｐ形ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層５が形成されている。なお、６はプラス電極、７はマ
イナス電極である。
ｎ形ＩｎＰ基板１上に、順にＩｎＧａＡｓＰ （波長λ
＝ ｘ、ｘｓ ｇｎ ）のピッチＡを有する周期構造２
、ＩＨＧａＡｓＰ （波長λ＝ １．３ ｐｍ ）活性
層３、Ｐ形ＩｎＰ層４、Ｐ形ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層５が形成されている。なお、６はプラス電極、７はマ
イナス電極である。
以上のような半導体レーザにおいて、従来は周部構造に
より定まる発振波長として、その活性領域のもつ禁制帯
幅のエネルギに一致させるように設計していた。しかし
ながら、この方式では、静特性としては良好であったが
、動特性、特にＧｂｉｔ／Ｓという高速変調時には、そ
のスペクトルが著しく拡がシを受けるという欠点がおっ
た。そのため、距離がｌｏＯＫｍといった長距離を元フ
ァイバで伝送する際、半導体レーザの発光スペクトルの
幅が元ファイバのもつ分散特性で広がジ、高い周波数帯
における光の変調をした場合に重なってしまい、ビット
エラーが生ずる恐れがあった。
より定まる発振波長として、その活性領域のもつ禁制帯
幅のエネルギに一致させるように設計していた。しかし
ながら、この方式では、静特性としては良好であったが
、動特性、特にＧｂｉｔ／Ｓという高速変調時には、そ
のスペクトルが著しく拡がシを受けるという欠点がおっ
た。そのため、距離がｌｏＯＫｍといった長距離を元フ
ァイバで伝送する際、半導体レーザの発光スペクトルの
幅が元ファイバのもつ分散特性で広がジ、高い周波数帯
における光の変調をした場合に重なってしまい、ビット
エラーが生ずる恐れがあった。
本発明は、従来の分布帰還型半導体レーザにおいては、
−６発振軸モードは単一にできるが、高速変調時に、上
述のように著しくそのスペクトルが拡がシを受けるとい
う問題について解決するものである。
−６発振軸モードは単一にできるが、高速変調時に、上
述のように著しくそのスペクトルが拡がシを受けるとい
う問題について解決するものである。
〔問題点を解決す、２１７１ｃめの手段〕本発明は上記
従来における分布帰還型半導体レーザにおける発振スペ
クトルの拡がシが、以下に示す知見により抑制できるこ
とを見い出し、これを基礎とするものである。
従来における分布帰還型半導体レーザにおける発振スペ
クトルの拡がシが、以下に示す知見により抑制できるこ
とを見い出し、これを基礎とするものである。
まず、半導体レーザにおける高速変調時において生ずる
発振スペクトル拡がりは活性領域内の注入キャリア密度
変化に基づくものである。つまジ、半導体レーザに外部
から印加する電流の大きさに強弱を与えることによって
光出力の変調をかけるわけだが、その際、半導体レーザ
のｐ−ｎ接合部にたまるキャリアの密度に変化が生じ、
その変化が活性層内における屈折率変化を起こさせ、発
振スペクトル拡がりが生ずることになる。キャリアの密
度変化に基づく活性層内における屈折率変化の原因は ■ キャリア自身のプラズマ分散に基づくもの、■ 禁
制帯櫻付近に発振波長があるため、利得媒質によって生
ずる異常分散に基づくもの、０２種がある。ここで■の
プラズマ分散はこの発振波長領域では常にキャリアの大
きさに対して負の寄与がある。他方■の異常分散の方は
、エネルギ（波長）依存性がちシ正にも負にもなる。
発振スペクトル拡がりは活性領域内の注入キャリア密度
変化に基づくものである。つまジ、半導体レーザに外部
から印加する電流の大きさに強弱を与えることによって
光出力の変調をかけるわけだが、その際、半導体レーザ
のｐ−ｎ接合部にたまるキャリアの密度に変化が生じ、
その変化が活性層内における屈折率変化を起こさせ、発
振スペクトル拡がりが生ずることになる。キャリアの密
度変化に基づく活性層内における屈折率変化の原因は ■ キャリア自身のプラズマ分散に基づくもの、■ 禁
制帯櫻付近に発振波長があるため、利得媒質によって生
ずる異常分散に基づくもの、０２種がある。ここで■の
プラズマ分散はこの発振波長領域では常にキャリアの大
きさに対して負の寄与がある。他方■の異常分散の方は
、エネルギ（波長）依存性がちシ正にも負にもなる。
本発明は、これに注目してなされたものであり、異常分
散のエネルギ（波長）依存性をうまく利用して、プラズ
マ分散を相殺する様にして、キャリアの変動に基づく屈
折率の変動を抑えるものである。
散のエネルギ（波長）依存性をうまく利用して、プラズ
マ分散を相殺する様にして、キャリアの変動に基づく屈
折率の変動を抑えるものである。
すなわち、本発明においては、問題点を解決するために
、活性領域に周期構造を有する分布帰還型半導体レーザ
において、該周期構造のピッチにもとづいて定まる発振
波長を、活性領域となる半導体材料の禁制帯幅から定ま
る発光波長より短波長側に設定するか、または、レーザ
発振開始における発光スペクトルのピーク値の波長から
長波長側に設定することにより、活性領域内のキャリア
のプラズマ分散に基づく屈折率変化と、利得媒質によっ
て生ずる異常分散とを相殺するようにする。
、活性領域に周期構造を有する分布帰還型半導体レーザ
において、該周期構造のピッチにもとづいて定まる発振
波長を、活性領域となる半導体材料の禁制帯幅から定ま
る発光波長より短波長側に設定するか、または、レーザ
発振開始における発光スペクトルのピーク値の波長から
長波長側に設定することにより、活性領域内のキャリア
のプラズマ分散に基づく屈折率変化と、利得媒質によっ
て生ずる異常分散とを相殺するようにする。
ここで、利得媒質によって生ずる異常分散について、特
に説明する。半導体レーザの材料に元を入射したとき、
普通はその材料は入射光に対して吸収しか示さず出てく
る元は弱まるが、ある程度半導体レーザに電流を流して
おくと、入れた元に対して出てくる元が増幅される。そ
ういった媒質を利得媒質（光の光学的利得がある）とい
っている。この場合、材質そのものの屈折率に対して異
常分散がおきるが、本発明はこの異常分散の特徴を明ら
かにし、これを利用してキャリアのプラズマ分散と相殺
するようにしているものでちる。
に説明する。半導体レーザの材料に元を入射したとき、
普通はその材料は入射光に対して吸収しか示さず出てく
る元は弱まるが、ある程度半導体レーザに電流を流して
おくと、入れた元に対して出てくる元が増幅される。そ
ういった媒質を利得媒質（光の光学的利得がある）とい
っている。この場合、材質そのものの屈折率に対して異
常分散がおきるが、本発明はこの異常分散の特徴を明ら
かにし、これを利用してキャリアのプラズマ分散と相殺
するようにしているものでちる。
以下に具体例を示し、これを用いて本発明についてより
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図は、第２図に示したＩｎＧａＡｓＰ （波長１．
３μｍ）を活性領域として有する分布帰還型レーザの構
造に本発明を適用することを示すものである。
３μｍ）を活性領域として有する分布帰還型レーザの構
造に本発明を適用することを示すものである。
第１図は、異常分散に基づく屈折率上昇Δｎ（禁制帯幅
に相当する帯端からの変化値）の波長特性を示している
。曲線■は、半導体レーザに電流を流さない状況におけ
る（ Ｉ＝Ｏ）の曲線であり、また曲線■は半導体レー
ザに電流を流し、閾値電流値（Ｉ−４ｔｈ）に達すると
きの曲線をそれぞれ示している。曲線■と■のシフＦ
＋ｌｌ ｅはピーク値でみると、エネルギで０．０２７
〜０．０３ｅＶである。すなわち曲線■において（Ｉ＝
０ ）は半導体の材料のもつバンドギャップで定まると
ころで一番屈折率が大になる曲線になっているが、レー
ザ発振を開始する閾値Ｉ＝Ｉｔｈの電流を流すと、光学
的利得が生ずるために、帯端が短波長側にずれ、曲線■
から曲線■に推移することになる。曲線■（工＝Ｑ ）
と曲線■（Ｉ ＝ Ｉｔｈ）の交点ｄを境界にして、屈
折率は矢印で例示するように長波長側で減少、短波長側
で増加していることがわかる。一方、プラズマ振動に基
づく屈折率変化をδｎとすると、波長が１．３μｍレー
ザの場合、δｎ＝−０．０９〜−０．０１ と常に負
の傾向（曲線■）を示す。したがって、原理的には、分
布帰還型半導体レーザの発振波長λＳを適当に選び、第
１図の増加部分（矢印ｆ）がプラズマ分散による屈折率
減少δｎに等しくなり、互に相殺するようにすれば、屈
折率変化はＯになる。その結果、レーザの発光スペクト
ル幅は拡がらないことになる。しかしながら、活性領域
の温度上昇。
に相当する帯端からの変化値）の波長特性を示している
。曲線■は、半導体レーザに電流を流さない状況におけ
る（ Ｉ＝Ｏ）の曲線であり、また曲線■は半導体レー
ザに電流を流し、閾値電流値（Ｉ−４ｔｈ）に達すると
きの曲線をそれぞれ示している。曲線■と■のシフＦ
＋ｌｌ ｅはピーク値でみると、エネルギで０．０２７
〜０．０３ｅＶである。すなわち曲線■において（Ｉ＝
０ ）は半導体の材料のもつバンドギャップで定まると
ころで一番屈折率が大になる曲線になっているが、レー
ザ発振を開始する閾値Ｉ＝Ｉｔｈの電流を流すと、光学
的利得が生ずるために、帯端が短波長側にずれ、曲線■
から曲線■に推移することになる。曲線■（工＝Ｑ ）
と曲線■（Ｉ ＝ Ｉｔｈ）の交点ｄを境界にして、屈
折率は矢印で例示するように長波長側で減少、短波長側
で増加していることがわかる。一方、プラズマ振動に基
づく屈折率変化をδｎとすると、波長が１．３μｍレー
ザの場合、δｎ＝−０．０９〜−０．０１ と常に負
の傾向（曲線■）を示す。したがって、原理的には、分
布帰還型半導体レーザの発振波長λＳを適当に選び、第
１図の増加部分（矢印ｆ）がプラズマ分散による屈折率
減少δｎに等しくなり、互に相殺するようにすれば、屈
折率変化はＯになる。その結果、レーザの発光スペクト
ル幅は拡がらないことになる。しかしながら、活性領域
の温度上昇。
ストレス、等複雑な要因をうけ、現状では１イ。程度ま
で拡がりが抑制できる。
で拡がりが抑制できる。
実際に分布帰還型レーザの発振波長λＳを設定するのに
次の２つの様式のいずれかを用いる。
次の２つの様式のいずれかを用いる。
■ 活性領域となる半導体材料の禁制帯幅から定まる発
光波長（第１図■のピーク）から短波長側、即ち０．０
１〜０．０３ｅＶ短波長側に設定する。このように設定
範囲に幅があるのは、現状では、■プラズマ振動に基づ
く屈折率変化の程度推定、＠異常分散を引きおこす材料
から入る不確定性（例えば、電子、正孔の有効質量の測
定値のバラツキ）等で明確化できないことに起因する。
光波長（第１図■のピーク）から短波長側、即ち０．０
１〜０．０３ｅＶ短波長側に設定する。このように設定
範囲に幅があるのは、現状では、■プラズマ振動に基づ
く屈折率変化の程度推定、＠異常分散を引きおこす材料
から入る不確定性（例えば、電子、正孔の有効質量の測
定値のバラツキ）等で明確化できないことに起因する。
■ レーザ発振開始における発光スペクトルのピーク値
（第１図■の曲線）の波長から長波長側。
（第１図■の曲線）の波長から長波長側。
すなわち、０〜０．０１ｅＶ長波長側に分布帰還型レー
ザの発振波長λｓｅ設定する。このように設定するのは
、上記■、＠の他に、レーザ発振開始電流にバラツキが
４５．Ｉ＝０とＩ＝Ｉｔｈで、エネルギ変化値（スペク
トル中心の変化）は０．０２７〜０．０３ｅＶであるが
、これは使用法等である範囲にバラツキが生じるためで
ある。■の設定方式には、Ｉ＝Ｉｔｈにおける発光スペ
クトルが比較的測定し易い利点がある。
ザの発振波長λｓｅ設定する。このように設定するのは
、上記■、＠の他に、レーザ発振開始電流にバラツキが
４５．Ｉ＝０とＩ＝Ｉｔｈで、エネルギ変化値（スペク
トル中心の変化）は０．０２７〜０．０３ｅＶであるが
、これは使用法等である範囲にバラツキが生じるためで
ある。■の設定方式には、Ｉ＝Ｉｔｈにおける発光スペ
クトルが比較的測定し易い利点がある。
なお、■と■で定められる範囲は必ずしも一致しない。
それは、曲線■（ｉ＝：Ｑ ）と曲線■（Ｉ＝Ｉｔｈ
）の中心の高さが必ずしも一致しないためである。特に
、閾値が高いレーザをつくると、■。
）の中心の高さが必ずしも一致しないためである。特に
、閾値が高いレーザをつくると、■。
■の分離がより大きくなシ１．不一致が生ずる。以上を
考慮し、本実施例においては、■または■のするように
レーザの発振波長を設定する。発振波長λＳが決まると
、 ｍλＳ ”” ２ｎｅｆｆ ” ここで、ｎｅｆｆ ”導波路特性から定まる実効屈折率
（本実施例で約３．２５ ） ｍ＝正の整数（回折次数） の関係から周期構造のピッチＡ１ｆｔ：決定すれば艮い
。
考慮し、本実施例においては、■または■のするように
レーザの発振波長を設定する。発振波長λＳが決まると
、 ｍλＳ ”” ２ｎｅｆｆ ” ここで、ｎｅｆｆ ”導波路特性から定まる実効屈折率
（本実施例で約３．２５ ） ｍ＝正の整数（回折次数） の関係から周期構造のピッチＡ１ｆｔ：決定すれば艮い
。
本発明によれば、以上のように、活性領域内のキャリア
自身のプラズマ分散に基づく屈折率変化゛るようにする
ことによって、キャリア密度変化に基づく活性層内にお
ける屈折率変化を抑えることができ、分布帰還型レーザ
の高速変調時において問題となる発振スペクトルの拡が
９を大幅に抑制することができる利点がある。そして、
光通信用に適する。静特性のみならず動特性においても
優れた分布帰還型レーザが提供される。
自身のプラズマ分散に基づく屈折率変化゛るようにする
ことによって、キャリア密度変化に基づく活性層内にお
ける屈折率変化を抑えることができ、分布帰還型レーザ
の高速変調時において問題となる発振スペクトルの拡が
９を大幅に抑制することができる利点がある。そして、
光通信用に適する。静特性のみならず動特性においても
優れた分布帰還型レーザが提供される。
第１図は、本発明の実施例における分布帰還型半導体レ
ーザの発振波長の設定方式を示す説明図、第２図は、分
布帰還型レーザの構造を示す図。 １・・・基板、２・・・周期構造（ＩｎＧａＡａＰ ）
、３・・・活性層（ＩｎＧａＡｓＰ ）、４− Ｐ−
ＩｎＰ 、 ５− Ｐ −ＩｎＧａＡｓＰ 。 ６・・・プラス電極、７・・・マイナス電極。
ーザの発振波長の設定方式を示す説明図、第２図は、分
布帰還型レーザの構造を示す図。 １・・・基板、２・・・周期構造（ＩｎＧａＡａＰ ）
、３・・・活性層（ＩｎＧａＡｓＰ ）、４− Ｐ−
ＩｎＰ 、 ５− Ｐ −ＩｎＧａＡｓＰ 。 ６・・・プラス電極、７・・・マイナス電極。
Claims (2)
- （１）活性領域に周期構造を有する分布帰還形半導体レ
ーザにおいて、該周期構造のピッチに基づいて定まる発
振波長を、活性領域となる半導体材料の禁制帯幅から定
まる発光波長より短波長側に設定するか、またはレーザ
発振開始における発光スペクトルのピーク値の波長から
長波長側に定め、活性領域内のキャリア自身のプラズマ
分散に基づく屈折率変化と、利得媒質によつて生ずる異
常分散にもとづく屈折率変化とを相殺するようにするこ
とを特徴とする半導体発光装置。 - （２）前記活性領域はＩｎＧａＡｓＰで構成され、前記
周期構造のピッチに基づいて定まる発光波長を、該活性
領域のＩｎＧａＡｓＰの持つ禁制帯幅より０．０１〜０
．０３ｅＶ高い、すなわち該禁制帯幅から定まる発光波
長より、短波長側に設定するか、あるいはレーザ発振開
始における発光スペクトルのピークの波長から、エネル
ギで０〜０．０１ｅＶ（但し０を含まず）低い、すなわ
ちレーザ発振開始における発光スペクトルのピークの波
長より長波長側に設定することを特徴とする前記特許請
求の範囲第１項記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22433984A JPS61102082A (ja) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22433984A JPS61102082A (ja) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61102082A true JPS61102082A (ja) | 1986-05-20 |
| JPH0147030B2 JPH0147030B2 (ja) | 1989-10-12 |
Family
ID=16812201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22433984A Granted JPS61102082A (ja) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61102082A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63205984A (ja) * | 1987-02-23 | 1988-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 面発光型半導体レ−ザ |
| JP2003069144A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| CN109285929A (zh) * | 2017-07-21 | 2019-01-29 | 日亚化学工业株式会社 | 发光装置、集成型发光装置以及发光模块 |
-
1984
- 1984-10-25 JP JP22433984A patent/JPS61102082A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63205984A (ja) * | 1987-02-23 | 1988-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 面発光型半導体レ−ザ |
| JP2003069144A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| CN109285929A (zh) * | 2017-07-21 | 2019-01-29 | 日亚化学工业株式会社 | 发光装置、集成型发光装置以及发光模块 |
| CN109285929B (zh) * | 2017-07-21 | 2023-09-08 | 日亚化学工业株式会社 | 发光装置、集成型发光装置以及发光模块 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0147030B2 (ja) | 1989-10-12 |
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