JPH01173686A - 波長可変型半導体レーザ - Google Patents
波長可変型半導体レーザInfo
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- JPH01173686A JPH01173686A JP33001487A JP33001487A JPH01173686A JP H01173686 A JPH01173686 A JP H01173686A JP 33001487 A JP33001487 A JP 33001487A JP 33001487 A JP33001487 A JP 33001487A JP H01173686 A JPH01173686 A JP H01173686A
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- semiconductor laser
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- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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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】
発明の要約
半導体レーザの活性層の温度を制御するための発熱部を
半導体レーザ内部に絶縁層（高抵抗層）を介して集積形
成した。これにより温度制御による高速応答性をもつ波
長可変型（波長制御型）半導体レーザが実現する。
半導体レーザ内部に絶縁層（高抵抗層）を介して集積形
成した。これにより温度制御による高速応答性をもつ波
長可変型（波長制御型）半導体レーザが実現する。
発明の背景
技術分野
この発明は発振波長（周波数）を温度を変えることによ
り制御する波長可変型（波長制御型）半導体レーザに関
する。
り制御する波長可変型（波長制御型）半導体レーザに関
する。
従来技術とその問題点
半導体レーザの発振波長（周波数）の制御方法として次
の２つが主に利用されている。
の２つが主に利用されている。
■）励起電流変化法
励起電流の変化により活性層の温度が変化することおよ
びキャリア密度変化に基づいて屈折率が変化することを
利用するものである。極めて高速（１０ｎｓ 〜１ｏｓ
ｓ）の周波数変、ｍ（ＦＭ）が得られている。しかしな
がら周波数変調効率が１〜５Ｇｌｌｚ／ｍＡと小さいた
め、電流を数１０ｍＡ変化させても連続周波数変調領域
がΔνζ数１００＋ｌｚ （波長領域Δλ″、０．１ｎ
ｍ）に制限される。また周波数変調を行うと出力に強度
変調を伴ない、一定出力が得られ難いという問題がある
。
びキャリア密度変化に基づいて屈折率が変化することを
利用するものである。極めて高速（１０ｎｓ 〜１ｏｓ
ｓ）の周波数変、ｍ（ＦＭ）が得られている。しかしな
がら周波数変調効率が１〜５Ｇｌｌｚ／ｍＡと小さいた
め、電流を数１０ｍＡ変化させても連続周波数変調領域
がΔνζ数１００＋ｌｚ （波長領域Δλ″、０．１ｎ
ｍ）に制限される。また周波数変調を行うと出力に強度
変調を伴ない、一定出力が得られ難いという問題がある
。
ＤＢＲ（分布ブラッグ反射）型またはＤＦＢ（分布帰還
）型の構造でかつ周波数制御部と利得部とを分離した波
長可変半導体レーザでは、一定出力が得られ難いという
後者の問題点が解決されている。しかしながら、構造が
極めて複雑であり、製造プロセスの手間がかかる問題点
がある。
）型の構造でかつ周波数制御部と利得部とを分離した波
長可変半導体レーザでは、一定出力が得られ難いという
後者の問題点が解決されている。しかしながら、構造が
極めて複雑であり、製造プロセスの手間がかかる問題点
がある。
２）基板温度変化法
半導体レーザの活性層の温度を外部から基板温度を変え
て変化させることにより、たとえばＡ ｆ！Ｇ ａ −
Ａ ｓ系レーザでは約３０ＧＨｚ／”Ｃの温度変化率で
発振周波数を変化させることができる。この方法では、
利得の中心周波数の変化も伴ない（約１５０ＧＩＩｚ／
’Ｃ） 、外部反射鏡を用いた構造の半導体レーザでは
、極めて広帯域（〜Ｉ ＴＨｚ、 Ｚｎｍ）の連続
周波数可変特性が得られている。
て変化させることにより、たとえばＡ ｆ！Ｇ ａ −
Ａ ｓ系レーザでは約３０ＧＨｚ／”Ｃの温度変化率で
発振周波数を変化させることができる。この方法では、
利得の中心周波数の変化も伴ない（約１５０ＧＩＩｚ／
’Ｃ） 、外部反射鏡を用いた構造の半導体レーザでは
、極めて広帯域（〜Ｉ ＴＨｚ、 Ｚｎｍ）の連続
周波数可変特性が得られている。
しかしながら、ベルチェ素子などの外部加熱冷却素子と
半導体レーザ全体の熱時定数が数秒〜数分と長いため、
温度変調の周波数が極めて低い（０，１ＩＩｚ以下）。
半導体レーザ全体の熱時定数が数秒〜数分と長いため、
温度変調の周波数が極めて低い（０，１ＩＩｚ以下）。
温度変化に要する電力が大きく変調効率が低い、という
問題がある。
問題がある。
発明の概要
発明の目的
この発明は、上記基板温度変化法の問題点に着目し、高
速の温度変調を可能とするとともに温度変調効率を向上
できる波長可変型半導体レーザを提供することを目的と
する。
速の温度変調を可能とするとともに温度変調効率を向上
できる波長可変型半導体レーザを提供することを目的と
する。
発明の構成と効果
この発明による波長可変型半導体レーザは、半導体レー
ザの内部であってレーザ発振を起す活性層部分に隣接す
る位置に、上記活性層部分の温度を制御するための発熱
部を形成し、この発熱部に通電するための電極を半導体
レーザ表面に設けたことを特徴とする。
ザの内部であってレーザ発振を起す活性層部分に隣接す
る位置に、上記活性層部分の温度を制御するための発熱
部を形成し、この発熱部に通電するための電極を半導体
レーザ表面に設けたことを特徴とする。
好ましくは半導体レーザの基板を一定温度に保持する手
段が設けられる。
段が設けられる。
この発明によると９発熱部が活性層に近接しかつ発熱部
が半導体レーザの一部にすぎず全体の温度制御をする必
要がなく、半導体レーザ内部の温度制御の熱時定数が極
めて短縮されるため（１ａｓ以下）、高速の温度変調が
可能となり、波長変調の周波数を１ ｋＨｚ程度に高
めることが可能となる。また、小電力でも大きな温度変
化が得られ。
が半導体レーザの一部にすぎず全体の温度制御をする必
要がなく、半導体レーザ内部の温度制御の熱時定数が極
めて短縮されるため（１ａｓ以下）、高速の温度変調が
可能となり、波長変調の周波数を１ ｋＨｚ程度に高
めることが可能となる。また、小電力でも大きな温度変
化が得られ。
温度変調効率が従来の基板温度変化法に比べて極めて大
きくなる。さらに外部反射鏡を設置することにより、極
めて広い連続波長可変領域（〜ＩＴ Ｉｔ ｚ ）が得
られる。波長制御部と利得部が分離しているため、出力
変動の極めて小さい波長可変光（Ｆ Ｍ光）出力が得ら
れる。
きくなる。さらに外部反射鏡を設置することにより、極
めて広い連続波長可変領域（〜ＩＴ Ｉｔ ｚ ）が得
られる。波長制御部と利得部が分離しているため、出力
変動の極めて小さい波長可変光（Ｆ Ｍ光）出力が得ら
れる。
実施例の説明
第１図はこの発明の第１実施例を示すもので。
電極ストライブ型波長可変半導体レーザの構造を斜視的
に示すものである。ｎ−ＧａＡｓ基板１１」二にたとえ
ば分子線エピタキシャル成長によりｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層１２．ｎ−Ａ、９ＧａＡｓ第１クラッド層１３．Ｇ
ａＡｓ活性層１５．ｐ−Ａｉ！ＧａＡｓ第２クラッド層
１７． ｐ −Ｇ ａ Ａ ｓキャブ１層１８か順次
形成される。この半導体レーザ構造の上面には、その幅
方向の中央部において小さな幅Ｗｄの駆動用電極２１が
、その両側には、適当な間隔をはなして、上記幅Ｗｄよ
りも充分に大きい幅Ｗｍの温度制御用電極２２が共振器
全体にわたってそれぞれ形成されている。これらの電極
２１．２２はたとえばＡｕ−Ｚｎを蒸着することにより
形成されるオーミック電極である。これらの電極２１と
２２との間はたとえばＨｅのイオン注入によって少なく
とも基板１１上部まで高抵抗層１９に形成される。
に示すものである。ｎ−ＧａＡｓ基板１１」二にたとえ
ば分子線エピタキシャル成長によりｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層１２．ｎ−Ａ、９ＧａＡｓ第１クラッド層１３．Ｇ
ａＡｓ活性層１５．ｐ−Ａｉ！ＧａＡｓ第２クラッド層
１７． ｐ −Ｇ ａ Ａ ｓキャブ１層１８か順次
形成される。この半導体レーザ構造の上面には、その幅
方向の中央部において小さな幅Ｗｄの駆動用電極２１が
、その両側には、適当な間隔をはなして、上記幅Ｗｄよ
りも充分に大きい幅Ｗｍの温度制御用電極２２が共振器
全体にわたってそれぞれ形成されている。これらの電極
２１．２２はたとえばＡｕ−Ｚｎを蒸着することにより
形成されるオーミック電極である。これらの電極２１と
２２との間はたとえばＨｅのイオン注入によって少なく
とも基板１１上部まで高抵抗層１９に形成される。
基板ｌｌの下面にはたとえばＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉの蒸着に
よってオーミック共通電極２３が形成される。
よってオーミック共通電極２３が形成される。
以上の構成において、駆動用電極２１から注入された励
起電流によりその下部の活性層１５の部分（ハツチング
で示す）においてレーザ発振が起こり発光する。また、
温度制御用電極２２の下部の活性層部分は電極幅が大き
いため電流を流してもレーザ発振は起こり難く、比較的
大きな温度制御用電流を流すことが可能となる。温度制
御用電極２２の下部は熱源（発熱部）とすることが可能
となり、さらに電流の横方向の広がりは高抵抗層１９に
よって阻止されるので、駆動用電極２１の下部の活性層
部分には影響を及ぼさず、独立した発熱部として振舞う
。ｌＨ度制御用電極２２には駆動用電極２１とは独立に
温度制御電流を流すことが可能となり、このことにより
駆動用電極２１の下部の活性層部分の温度を変化させる
ことが可能となり、ａ度によりこの活性層部分から生じ
るレーザ発光の波長を制御することが可能となる。さら
に、半導体レーザの活性層部分に発熱部を集積した構造
であるから、熱の伝搬も速く応答速度を向上させること
が可能である。下部のヒートシンク１０を介して、たと
えば電子冷却素子（ペルチェ素子など）により全体（と
くに基板１１）を一定温度に保てば、温度制御用電極２
２に注入する電流を変化することによりレーザ発振を起
こす活性層部分だけに熱を与えて容易に任意の発振波長
を得ることができる。
起電流によりその下部の活性層１５の部分（ハツチング
で示す）においてレーザ発振が起こり発光する。また、
温度制御用電極２２の下部の活性層部分は電極幅が大き
いため電流を流してもレーザ発振は起こり難く、比較的
大きな温度制御用電流を流すことが可能となる。温度制
御用電極２２の下部は熱源（発熱部）とすることが可能
となり、さらに電流の横方向の広がりは高抵抗層１９に
よって阻止されるので、駆動用電極２１の下部の活性層
部分には影響を及ぼさず、独立した発熱部として振舞う
。ｌＨ度制御用電極２２には駆動用電極２１とは独立に
温度制御電流を流すことが可能となり、このことにより
駆動用電極２１の下部の活性層部分の温度を変化させる
ことが可能となり、ａ度によりこの活性層部分から生じ
るレーザ発光の波長を制御することが可能となる。さら
に、半導体レーザの活性層部分に発熱部を集積した構造
であるから、熱の伝搬も速く応答速度を向上させること
が可能である。下部のヒートシンク１０を介して、たと
えば電子冷却素子（ペルチェ素子など）により全体（と
くに基板１１）を一定温度に保てば、温度制御用電極２
２に注入する電流を変化することによりレーザ発振を起
こす活性層部分だけに熱を与えて容易に任意の発振波長
を得ることができる。
第２図は第２の実施例を示すもので、リッジ型（または
ＧＲＩＮ−９ＣＩＩ型： Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ
ＷａｖｅｇｕｉｄｅＳｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｌｎ
ｅｓｅｎｔ １ｌｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）波長
可変型半導体レーザの断面図を示している。
ＧＲＩＮ−９ＣＩＩ型： Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ
ＷａｖｅｇｕｉｄｅＳｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｌｎ
ｅｓｅｎｔ １ｌｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）波長
可変型半導体レーザの断面図を示している。
ｎ ＧａＡｓ基板３１上にたとえば分子線エピタキシ
ャル法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層３２．０−ＡＪＧ
ａＡｓ第１クラッド層３Ｌ ｎ−Ａ ｉＧ ａＡｓ−
ＧａＡｓ第１グレード（ＧＲＩＮ）層３４．ＧａＡｓ活
性層３５． ｐ −Ｇ ａ Ａ ｓ −Ａ Ｊ Ｇ
ａ Ａ ｓ第２グレード層３Ｂ、 ｐ −Ａ Ｉ Ｇ
ａ Ａ ｓ第２クラッド層ｓ’ｒ、 ｐ Ｇ ａ
Ａ ｓキ＋−／ブＷＡ３Ｂが順次形成される。この後
、たとえばドライエツチングにより中央部に幅Ｗｄのリ
ッジ部を残し、その両側に適当な（リッジ部の幅Ｗｄの
１０倍以上の）間隔をあけて９幅Ｗｍの発熱部を残すよ
うに第２クラッド層３７の途中の深さまでメサエッチさ
れる。さらにメサエッチングによって取り除かれた部分
はポリイミド等の感光性樹脂により埋め込まれ、絶縁層
８９が形成される。リッジ部および発熱部の上面にはた
とえばＡｕ−Ｚｎが蒸着され、半導体レーザ部の駆動用
電極４１と発熱部の温度制御用電極４２が形成される。
ャル法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層３２．０−ＡＪＧ
ａＡｓ第１クラッド層３Ｌ ｎ−Ａ ｉＧ ａＡｓ−
ＧａＡｓ第１グレード（ＧＲＩＮ）層３４．ＧａＡｓ活
性層３５． ｐ −Ｇ ａ Ａ ｓ −Ａ Ｊ Ｇ
ａ Ａ ｓ第２グレード層３Ｂ、 ｐ −Ａ Ｉ Ｇ
ａ Ａ ｓ第２クラッド層ｓ’ｒ、 ｐ Ｇ ａ
Ａ ｓキ＋−／ブＷＡ３Ｂが順次形成される。この後
、たとえばドライエツチングにより中央部に幅Ｗｄのリ
ッジ部を残し、その両側に適当な（リッジ部の幅Ｗｄの
１０倍以上の）間隔をあけて９幅Ｗｍの発熱部を残すよ
うに第２クラッド層３７の途中の深さまでメサエッチさ
れる。さらにメサエッチングによって取り除かれた部分
はポリイミド等の感光性樹脂により埋め込まれ、絶縁層
８９が形成される。リッジ部および発熱部の上面にはた
とえばＡｕ−Ｚｎが蒸着され、半導体レーザ部の駆動用
電極４１と発熱部の温度制御用電極４２が形成される。
また、基板３１の下面には共通電極４３としてＡｕ−Ｇ
ｅ−Ｎｉが蒸着される。
ｅ−Ｎｉが蒸着される。
この第２実施例の構造においても、駆動用電極４１から
励起電流を注入することにより、その下部の活性層３５
の部分（ハツチングで示す）でレーザ発振が起り１発光
する。また、温度制御用電極４２に温度制御電流を流す
ことにより、活性層部分の温度を変え２発振波長を変え
ることができる。
励起電流を注入することにより、その下部の活性層３５
の部分（ハツチングで示す）でレーザ発振が起り１発光
する。また、温度制御用電極４２に温度制御電流を流す
ことにより、活性層部分の温度を変え２発振波長を変え
ることができる。
第３図は第３実施例として２表面ヒータ型波長可変型半
導体レーザを示すものである。ｐ−ＧａＡｓ基板５ Ｉ
ｆに分子線エピタキシャル法により。
導体レーザを示すものである。ｐ−ＧａＡｓ基板５ Ｉ
ｆに分子線エピタキシャル法により。
ｐ−ＧａＡｓバッファ層５２． ｐ −Ａ Ｉ Ｇ
ａ Ａ ｓ″ｉｉｌクラッド層５３． Ｇ ａ Ａ ｓ
活性層５５．ｎ−Ａ１ＧａＡｓ第２クラツド層５７．ｎ
−ＧａＡｓキ＋ ツブ層５８を順次成長させる。
ａ Ａ ｓ″ｉｉｌクラッド層５３． Ｇ ａ Ａ ｓ
活性層５５．ｎ−Ａ１ＧａＡｓ第２クラツド層５７．ｎ
−ＧａＡｓキ＋ ツブ層５８を順次成長させる。
次に、半導体レーザ構造部となる中央部上にストライプ
上にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金等による保護膜を形成し、そ
の両側部分にＨｅのイオン注入などにより少なくとも基
板５１上部までを絶縁層（高抵抗層）５９にする。この
絶縁層５９の表面上にＳｉのイオン注入などにより加熱
部となる抵抗層６４を形成する。さらに上記保護膜を除
去したのち、上面全体に絶縁＠６５として窒化シリコン
をＣＶＤ法等により形成し、レーザ構造部の上、および
抵抗層６４の両端部上において絶縁膜Ｂ５をエツチング
により除去する。Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金を用いて。
上にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金等による保護膜を形成し、そ
の両側部分にＨｅのイオン注入などにより少なくとも基
板５１上部までを絶縁層（高抵抗層）５９にする。この
絶縁層５９の表面上にＳｉのイオン注入などにより加熱
部となる抵抗層６４を形成する。さらに上記保護膜を除
去したのち、上面全体に絶縁＠６５として窒化シリコン
をＣＶＤ法等により形成し、レーザ構造部の上、および
抵抗層６４の両端部上において絶縁膜Ｂ５をエツチング
により除去する。Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金を用いて。
レーザ構造部上に駆動用電極６１を、抵抗１１１Ｂ４の
両端部上に温度制御電流１２をそれぞれ形成する。また
基板５１の下面に駆動用電極６３としてＡｕ−Ｚｎ合金
を蒸着する。
両端部上に温度制御電流１２をそれぞれ形成する。また
基板５１の下面に駆動用電極６３としてＡｕ−Ｚｎ合金
を蒸着する。
この構成によれば、半導体レーザの注入電流（励起電流
）が電極６３から６１に向って半導体レーザ構造内を縦
方向に流れるのに対して、電極Ｂ２を通して加熱部（抵
抗層６４）に流れる温度制御電流は半導体レーザのスト
ライブ方向と同じでかつ表面のみに流れる。加熱部に流
れる電流はレーザ発振には全く影響を及ぼさない。また
均一に半導体レーザ構造の活性層５５に熱を伝搬するこ
とが可能となる。さらに半導体レーザとの共用部分がな
いために独立電源で加熱部を駆動可能となる。抵抗層６
４の抵抗値の・選択２Ｉ！はイオン注入量によって自在
にかつ容易にできる。
）が電極６３から６１に向って半導体レーザ構造内を縦
方向に流れるのに対して、電極Ｂ２を通して加熱部（抵
抗層６４）に流れる温度制御電流は半導体レーザのスト
ライブ方向と同じでかつ表面のみに流れる。加熱部に流
れる電流はレーザ発振には全く影響を及ぼさない。また
均一に半導体レーザ構造の活性層５５に熱を伝搬するこ
とが可能となる。さらに半導体レーザとの共用部分がな
いために独立電源で加熱部を駆動可能となる。抵抗層６
４の抵抗値の・選択２Ｉ！はイオン注入量によって自在
にかつ容易にできる。
上記実施例ではＡｉ！ＧａＡｓ系半導体レーザについて
詳述されているが、この発明は他の半導体材料を用いた
半導体レーザに適用できるのはいうまでもない。
詳述されているが、この発明は他の半導体材料を用いた
半導体レーザに適用できるのはいうまでもない。
第１図は第１実施例を示す斜視図、第２図は第２実施例
を示す断面図、第３図は第３実施例を示す一部切欠き斜
視図である。 ｌＯ・・・ヒートシンク、 １５．３５．５５・
・・活性層。 １９・・・高抵抗層、３９・・・絶縁層。 ５９・・・絶縁層（高抵抗層）。 ２２、４２．８２・・・温度制御用電極。 以 上 特許出願人 立石電機株式会社 代 理 人 弁理士 牛 久 健 司（外１名）
を示す断面図、第３図は第３実施例を示す一部切欠き斜
視図である。 ｌＯ・・・ヒートシンク、 １５．３５．５５・
・・活性層。 １９・・・高抵抗層、３９・・・絶縁層。 ５９・・・絶縁層（高抵抗層）。 ２２、４２．８２・・・温度制御用電極。 以 上 特許出願人 立石電機株式会社 代 理 人 弁理士 牛 久 健 司（外１名）
Claims (2)
- （１）半導体レーザの内部であってレーザ発振を起す活
性層部分に隣接する位置に、上記活性層部分の温度を制
御するための発熱部を形成し、この発熱部に通電するた
めの電極を半導体レーザ表面に設けたことを特徴とする
波長可変型半導体レーザ。 - （２）半導体レーザの基板を一定温度に保持する手段が
設けられている、特許請求の範囲第（１）項に記載の波
長可変型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33001487A JPH01173686A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | 波長可変型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33001487A JPH01173686A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | 波長可変型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01173686A true JPH01173686A (ja) | 1989-07-10 |
Family
ID=18227805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33001487A Pending JPH01173686A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | 波長可変型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01173686A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01225187A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-08 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| US5341391A (en) * | 1992-05-11 | 1994-08-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Variable wavelength semiconductor laser |
| JP2011507263A (ja) * | 2007-12-13 | 2011-03-03 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | 波長可変半導体レーザー装置 |
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