JPH03214683A - 波長可変半導体レーザ - Google Patents
波長可変半導体レーザInfo
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- JPH03214683A JPH03214683A JP824590A JP824590A JPH03214683A JP H03214683 A JPH03214683 A JP H03214683A JP 824590 A JP824590 A JP 824590A JP 824590 A JP824590 A JP 824590A JP H03214683 A JPH03214683 A JP H03214683A
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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〕
本発明はコヒーレン１一光通信用光源に係り、特に広い
可変波長を有する単一モード波長可変レーザに関する。
可変波長を有する単一モード波長可変レーザに関する。
従来、分布ブラッグ反射を利用した半導体レーザにおい
て、周期八の回折格子に近接した導波路の屈折率ｎを変
化させることにより、単一波長の発振状態で発振波長λ
＝ｎＡを可変とする原理に基づいた種々の構造が提案さ
れている。二の原理に基づき、波長可変幅の拡大を計っ
た公知例としては、特開平１− ７２５８３及び特開平
１− ４９２９３が挙げられる。
て、周期八の回折格子に近接した導波路の屈折率ｎを変
化させることにより、単一波長の発振状態で発振波長λ
＝ｎＡを可変とする原理に基づいた種々の構造が提案さ
れている。二の原理に基づき、波長可変幅の拡大を計っ
た公知例としては、特開平１− ７２５８３及び特開平
１− ４９２９３が挙げられる。
（２）
上記従来技術、特開平１− ７２５８３は、回折格子を
備えた屈折率制御領域の導波路を超格子構造とし、この
領域への電圧制御により屈折率変化の増大を計っていた
が、電圧印加による光吸収係数増大に伴う光損失の増大
、または発振閾値の増大が生じるという問題が考えられ
る。一方、特開平１−４９２９３のように、上記従来例
の屈折率制御領域に相当するブラッグ反射領域の導波路
に利得を有する活性層を設けた構造では、吸収損失はブ
ラッグ反射領域への電流注入によって生じる利得によっ
て補なわれるため、波長制御時の出力変動及び閾値を低
減できるが、高電流注入域ではブラッグ反射領域内で自
己発振を引き起こすという問題があり、屈折率変化を制
限する要因となっていた。
備えた屈折率制御領域の導波路を超格子構造とし、この
領域への電圧制御により屈折率変化の増大を計っていた
が、電圧印加による光吸収係数増大に伴う光損失の増大
、または発振閾値の増大が生じるという問題が考えられ
る。一方、特開平１−４９２９３のように、上記従来例
の屈折率制御領域に相当するブラッグ反射領域の導波路
に利得を有する活性層を設けた構造では、吸収損失はブ
ラッグ反射領域への電流注入によって生じる利得によっ
て補なわれるため、波長制御時の出力変動及び閾値を低
減できるが、高電流注入域ではブラッグ反射領域内で自
己発振を引き起こすという問題があり、屈折率変化を制
限する要因となっていた。
従って、本発明の目的は、上記従来技術のような問題を
解決し、波長可変幅が大きく、可変波長域内でほぼ一定
の出力が得られる波長可変半導体レーザを提供すること
にある。
解決し、波長可変幅が大きく、可変波長域内でほぼ一定
の出力が得られる波長可変半導体レーザを提供すること
にある。
上記目的を達成するために、光共振器の一部に（３）
形成した回折格子を有する領域に回折格子に近接して多
重量子井戸構造を有する導波路を設け、且つ多重量子井
戸構造を構成する材料により、障壁層の伝導帯端と井戸
層の伝導帯端のエネルギー差、ΔＥｃが井戸層の価電子
帯端と障壁層の価電子帯端のエネルギー差ΔＥｖに比べ
、大きい場合、すなわちΔＥｃ＞ΔＥｖの場合（例えば
Ｇ ａ Ａ ｓ ／ＧａＡＱＡｓ系多重量子井戸構造）
、ｐｎ接合のｎ型半導体側からｐ型半導体側に向かって
井戸幅が順次増大するように該多重量子井戸を積層した
ものである（第３図）。また、ΔＥｃ＜ΔＥｖの場合（
例えばＩｎＧａＡｓ／ ＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸
構造）、ｎ型半導体側からｐ型半導体側に向かって井戸
幅が順次減少するように該多重量子井戸を積層したもの
である（第２図）。
重量子井戸構造を有する導波路を設け、且つ多重量子井
戸構造を構成する材料により、障壁層の伝導帯端と井戸
層の伝導帯端のエネルギー差、ΔＥｃが井戸層の価電子
帯端と障壁層の価電子帯端のエネルギー差ΔＥｖに比べ
、大きい場合、すなわちΔＥｃ＞ΔＥｖの場合（例えば
Ｇ ａ Ａ ｓ ／ＧａＡＱＡｓ系多重量子井戸構造）
、ｐｎ接合のｎ型半導体側からｐ型半導体側に向かって
井戸幅が順次増大するように該多重量子井戸を積層した
ものである（第３図）。また、ΔＥｃ＜ΔＥｖの場合（
例えばＩｎＧａＡｓ／ ＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸
構造）、ｎ型半導体側からｐ型半導体側に向かって井戸
幅が順次減少するように該多重量子井戸を積層したもの
である（第２図）。
井戸幅の減少に伴い電子及び正孔の量子準位は伝導帯端
または価電子帯端から上昇し、フオトルミネセンスピー
ク波長は短波長にシフトする。従って、各井戸幅が異な
る多重量子井戸構造にキヤ（４） リャを注入し、一定のキャリャ密度にした時の利得スペ
クトルは各井戸幅が等しい従来の多重量子井戸構造に比
べ平坦な利得スペクトルとなり、ピーク利得を低く抑え
ることができる。この結果、発振閾値利得ｇｔｈ以下で
注入できるキャリャの密度は、従来の多重量子井戸に比
べ大きくできるため、プラズマ効果或いはキャリャ密度
の増加に伴う吸収端シフトに起因する屈折率変化を大き
くできる。
または価電子帯端から上昇し、フオトルミネセンスピー
ク波長は短波長にシフトする。従って、各井戸幅が異な
る多重量子井戸構造にキヤ（４） リャを注入し、一定のキャリャ密度にした時の利得スペ
クトルは各井戸幅が等しい従来の多重量子井戸構造に比
べ平坦な利得スペクトルとなり、ピーク利得を低く抑え
ることができる。この結果、発振閾値利得ｇｔｈ以下で
注入できるキャリャの密度は、従来の多重量子井戸に比
べ大きくできるため、プラズマ効果或いはキャリャ密度
の増加に伴う吸収端シフトに起因する屈折率変化を大き
くできる。
しかし、注入されたキャリャは低い量子準位に局在し易
いため、井戸幅の広い井戸にキャリャが集中し、従来の
多重量子井戸に比べ、ピーク利得を十分低く抑えること
ができないという問題がある。これに対し、キャリャが
注入される方向に対し、適正な井戸の配置を取ることに
より、異なる井戸幅の量子井戸に均一にキャリャを注入
することができる。すなわち、ΔＥｃ＞ΔＥｖの多重量
子井戸の場合、ｎ型半導体に最も近接した井戸にキャリ
ャ（電子）が局在し易いことを利用して、ｎ型半導体側
からｐ型半導体に向かって井戸幅が順（５） 次増大するように積層することにより、各量子井戸層に
均一にキャリャを注入することができる。
いため、井戸幅の広い井戸にキャリャが集中し、従来の
多重量子井戸に比べ、ピーク利得を十分低く抑えること
ができないという問題がある。これに対し、キャリャが
注入される方向に対し、適正な井戸の配置を取ることに
より、異なる井戸幅の量子井戸に均一にキャリャを注入
することができる。すなわち、ΔＥｃ＞ΔＥｖの多重量
子井戸の場合、ｎ型半導体に最も近接した井戸にキャリ
ャ（電子）が局在し易いことを利用して、ｎ型半導体側
からｐ型半導体に向かって井戸幅が順（５） 次増大するように積層することにより、各量子井戸層に
均一にキャリャを注入することができる。
また、ΔＥｖ＞ΔＥｃの多重量子井戸の場合、Ｐ型半導
体に最も近接した井戸にキャリャ（ホール）が局在し易
いため、ｐ型半導体側からｎ型半導体に向かって井戸幅
が順次増大するように積層することにより、各量子井戸
層に均一にキャリャを注入することができる。
体に最も近接した井戸にキャリャ（ホール）が局在し易
いため、ｐ型半導体側からｎ型半導体に向かって井戸幅
が順次増大するように積層することにより、各量子井戸
層に均一にキャリャを注入することができる。
従って、第４図に示すように、本発明の多重量子井戸と
従来の多重量子井戸にキャリャを注入し、等しいキャリ
ャ密度にした時、本発明の多重量子井戸の利得スペクト
ルは従来の多重量子井戸に比べ平坦化し、且つピーク利
得（最大利得）が低く抑えられる。
従来の多重量子井戸にキャリャを注入し、等しいキャリ
ャ密度にした時、本発明の多重量子井戸の利得スペクト
ルは従来の多重量子井戸に比べ平坦化し、且つピーク利
得（最大利得）が低く抑えられる。
第１図は、本発明の一実施例のレーザ光軸に平行な断面
構造である。以下、製造プロセスの概要を述べる。
構造である。以下、製造プロセスの概要を述べる。
ｎ−ＩｎＰ基板１３上に回折格子５（周期２４０ｎｍ）
を部分的に形成する。次に、ｎ − ＩｎＧａＡｓＰ（
６） ガイド層２（フオトルミネセンス波長λＰ＝１．３μｍ
、膜厚０．２μｍ）及びＩｎＧａＡｓＰ活性層１（λ，
＝１．５３μｍ，膜厚ｏ．１３μｍ）をエビタキシャル
成長する。ＩｎＧａＡｓＰ活性層１を増幅領域６だけ残
し、エッチングにより除去する。次にＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸３（膜厚０．１μｍ）をエ
ビタキシャル成長する。
を部分的に形成する。次に、ｎ − ＩｎＧａＡｓＰ（
６） ガイド層２（フオトルミネセンス波長λＰ＝１．３μｍ
、膜厚０．２μｍ）及びＩｎＧａＡｓＰ活性層１（λ，
＝１．５３μｍ，膜厚ｏ．１３μｍ）をエビタキシャル
成長する。ＩｎＧａＡｓＰ活性層１を増幅領域６だけ残
し、エッチングにより除去する。次にＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸３（膜厚０．１μｍ）をエ
ビタキシャル成長する。
ＩｎＧａＡｓ／ ＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸３は、
ΔＥｃ ：ΔＥｖ＝３：７程度であるため、第２図に示
すような構造とし、ＩｎＧａＡｓ井戸層を層厚１３０人
，１１０人，９０人，７０人，５０人の順に積層する。
ΔＥｃ ：ΔＥｖ＝３：７程度であるため、第２図に示
すような構造とし、ＩｎＧａＡｓ井戸層を層厚１３０人
，１１０人，９０人，７０人，５０人の順に積層する。
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（′λｐ＝１．１５μｍ）の膜厚
は１００人で一定とする。
は１００人で一定とする。
次に、この多重量子井戸３をＤＢＲ領域８だけを残して
エッチングにより除去し、さらにｐ一ＩｎＰクラツド層
４（層厚２．５μｍ）をエビタキシャル成長する。その
後、エッチングにより第１図の断面に平行な方向にメサ
パターンを形成しその両側をエビタキシャル成長により
埋込む。最後に、増幅領域６，位相調節領域７，ＤＢＲ
領域８（７） の各領域に独立のＰ電極１０，１１．１２及び各領域共
通のｎ電極９を形成する。
エッチングにより除去し、さらにｐ一ＩｎＰクラツド層
４（層厚２．５μｍ）をエビタキシャル成長する。その
後、エッチングにより第１図の断面に平行な方向にメサ
パターンを形成しその両側をエビタキシャル成長により
埋込む。最後に、増幅領域６，位相調節領域７，ＤＢＲ
領域８（７） の各領域に独立のＰ電極１０，１１．１２及び各領域共
通のｎ電極９を形成する。
次に本実施例の動作について述べる。本実施例は増幅領
域６側の臂開面と回折格子５を共振器両端の反射面とす
るＤＢＲレーザであり、増幅領域ｐ電極１０に電流を注
入することによってレーザ発振を行ない、ＤＢＲ領域ｐ
電極１２に電流を注入することによりブラッグ波長すな
わち発振波長を変化させ、同時に位相調節領域ｐ電極１
１に電流を注入することにより発振波長を連続的に変え
る。この結果、発振波長１．５４μｍを中心に６ｎｍの
連続波長可変幅を１０ｍＷの光出力で達成した。
域６側の臂開面と回折格子５を共振器両端の反射面とす
るＤＢＲレーザであり、増幅領域ｐ電極１０に電流を注
入することによってレーザ発振を行ない、ＤＢＲ領域ｐ
電極１２に電流を注入することによりブラッグ波長すな
わち発振波長を変化させ、同時に位相調節領域ｐ電極１
１に電流を注入することにより発振波長を連続的に変え
る。この結果、発振波長１．５４μｍを中心に６ｎｍの
連続波長可変幅を１０ｍＷの光出力で達成した。
上記発明の類似の実施例として、位相調節領域７の導波
路にも多重量子井戸３を導入してもよい。
路にも多重量子井戸３を導入してもよい。
Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ＩＩ Ａ ｓ系等の
ΔＥｃ＞ΔＥｖである多重量子井戸の場合、第３図に示
す量子井戸構造を取ることにより、第１図に示したデバ
イスと基本的に同一の構造で本発明を実施できる。
ΔＥｃ＞ΔＥｖである多重量子井戸の場合、第３図に示
す量子井戸構造を取ることにより、第１図に示したデバ
イスと基本的に同一の構造で本発明を実施できる。
以上、本発明の実施例によれば、大きな波長可（８）
変幅が得られ且つＤＢＲ領域へのキャリャ注入の増加に
伴う出力の低下及び閾値上昇が発生しないという効果が
ある。
伴う出力の低下及び閾値上昇が発生しないという効果が
ある。
〔発明の効果〕
本発明は以上説明したように、屈折率制御領域に多重量
子井戸を導入し、且つ該多重量子井戸の構造を最適化す
ることにより、従来より波長可変幅が大きく、高出力が
安定に得られる効果がある。
子井戸を導入し、且つ該多重量子井戸の構造を最適化す
ることにより、従来より波長可変幅が大きく、高出力が
安定に得られる効果がある。
また、低閾値化する結果、狭スペクトル線幅が得られる
という効果もある。
という効果もある。
第１図は本発明の一実施例になる半導体レーザの光軸に
平行な方向の断面図、第２図は、第１図に示した実施例
における多重量子井戸（ΔＥｖ）ΔＥｃ）の構造とポテ
ンシャルエネルギー分布図、第３図は本発明の他の実施
例における多重量子井戸（ΔＥｃ＞ΔＥｖ）の構造とポ
テンシャルエネルギー分布図、第４図はキャリャ注入時
の多重量子井戸の利得スペクトルである。 １・・・活性層、２・・・ガイド層、３，３′・・・多
重量子（９） 井戸層、４・・・クラツド層、５・・・回折格子、６・
増幅領域、７・・・位相調節領域、８・・・ＤＢＲ領域
、９・・・ｎ電極、１０・・・増幅領域Ｐ電極、１１・
・・位相調節領域ｐ電極、１２・・・ＤＢＲ領域ｐ電極
、１３・（１０） 第 目 Ｔ ″ｆＪ ２ 区 上 − 特開平３ ２１４６８３ （４） 第 ３ 図 拓 ４ ス
平行な方向の断面図、第２図は、第１図に示した実施例
における多重量子井戸（ΔＥｖ）ΔＥｃ）の構造とポテ
ンシャルエネルギー分布図、第３図は本発明の他の実施
例における多重量子井戸（ΔＥｃ＞ΔＥｖ）の構造とポ
テンシャルエネルギー分布図、第４図はキャリャ注入時
の多重量子井戸の利得スペクトルである。 １・・・活性層、２・・・ガイド層、３，３′・・・多
重量子（９） 井戸層、４・・・クラツド層、５・・・回折格子、６・
増幅領域、７・・・位相調節領域、８・・・ＤＢＲ領域
、９・・・ｎ電極、１０・・・増幅領域Ｐ電極、１１・
・・位相調節領域ｐ電極、１２・・・ＤＢＲ領域ｐ電極
、１３・（１０） 第 目 Ｔ ″ｆＪ ２ 区 上 − 特開平３ ２１４６８３ （４） 第 ３ 図 拓 ４ ス
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、分布ブラッグ反射鏡として働く回折格子が形成され
た導波路領域に多重量子井戸構造を設け、該導波路領域
にｐｎ接合の両端に設けた電極からキャリアを注入する
ことによつて屈折率を可変とする構成を光共振器の一部
に有する波長可変半導体レーザにおいて、該多重量子井
戸構造を構成する材料より、障壁層の伝導帯端と井戸層
の伝導帯端のエネルギー差ΔＥ＿ｃが井戸層の価電子帯
端と障壁層の価電子帯端のエネルギー差ΔＥ＿ｖに比べ
、ΔＥ＿ｃ＞ΔＥ＿ｖの場合、ｐｎ接合のｎ型半導体側
からｐ型半導体側に向かつて井戸幅が増大するように該
多重量子井戸を積層し、ΔＥ＿ｃ＜ΔＥ＿ｖの場合、ｎ
型半導体側からｐ型半導体側に向かつて井戸幅が減少す
るように該多重量子井戸を積層したことを特徴とする波
長可変半導体レーザ。 ２、請求項１記載の波長可変半導体レーザにおいて、回
折格子を形成していない導波路領域の一部に屈折率制御
領域を設け、また該屈折率制御領域に請求項１記載の多
重量子井戸構造を設けたことを特徴とする波長可変半導
体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP824590A JPH03214683A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 波長可変半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP824590A JPH03214683A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 波長可変半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03214683A true JPH03214683A (ja) | 1991-09-19 |
Family
ID=11687761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP824590A Pending JPH03214683A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 波長可変半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03214683A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2702602A1 (fr) * | 1993-03-12 | 1994-09-16 | Deveaud Pledran Benoit | Structure laser à semi-conducteur à double hétérostructure et procédé de réalisation. |
| EP0661782A1 (en) * | 1993-12-28 | 1995-07-05 | Nec Corporation | A semiconductor laser |
| JP2006203100A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザおよび光送信器モジュール |
| JP2007201281A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ |
-
1990
- 1990-01-19 JP JP824590A patent/JPH03214683A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2702602A1 (fr) * | 1993-03-12 | 1994-09-16 | Deveaud Pledran Benoit | Structure laser à semi-conducteur à double hétérostructure et procédé de réalisation. |
| EP0661782A1 (en) * | 1993-12-28 | 1995-07-05 | Nec Corporation | A semiconductor laser |
| US5636236A (en) * | 1993-12-28 | 1997-06-03 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
| JP2006203100A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザおよび光送信器モジュール |
| JP2007201281A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ |
| JP4720522B2 (ja) * | 2006-01-27 | 2011-07-13 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ |
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