JPH0992933A

JPH0992933A - 波長可変半導体レーザ

Info

Publication number: JPH0992933A
Application number: JP7266106A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yamaguchi; 昌幸山口
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-04-04
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: JP2947142B2

Abstract

(57)【要約】【目的】単一の制御電流（電圧）により波長を可変す
ることができるようにする。大きな波長変化が得られる
ようにする。【構成】電流注入によって光学的利得が発生する活性
ストライプ２と、その一端に設けられたレーザビームの
出射角を調整する光ビーム掃引器３と、光をコリメート
するための機構としてのレンズ４と、回折格子５とが半
導体基板１ａ上に集積化される。レーザ共振器は活性ス
トライプ２の一方の端部（半導体のへき開面など）と回
折格子５との間で構成される。活性ストライプ２からの
レーザ光が回折格子５に入射する角度は、光ビーム掃引
器３によりビーム角を変えることにより調整がなされ
る。ここで、光ビーム掃引器３によりビーム角度を変え
ると、活性ストライプ２に戻る光の波長が変化するた
め、発振波長を可変することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変半導体レ
ーザに関し、特に回折格子を用いて波長チューニングを
行うようにした集積化波長可変半導体レーザに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信の高速化は近年急速に進
展している。現在、その伝送速度は光の送・受信器を構
成する電気回路の帯域によって制限されてしまうほどに
なってきている。そこで、伝送速度に対する電気的速度
制約を受けることなくトータルの伝送容量を簡単に増大
でき、かつ光の持つ広帯域性を有効に活用できる手段と
して、波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されるよう
になってきている。

【０００３】また、これに関連するものとして波長分割
多重光交換システムや波長クロスコネクトシステムなど
が注目されるようになってきている。これらのシステム
では広い波長範囲で発振波長が可変の半導体レーザがキ
ーデバイスとして重要視される。要求される波長可変幅
は光ファイバ増幅器の帯域をフルに活用することを考え
て、約３０ｎｍ程度が望まれる。また、波長可変レーザ
はそれを使用する側からすれば、単一の電流または電圧
によって波長制御が可能であることが望ましい。制御電
流が二つ以上あると所望の発振波長を得るのに複雑な制
御が必要になるからである。

【０００４】広帯域な波長可変半導体レーザの代表的な
ものとしてＳＳＧ（Super Structure Grating ）半導体
レーザがある（例えば、Y. Tohmori他、１９９３年発行
の IEEE Photonics Technology Letters誌、第５巻、第
２号、１２６頁〜１２９頁）。この従来例の断面図を図
７に示す。図７に示されるように、半導体基板３１上に
は、二つの回折格子３３が刻まれその上に光ガイド層３
２が形成されている。光ガイド層３２上には、活性層３
４が形成され、その上にはクラッド層３５が形成されて
いる。回折格子３３は周期的な変調を受けており、これ
により活性領域の両側にＳＳＧ領域が形成される。活性
層３４上には電極３６が、また回折格子３３上には電極
３７が形成され、基板裏面には電極３８が形成されてい
る。これらの電極により活性領域に主電流Ｉａを注入す
るとともに、ＳＳＧ領域に制御電流Ｉｔ₁ 、Ｉｔ₂ を注
入することにより発振波長を制御している。

【０００５】これ以外にも、Ｙ−分岐半導体レーザ（M.
Kuznetsov他、１９９２年発行の IEEE Photonics Tech
nology Letters誌、第４巻、第１０、１０９３頁〜１０
９５頁）やサンプルドグレ−テイング・レーザ（V. Jay
araman他、１９９２年発行のApplied Phisics Letters
誌、第６０巻、第１９号、２３２１頁〜２３２３頁）な
どが広帯域な波長可変半導体レーザとして知られてい
る。さらに、半導体レーザの外部に設けた回折格子にレ
ーザ光を入射し、その戻り光（回折光）を受けるように
構成し、回折格子の角度を機械的に変えることによって
発振波長を変化させることも知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したＳＳＧレーザ
では、所望の波長のレーザを得るために、二つの制御電
流Ｉｔ₁ 、Ｉｔ₂ を調整しなければならない。そのた
め、制御回路が複雑になるという問題点があった。この
点は他の広帯域な集積化波長可変半導体レーザにも共通
であって、これらの従来例ではいずれも２ないしそれ以
上の制御電流を供給することが必要で制御が複雑になる
という問題があった。

【０００７】また、半導体レーザの外部に回折格子を設
けこれによりチューニングを行う波長可変方式では、半
導体レーザと外部素子（回折格子）との位置合わせに多
大の時間がかかる外、装置の小型化が困難になるという
欠点があった。よって、本発明の目的とするところは、
集積化が可能で、所望の波長を得るための制御電流また
は制御電圧が一つで済み、簡単な制御回路により広帯域
に波長を可変することのできる波長可変半導体レーザを
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による波長可変半導体レーザは、電流注入に
より光学的利得が発生する活性ストライプ（２）と、該
活性ストライプの一方の端部に設けられた反射鏡と、該
活性ストライプの他方の端部に設けられた、水平面内で
の光の進行方向を電気的に変えることができる光ビーム
掃引器（３）と、該光ビーム掃引器の出射光を伝搬させ
るスラブ光導波路（１４）と、該スラブ光導波路の先端
部に設けられた回折格子（５）と、が半導体基板（１）
上に集積化され、前記反射鏡と前記回折格子との間に共
振器が形成されていることを特徴とするのである。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明による波長可変半導体レー
ザの概略の構成を示す概念図である。同図に示されるよ
うに、本発明による波長可変半導体レーザは、電流注入
によって光学的利得が発生する活性ストライプ２と、そ
の一端に設けられたレーザビームの出射角を調整する光
ビーム掃引器３と、光をコリメートするための機構とし
てのレンズ４と、回折格子５とが半導体基板１ａ上に集
積化された構成を有している。レーザ共振器は活性スト
ライプ２の一方の端部（半導体のへき開面などで構成さ
れる）と回折格子５との間で構成される。そして、活性
ストライプ２からのレーザ光が回折格子５に入射する角
度は、光ビーム掃引器３によりビーム角を変えることに
より調整がなされる。

【００１０】ここで、回折格子５のピッチをΛ、回折格
子５の形成面に垂直な軸が活性ストライプ２の延長軸と
なす角をφ、光ビーム掃引器３からの出射ビームが活性
ストライプ２の延長線となす角度をθ、スラブ導波路
（レンズ４−回折格子間の板状導波路）の等価屈折率を
ｎ_e とすると、次の（１）式を満足する波長λの光のみ
が回折格子５によって選択的に活性ストライプ２に戻さ
れ、その結果波長λでレーザ発振する。 λ＝（２／ｍ）ｎ_e Λ sin（φーθ）（１）（ｍは整数）ここでビーム角θを変えると、（１）式よりレーザ発振
波長を変化させることができる。回折格子５の角度をφ
＝５３度、ピッチを０．３μｍとすると（等価屈折率ｎ
_e ＝３．２、ｍ＝１）、中心波長１．５３μｍに対し、
ビーム角１度の変化で約２０ｎｍの波長制御を実現でき
る。

【００１１】ビーム掃引器３は、光導波路に光伝搬方向
と垂直方向に非対称に電流を注入するかあるいは電界印
加を行うことによってビーム方向を変化させる。若しく
は、レーザ出射光を並行な複数本の光導波路に導き、こ
れら複数本の光導波路に光伝搬方向と垂直方向に非対称
に電流を注入するかあるいは電界印加を行うようにして
もよい。光をコリメートする機構としては、レンズの
外、凹面鏡と平面鏡（または凹面鏡）を組み合わせたも
のを用いることができる。あるいは、回折格子５を直線
状に形成するのに代え、凹状に形成してこれにコリメー
ト機能を持たせるようにしてもよい。また、回折格子に
ついては通常用いられている型のものを適宜使用するこ
とができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。［第１の実施例］図２は、本発明の第１の実施例の波長
可変半導体レーザを上から見た構造図である。ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１上に、活性ストライプ２と、それに接続するビ
ーム掃引器３と、ビーム掃引器３からのレーザ光をコリ
メートするレンズ部４ａと、回折格子５とが集積化され
ている。活性ストライプ２およびビーム掃引器３は、電
流注入のための電極１６、１７を有している。

【００１３】ビーム掃引器３と回折格子５との距離は１
ｍｍ、回折格子５のピッチは０．３μｍ、回折格子５の
形成面に垂直な軸が活性ストライプ２の延長軸となす角
度を５３度に設定した。活性ストライプ２の長さは４０
０μｍである。ビーム掃引器３の長さは１００μｍであ
る。活性ストライプ２のビーム掃引器３とは反対側の端
部は、半導体結晶のへき開面によって終端されている。

【００１４】図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ′線での断面
図である。図３（ａ）に示されるように、ｎ−ＩｎＰ基
板１の上に全ての領域に共通して波長組成１．２μｍの
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１１（厚さ０．１μｍ）
が形成されている。さらにその上に、活性ストライプ２
に相当する領域に波長組成１．５５μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）からなるＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層１２が、ビーム掃引器３の領域には
波長組成１．４５μｍのＩｎＧａＡｓＰチューニング層
１３（厚さ０．２μｍ）が、またレンズ部４ａから回折
格子５までの間の領域には波長組成１．２μｍのＩｎＧ
ａＡｓＰスラブ導波路層１４（厚さ０．２μｍ）がそれ
ぞれ形成されている。

【００１５】そして、それらの領域を全て覆うようにｐ
−ＩｎＰクラッド層１５（厚さ１．５μｍ）が形成され
ている。レンズ部４ａでは、スラブ導波路層１４を形成
した部分とそうでない部分との間の屈折率差と、凸曲線
をなしているレンズ部４ａの境界の形状によりレンズ効
果がもたらされている。活性ストライプ２およびビーム
掃引器３の上には電極１６、１７が設けられている。ｎ
−ＩｎＰ基板１の裏面には電極１８が形成されている。
回折格子５は、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５からスラブ導
波路層１４、光ガイド層１１を垂直に切るように形成さ
れた面に設けられている。

【００１６】図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ′線での断面
図である。ｎ−ＩｎＰ基板１上に光ガイド層１１が設け
られ、その上に幅１．５μｍの活性層１２と、それを囲
むクラッド層１５が形成されている。半導体層上にはＳ
ｉＯ₂ 膜１９が形成され、このＳｉＯ₂ 膜１９には、活
性層の直上部に相当する位置に窓が設けられており、こ
の部分でその上に形成された電極１６とのオーミックコ
ンタクトが形成されている。

【００１７】図３（ｃ）は、図２のＣ−Ｃ′線での断面
図である。ｎ−ＩｎＰ基板１の上に光ガイド層１１が形
成され、さらにその上に幅５．０μｍのチューニング層
１３と、これを囲むクラッド層１５が形成されている。
クラッド層の中央部には溝が設けられている。半導体層
上に形成されたＳｉＯ₂ 膜１９には、チューニング層１
３の中心の位置から少しずらして窓が設けられており、
その部分でその上に形成された電極１７とのオーミック
コンタクトが形成されている。その結果、電極１７から
チューニング層１３に非対称に電流注入できるようにな
っている。

【００１８】チューニング層１３への非対称な電流注入
により、チューニング層１３の内部において横方向に非
対称な屈折率分布が形成される。その結果、ビーム掃引
器３からの出射ビームは活性ストライプ２の軸とある角
度θをなして出射されることになる。

【００１９】次に、本実施例素子の製造方法について簡
単に説明する。ｎ−ＩｎＰ基板１の上に光ガイド層１１
を全面に結晶成長させる。続いて、選択ＭＯＶＰＥ（有
機金属気相成長）法により活性層１２、チューニング層
１３、スラブ導波路層１４を形成する。すなわち、ま
ず、光ガイド層１１の上にＳｉＯ₂ 膜を形成し、その後
活性ストライプ２に相当する部分のＳｉＯ₂ 膜に窓を開
け、この窓部分にのみ選択的に活性層１２を結晶成長さ
せる。

【００２０】同様に、チューニング層１３を形成すべき
領域のＳｉＯ₂ 膜に窓を開け、チューニング層を選択成
長させ、続いて、スラブ導波路層１４を形成すべき領域
のＳｉＯ₂ 膜の窓開けを行い、スラブ導波路層を成長さ
せる。その後、各領域のＳｉＯ₂ 膜の窓を広げ、活性層
１２、チューニング層１３、スラブ導波路層１４を囲む
ようにクラッド層１５を選択成長させる。最後に、通常
の電極形成プロセスを用いてＳｉＯ₂ 膜１９および電極
１６、１７、１８を形成すれば、本実施例の波長可変半
導体レーザが得られる。

【００２１】本実施例素子の活性ストライプ２に電流注
入することで発振しきい値３０ｍＡでレーザ発振が生じ
た。また、ビーム掃引器３に約１００ｍＡの電流を注入
することで、モード跳びを伴いながら２０ｎｍのレーザ
発振波長の制御が実現できた。すなわち、制御電流無注
入で１．５３μｍであった発振波長を１００ｍＡの電流
注入により１．５５μｍで発振を行わせることができ
た。本実施例素子では、ビーム掃引器３から回折格子５
側を見ると一種の反射型のフィルタとなっている訳であ
るが、このフィルタの帯域はビーム掃引器３の開口部の
広さとビーム掃引器３と回折格子５との間の距離でほぼ
決定される。ここではそれぞれ５μｍ、１ｍｍであるた
め、フィルタの半値帯域幅は約３ｎｍである。この帯域
幅は本レーザが単一モード発振するのにほぼ十分なもの
であり、そのため本素子は常に単一モードを維持した状
態で波長制御が可能である。

【００２２】［第２の実施例］図４は本発明の第２の実
施例の波長可変半導体レーザを上から見た構造図であ
る。本実施例素子は基本的には第１の実施例の素子と同
じ原理で動作する。しかし第１の実施例の素子ではビー
ム掃引器３と回折格子５との距離が１ｍｍと長いため、
デバイス長が１．５ｍｍ以上と非常に長いものになって
いた。本実施例の素子は、そのデバイス長を短くできる
特長を有する。図４において、半導体基板１の上に、活
性ストライプ２とビーム掃引器３が形成されているが、
これらの構造は第１の実施例の場合と同様である。

【００２３】本実施例では、レーザビームをコリメート
する手段として、レンズの代わりに凹面ミラー２１を用
いている。ミラー２１で折り返された光は再び平面型の
ミラー２２で折り返され回折格子５に入射する。回折格
子５のピッチおよび形成角度は第１の実施例と同じであ
る。本実施例素子では光の折り返しを利用しているた
め、ビーム掃引器３と回折格子５との間の物理的距離が
短くなり、そのためデバイス長が短くできる。第１の実
施例と同様の波長制御特性を得るためのデバイス長は約
１ｍｍにまで短くできた。

【００２４】ミラー２１および２２は、高い反射率を得
るために光導波路１１よりも深くｎ−ＩｎＰ基板１にま
で届くように垂直エッチングを行って反射面を形成し
た。更にそのエッチング面に金属を形成することで高反
射率を実現した。高反射率を得るためのこの手法は回折
格子５の形成にも有効である。本実施例素子において第
１の実施例の素子とほぼ同等の特性が得られた。即ちレ
ーザ発振しきい値電流は３０ｍＡ、１００ｍＡのチュー
ニング電流で約２０ｎｍの波長制御が実現できた。

【００２５】なお、第１、第２の実施例では、ビーム掃
引器３において電流注入のための電極を光の進行方向を
中心に一方にのみ形成したが、反対側にも第２の電極を
形成することにより波長可変幅を２倍にすることができ
る。即ち、２つの電極のいずれか一方に電流注入するこ
とで、ビームを２方向に振ることが可能になるためであ
る。また、第１、第２の実施例では、ビームをコリメー
トするためにレンズ部４ａおよび凹面ミラー２１を用い
たが、これらを用いなくても回折格子５自体に曲線性を
もたせて、回折格子５によって回折された光がビーム掃
引器３に集光されるように設計してもよい。

【００２６】［第３の実施例］図５（ａ）は、本発明の
第３の実施例の波長可変半導体レーザを上から見た図で
ある。ｎ−ＩｎＰ基板１の上に活性ストライプ２、ビー
ム掃引器３および回折格子５が形成されている。第１、
第２の実施例と比べて、本実施例素子ではレーザビーム
をコリメートする機構を必要としない。それはビーム掃
引器３がビームコリメートの機能を有しているからであ
る。活性ストライプ２の構造、回折格子５のピッチおよ
び形成角度は第１の実施例の場合と同様である。

【００２７】ビーム掃引器３は、アレイ状に配置された
複数の光導波路（ここでは１０本）と、これらの導波路
に活性ストライプ２からのレーザ光を分岐するスターカ
ップラと、それぞれの導波路に電流注入または電界印加
するための電極１７とからなる。各導波路上に形成され
ている電極部の長さは異なり、一番端の光導波路から他
方に向けて短くなっている。

【００２８】図５（ｂ）は、第３の実施例の活性ストラ
イプ２に沿った断面図（Ｄ−Ｄ′断面）である。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１の上の全面に波長組成１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰ光ガイド層１１が形成されている。その上の活性
ストライプ２に相当する部分に波長組成１．５５μｍの
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ・ＭＱＷからなる活性
層１２が、またビーム掃引器３のアレイ状光導波路に相
当する部分に波長組成１．３μｍのチューニング層１３
がそれぞれ選択的に形成されている。そして全面にｎ−
ＩｎＰクラッド層１５が形成され、更にその上の活性ス
トライプ２およびビーム掃引器３の上に電極１６および
１７が形成されている。回折格子５は光ガイド層１１よ
りも深くｎ−ＩｎＰ基板１にまで届くエッチングによっ
て形成された垂直面に形成されている。

【００２９】図５（ｃ）は、第３の実施例のビーム掃引
器３を横方向に切った断面構造（Ｅ−Ｅ′断面）図であ
る。ｎ−ＩｎＰ基板１の上に光ガイド層１１と、その上
に複数本（１０本）の導波路を形成するチューニング層
１３と、それらを取り囲むようにクラッド層１５が形成
されている。さらに半導体の上に形成されているＳｉＯ
₂ 膜１９にはチューニング層１３への電流注入のための
窓が設けられており、この窓部においてその上に形成さ
れた電極１７とのオーミックコンタクトが形成されてい
る。

【００３０】本実施例素子のビーム掃引器３では、活性
ストライプ２からの光がスターカップラによりアレイ状
の光導波路に分岐される。そして、チューニング電流を
注入しない状態において、各光導波路の出射端での光の
位相が揃うように各光導波路の長さおよび構造が最適化
されている。このように構成することにより、レンズな
どの光をコリメートするエレメントを用いなくとも、ビ
ーム掃引器３からの出射光は平行ビームとなる。

【００３１】そして、導波路上に形成されている電極部
の長さを、各導波路毎に変えて、一方の端から他方に向
けて短くなるように形成してあるために、チューニング
電流を注入した場合に生じる光の位相変化量が、一方の
端の光導波路から他方の光導波路に向けて少しづつ違っ
てくる。その結果、出射ビームは平行光を維持しつつ、
光の波面だけが傾くために光の出射方向を変化させるこ
とができる。本実施例素子でのビーム掃引器３では最も
端の導波路の電極の長さを最も長い１００μｍとし、反
対側の端の導波路において電極長がゼロになるようにし
た。

【００３２】本実施例素子のビーム掃引器３は長さ３０
０μｍで、そのうちスターカップラ部がその約半分の１
５０μｍを占める。また分岐した後の光導波路の幅は
１．５μｍ、導波路のピッチは５μｍ、ビーム掃引器３
の出射端の幅は約５０μｍとなっている。ここで導波路
ピッチをＰ、波長λ、等価屈折率をｎ_e とすると、この
タイプのビーム掃引器の最大ビーム掃引角度は次式で与
えらえる。 θ＝sin^-1 （λ／ｎ_e Ｐ）（２）上式より、本実施例素子では最大約５度の出射角度制御
が可能である。

【００３３】本実施例素子では、ビーム掃引器３から出
射し、回折格子５で回折され戻ってきた光の内、ビーム
掃引器３からの出射光と同じ角度で戻ってきた戻り光
（特定の波長の光）のみが再び活性ストライプ２に結合
して戻っていく。それ以外の戻り光は複数本ある光導波
路からスターカップラに光が入射された時点で、各導波
路からの光の位相の不整合が生じ、そのため活性ストラ
イプ２に結合して戻ることはない。その結果、特定の波
長λでレーザ発振することになる。そして、発振波長λ
は、第１、第２の実施例の素子と同様に、ビーム出射角
１度の変化に対して約２０ｎｍの波長変化を生じる。

【００３４】本実施例素子の場合、ビーム掃引器３から
回折格子５側を見たときのフィルタとしての帯域は、第
１の実施例の素子などとは異なり、ビーム掃引器３と回
折格子５との距離に殆ど依存しない。そのためこの距離
を短くでき、素子の小型化が可能である。本実施例素子
の場合、この距離は約２００μｍに設定した。フィルタ
としての半値帯域は、ビーム掃引器３の導波路の本数に
強く依存する。発明者らの研究では導波路の本数が１０
本のとき約２．５ｎｍが得られ、単一モード発振にほぼ
十分な値であることが判っている。

【００３５】本実施例素子の発振しきい値電流は４０ｍ
Ａであった。また、ビーム掃引器３に約１００ｍＡの電
流を注入することで、モード跳びを伴いながら３０ｎｍ
のレーザ発振波長の制御が実現できた。波長制御時にお
いても単一モード動作を維持しており、副モード抑圧比
として２０ｄＢが得られた。尚、本実施例ではビーム掃
引器３の導波路の数を１０としたが、基本的には２本以
上であればよい。ただし、フィルタとしての帯域幅を狭
くしてより安定で副モード抑圧比の高いレーザ発振を得
るためには、導波路の数は多いほどよい。

【００３６】［第４の実施例］図６（ａ）は、本発明の
第４の実施例の波長可変半導体レーザを上から見た構造
図である。活性ストライプ２およびビーム掃引器３の構
造および配置は第３の実施例の素子と同じである。異な
る点は、第３の実施例では、回折格子５は垂直な半導体
結晶面に形成したが、本実施例では回折格子５は水平面
内に形成した。回折格子５の方向と活性ストライプ２の
延長線がなす角度をφ₁ 、ピッチをΛ、ビームの出射角
をθ、等価屈折率をｎ_e とすると、本実施例素子のレー
ザ発振波長λは次の式で表される。 λ＝２ｎ_e Λ／ｃｏｓ（φ₁ −θ）（３）本実施例素子では回折格子のピッチ０．２μｍ、φ₁ ＝
３４度とすることで、中心波長１．５５μｍに対し、ビ
ームの出射角の変化１度に対し、１８ｎｍの発振波長制
御が実現できる。

【００３７】図６（ｂ）は、第４の実施例の素子の活性
ストライプ２およびその延長線に沿った断面構造図（Ｆ
−Ｆ′断面）である。回折格子はｎ−ＩｎＰ基板１と光
ガイド層１１との間に形成されている。本実施例素子の
発振しきい値電流は４０ｍＡであり、１００ｍＡのチュ
ーニング電流により約３０ｎｍの波長制御が実現でき
た。尚、本実施例の素子においては、回折格子５を形成
する位置は実施例で示した位置でなくともよく、例えば
クラッド層１５から光ｎ−ＩｎＰ基板１にまで届く周期
的な深い溝であってもよい。ビーム掃引器３は第１、第
２の実施例で示したような構造のものであってもよい。

【００３８】本発明の第１から第４の実施例では、波長
１．５５μｍ帯の波長可変半導体レーザについて説明し
たが、本発明は、勿論他の波長帯のレーザにも適用でき
る。その場合、回折格子５のピッチΛおよび角度φを適
当に調整すればよい。また、最大波長可変幅も回折格子
５のピッチΛおよび角度φによって変わるため、波長
１．５５μｍ帯であっても、所望の波長可変幅が得られ
るようにΛおよびφを適当に設計してよい。また、半導
体材料系もここで示したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系に限
らず他の材料系であってもよい。活性層１２はＭＱＷ構
造でなくてもバルク半導体であってもよい。また、チュ
ーニング層１３はＭＱＷ構造を有していてもよい。さら
に、本発明の実施例ではビーム掃引器３に制御電流を注
入していたが、電流注入の代わりに電圧（又は電界）を
印加してもよい。

【００３９】一般に電圧印加の場合、電流注入に比べ半
導体で生じる屈折率変化が小さいため、十分な波長制御
が得られない場合があるが、第３、第４の実施例で説明
した素子の場合、ビーム掃引器３においてそれほど大き
な屈折率変化を必要としないため電圧印加も有効であ
る。また、本発明の実施例では、活性ストライプ２のビ
ーム掃引器３とは反対側の端部は半導体結晶のへき開面
によって構成したが、この部分にｎ−ＩｎＰ基板１の水
平面内に回折格子を形成して、分布反射領域を構成して
もよい。この場合、この分布反射領域とビーム掃引器３
の先にある回折格子５との間でレーザ共振器を構成す
る。

【００４０】更に、この分布反射領域を挟んで、活性ス
トライプ２とは反対側に変調器や半導体光増幅器などを
集積することもできる。更に、上記実施例で示してきた
波長可変半導体レーザは、活性ストライプ部２の部分を
除けば波長可変光フィルタとしても動作させることがで
きる。また、活性ストライプ２の一方の端部のへき開面
に無反射コーティングを施しても波長可変フィルタとな
る。この場合には、活性ストライプに電流注入すること
で、この部分は光増幅器として機能する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による波長
可変半導体レーザは、半導体基板上に、活性ストライプ
と、光ビーム掃引器と、回折格子とを集積化したもので
あるので、単一の電流または電圧により３０ｎｍもの広
い波長範囲にわたって波長制御が可能である。単一電流
または電圧による波長制御ができるということは、実シ
ステムにおいて波長制御を容易ならしめる効果がある。
したがって、本発明によれば、波長多重光通信システム
や波長スイッチングによる光交換システム、クロスコネ
クトシステムなどに対して極めて有用な小型で制御の容
易な光源を提供することができる。また、３０ｎｍもの
広い波長可変幅は光ファイバ増幅器の波長帯域を十分カ
バーする。したがって、本発明によれば、光ファイバ増
幅器の帯域をフルに活用した波長多重通信の実現を可能
ならしめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するための概念図。

【図２】本発明の第１の実施例を示す平面図。

【図３】図２のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線およびＣ−Ｃ′
線の断面図。

【図４】本発明の第２の実施例の平面図。

【図５】本発明の第３の実施例の平面図と断面図。

【図６】本発明の第４の実施例の平面図と断面図。

【図７】従来例の断面図。

【符号の説明】

１ｎ−ＩｎＰ基板１ａ半導体基板２活性ストライプ３ビーム掃引器４レンズ４ａレンズ部５、３３回折格子１１ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１２ＩｎＧａＡｓＰ活性層１３ＩｎＧａＡｓＰチューニング層１４ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路層１５ｐ−ＩｎＰクラッド層１６、１７、１８、３６、３７、３８電極１９ＳｉＯ₂ 膜２１凹面ミラー２２ミラー３１半導体基板３２光ガイド層３４活性層３５クラッド層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電流注入により光学的利得が発生する活
性ストライプと、該活性ストライプの一方の端部に設け
られた反射鏡と、該活性ストライプの他方の端部に設け
られた、水平面内での光の進行方向を電気的に変えるこ
とができる光ビーム掃引器と、該光ビーム掃引器の出射
光を伝搬させるスラブ光導波路と、該スラブ光導波路の
先端部に設けられた回折格子と、が半導体基板上に集積
化され、前記反射鏡と前記回折格子との間に共振器が形
成されていることを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【請求項２】前記光ビーム掃引器が、光導波路層と、
該光導波路層に横方向に非対称に電流注入または電界印
加を行う手段と、を有することを特徴とする請求項１記
載の波長可変半導体レーザ。
【請求項３】前記光ビーム掃引器が、並行に配列され
た複数の光導波路と、前記活性ストライプからの出射光
を前記複数の光導波路に分配する光分配手段と、前記複
数の光導波路に光の伝搬方向と垂直方向に非対称に電流
注入または電界印加を行う手段と、を有することを特徴
とする請求項１記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項４】前記光ビーム掃引器と前記回折格子との
間に、前記光ビーム掃引器の出射光を平行光にするレン
ズまたは凹型反射鏡が配置されていることを特徴とする
請求項１、２または３記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項５】前記回折格子が、前記スラブ光導波路の
終端に半導体基板面と垂直をなす面に直線的にまたは回
折光が集光されるように凹面状に形成されていることを
特徴とする請求項１、２、３または４記載の波長可変半
導体レーザ。
【請求項６】前記回折格子が、前記スラブ光導波路に
沿って半導体基板面に平行に形成されていることを特徴
とする請求項１、２、３または４記載の波長可変半導体
レーザ。