JP2000068601A - 利得結合分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
利得結合分布帰還型半導体レーザInfo
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- JP2000068601A JP2000068601A JP10235248A JP23524898A JP2000068601A JP 2000068601 A JP2000068601 A JP 2000068601A JP 10235248 A JP10235248 A JP 10235248A JP 23524898 A JP23524898 A JP 23524898A JP 2000068601 A JP2000068601 A JP 2000068601A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は利得結合分布帰還型半導体レーザに
関し、特に簡易な作製法で利得結合構造の作製を容易に
することを可能とする分布帰還型半導体レーザの構造及
びその作製方法を提供することを目的とする。さらなる
目的は本発明のレーザを搭載した低コストで高性能動作
可能な光モジュールを提供することにある。 【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明者ら
は、同一の導電型を有し隣接する上側光ガイド層とクラ
ッド層との境界に、境界の上下の層とは反対の導電型を
有するキャリア阻止層を回折格子の周期で配置すること
によって、キャリアを周期的に変調して活性層に注入
し、これに伴う活性層における光学利得の周期的な変調
によって利得結合を誘起するという、簡易な手法で実現
する利得結合分布帰還型半導体レーザの素子構造及びそ
の作製方法を開示する。 【効果】 容易な手法で単一モード発振歩留まりの高い
分布帰還型半導体レーザを実現できる。さらに、本素子
を搭載した光モジュールの高出力動作化、高温動作を大
きく改善できる。
関し、特に簡易な作製法で利得結合構造の作製を容易に
することを可能とする分布帰還型半導体レーザの構造及
びその作製方法を提供することを目的とする。さらなる
目的は本発明のレーザを搭載した低コストで高性能動作
可能な光モジュールを提供することにある。 【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明者ら
は、同一の導電型を有し隣接する上側光ガイド層とクラ
ッド層との境界に、境界の上下の層とは反対の導電型を
有するキャリア阻止層を回折格子の周期で配置すること
によって、キャリアを周期的に変調して活性層に注入
し、これに伴う活性層における光学利得の周期的な変調
によって利得結合を誘起するという、簡易な手法で実現
する利得結合分布帰還型半導体レーザの素子構造及びそ
の作製方法を開示する。 【効果】 容易な手法で単一モード発振歩留まりの高い
分布帰還型半導体レーザを実現できる。さらに、本素子
を搭載した光モジュールの高出力動作化、高温動作を大
きく改善できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分布帰還型半導体レ
ーザに係わり、特に光通信用モジュール、光通信システ
ム、光ネットワークに用いる好適な分布帰還型半導体レ
ーザに関する。
ーザに係わり、特に光通信用モジュール、光通信システ
ム、光ネットワークに用いる好適な分布帰還型半導体レ
ーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、幹線系のみならず加入者系の通信
網の光化が急進されており、コスト、又、消費電力を低
減する観点から、温度調節器を必要とせず、広い温度範
囲で動作することが光通信用デバイスに要求されるよう
になってきた。分布帰還型半導体レーザは、基本送信デ
バイスとして実用化が進められてきたが、高速変調時の
安定な単一縦モード動作だけでなく、広い温度範囲での
動作、更に高い光出力を同時に実現することが必要不可
欠となっている。分布帰還型半導体レーザは、通常、半
導体レーザを構成する導波路の軸方向の屈折率の実部を
周期的に変調する屈折率結合により分布帰還を行う。
又、光出力を大きくする観点から、光を取り出す前方の
端面の反射率を低く、後方の端面の反射率を高くした、
非対称な端面反射率を持つ構造が用いられる。
網の光化が急進されており、コスト、又、消費電力を低
減する観点から、温度調節器を必要とせず、広い温度範
囲で動作することが光通信用デバイスに要求されるよう
になってきた。分布帰還型半導体レーザは、基本送信デ
バイスとして実用化が進められてきたが、高速変調時の
安定な単一縦モード動作だけでなく、広い温度範囲での
動作、更に高い光出力を同時に実現することが必要不可
欠となっている。分布帰還型半導体レーザは、通常、半
導体レーザを構成する導波路の軸方向の屈折率の実部を
周期的に変調する屈折率結合により分布帰還を行う。
又、光出力を大きくする観点から、光を取り出す前方の
端面の反射率を低く、後方の端面の反射率を高くした、
非対称な端面反射率を持つ構造が用いられる。
【０００３】しかし、この構造では、反射率を高くした
後方の端面と回折格子との空間的な位相差である端面位
相の影響により、安定な単一縦モード動作に必要なしき
い値利得差を広い温度範囲で十分に得ることは極めて困
難である。大きなしきい値利得差を得るには、導波路の
軸方向の屈折率の虚部、すなわち利得を変調することに
より分布帰還を行う利得結合を導入することが有効であ
り、様々な素子構造が提案されてきたが、利得結合を導
入するためには、屈折率結合型に比べて複雑な素子構造
が必要となり、また作製プロセスに高い精度が必要とな
ることから、利得結合分布帰還型半導体レーザは広く実
用化されるには至っていないのが現状である。
後方の端面と回折格子との空間的な位相差である端面位
相の影響により、安定な単一縦モード動作に必要なしき
い値利得差を広い温度範囲で十分に得ることは極めて困
難である。大きなしきい値利得差を得るには、導波路の
軸方向の屈折率の虚部、すなわち利得を変調することに
より分布帰還を行う利得結合を導入することが有効であ
り、様々な素子構造が提案されてきたが、利得結合を導
入するためには、屈折率結合型に比べて複雑な素子構造
が必要となり、また作製プロセスに高い精度が必要とな
ることから、利得結合分布帰還型半導体レーザは広く実
用化されるには至っていないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡易な作製
法で利得結合分布帰還型半導体レーザを実現する素子構
造及びその作製方法を提供することを目的とする。ま
た、これらの光素子を搭載した低コストで高性能動作可
能な光モジュールを提供することを目的とする。
法で利得結合分布帰還型半導体レーザを実現する素子構
造及びその作製方法を提供することを目的とする。ま
た、これらの光素子を搭載した低コストで高性能動作可
能な光モジュールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、同一の導電型を有し隣接する上側光
ガイド層とクラッド層との境界に、境界の上下の層とは
反対の導電型を有するキャリア阻止層を回折格子の周期
で配置することによって、キャリアを周期的に変調して
活性層に注入し、これに伴う活性層における光学利得の
周期的な変調によって利得結合を誘起するという簡易な
手法で、利得結合分布帰還型半導体レーザを実現する素
子構造、及びその作製方法を考案した。図１に波長１．
３μm帯の分布帰還型半導体レーザの設計例を示す。ｐ
型にドーピングされた上側光ガイド層１３と、同じくｐ
型にドーピングされたクラッド層１５の境界に、ｎ型に
ドーピングされたキャリア阻止層１４を回折格子の周期
で配置することにより、ｐｎ接合領域を周期的に形成す
る。このｐｎ接合領域では拡散電位が生じ、注入キャリ
アに対して障壁となる。キャリア阻止層１４と活性層１
２との距離をキャリアの拡散長より十分短くすることに
より、活性層１２には導波路の軸方向に回折格子の周期
で変調されたキャリアが注入される。これに伴い、活性
層１２における光学利得が周期的に変調され利得結合が
誘起される。屈折率結合は、クラッド層１５と、キャリ
ア阻止層１４、及び上側光ガイド層１３の上部との屈折
率差により誘起される。
に、本発明者らは、同一の導電型を有し隣接する上側光
ガイド層とクラッド層との境界に、境界の上下の層とは
反対の導電型を有するキャリア阻止層を回折格子の周期
で配置することによって、キャリアを周期的に変調して
活性層に注入し、これに伴う活性層における光学利得の
周期的な変調によって利得結合を誘起するという簡易な
手法で、利得結合分布帰還型半導体レーザを実現する素
子構造、及びその作製方法を考案した。図１に波長１．
３μm帯の分布帰還型半導体レーザの設計例を示す。ｐ
型にドーピングされた上側光ガイド層１３と、同じくｐ
型にドーピングされたクラッド層１５の境界に、ｎ型に
ドーピングされたキャリア阻止層１４を回折格子の周期
で配置することにより、ｐｎ接合領域を周期的に形成す
る。このｐｎ接合領域では拡散電位が生じ、注入キャリ
アに対して障壁となる。キャリア阻止層１４と活性層１
２との距離をキャリアの拡散長より十分短くすることに
より、活性層１２には導波路の軸方向に回折格子の周期
で変調されたキャリアが注入される。これに伴い、活性
層１２における光学利得が周期的に変調され利得結合が
誘起される。屈折率結合は、クラッド層１５と、キャリ
ア阻止層１４、及び上側光ガイド層１３の上部との屈折
率差により誘起される。
【０００６】この構造では、ウエットエッチングを用い
てリッジ型の導波路を形成する場合、組成選択エッチャ
ントを用いて、クラッド層１５のみをエッチングし、上
側光ガイド層１３の上部でエッチングを停止させること
が可能となる。そのため、エッチング停止層をキャリア
阻止層１４上部のクラッド層１５中に設置する必要が生
じない。従って、リッジ導波路の底面と活性層１２との
距離を短くすることが可能となり、これに伴い、キャリ
アの横方向拡散が低減し、活性層１２にキャリアが効率
良く注入される。その結果、低しきい値電流が実現す
る。
てリッジ型の導波路を形成する場合、組成選択エッチャ
ントを用いて、クラッド層１５のみをエッチングし、上
側光ガイド層１３の上部でエッチングを停止させること
が可能となる。そのため、エッチング停止層をキャリア
阻止層１４上部のクラッド層１５中に設置する必要が生
じない。従って、リッジ導波路の底面と活性層１２との
距離を短くすることが可能となり、これに伴い、キャリ
アの横方向拡散が低減し、活性層１２にキャリアが効率
良く注入される。その結果、低しきい値電流が実現す
る。
【０００７】尚、この構造は、光ガイド層、及びクラッ
ド層の一部の導電型を反転させることにより実現が可能
であるため、従来の屈折率結合分布帰還型半導体レーザ
と、同一の工程で作製が可能である。
ド層の一部の導電型を反転させることにより実現が可能
であるため、従来の屈折率結合分布帰還型半導体レーザ
と、同一の工程で作製が可能である。
【０００８】以上の議論に基づく本発明の（利得結合）
分布帰還型共振器を有する半導体レーザは、次のような
特徴的な構造を有する。
分布帰還型共振器を有する半導体レーザは、次のような
特徴的な構造を有する。
【０００９】まず、第１の導電型と第１の混晶系の半導
体基板上の積層方向に、第１の導電型と第１の混晶系の
バッファ層、第１の導電型と第２の混晶系の下側光ガイ
ド層、活性層、第２の導電型と第２の混晶系の上側光ガ
イド層、及び第２の導電型と第１の混晶系のクラッド層
を有し、且つ上側光ガイド層に底面を接し、又、クラッ
ド層に上面を接して、第１と第２の領域が、光の進行方
向に、周期的に交互に配置されることにより回折格子層
が形成されたレーザ共振器構造において、上記第１の領
域が第２の導電型と第１の混晶系であり、また、上記第
２の領域が少なくとも上側光ガイド層に底面を接した第
２の導電型と第２の混晶系及びクラッド層に上面を接し
た第１の導電型と第１の混晶系により構成される。
体基板上の積層方向に、第１の導電型と第１の混晶系の
バッファ層、第１の導電型と第２の混晶系の下側光ガイ
ド層、活性層、第２の導電型と第２の混晶系の上側光ガ
イド層、及び第２の導電型と第１の混晶系のクラッド層
を有し、且つ上側光ガイド層に底面を接し、又、クラッ
ド層に上面を接して、第１と第２の領域が、光の進行方
向に、周期的に交互に配置されることにより回折格子層
が形成されたレーザ共振器構造において、上記第１の領
域が第２の導電型と第１の混晶系であり、また、上記第
２の領域が少なくとも上側光ガイド層に底面を接した第
２の導電型と第２の混晶系及びクラッド層に上面を接し
た第１の導電型と第１の混晶系により構成される。
【００１０】上述の構造において、上記第１の混晶系と
して２元混晶系、及び第２の混晶系として４元混晶系を
用いるとよく、また、上側光ガイド層及び上側光ガイド
層と同一の混晶系の回折格子層を底面としてリッジ状の
導波路を形成してもよい。また、上記リッジ（リッジ状
導波路）の両側の側壁を閃亜鉛型結晶の（１１１）Ａ結
晶面としてもよい。また、上記リッジ両側の側壁を（０
１−１）結晶面としてもよい。
して２元混晶系、及び第２の混晶系として４元混晶系を
用いるとよく、また、上側光ガイド層及び上側光ガイド
層と同一の混晶系の回折格子層を底面としてリッジ状の
導波路を形成してもよい。また、上記リッジ（リッジ状
導波路）の両側の側壁を閃亜鉛型結晶の（１１１）Ａ結
晶面としてもよい。また、上記リッジ両側の側壁を（０
１−１）結晶面としてもよい。
【００１１】以上に記した本発明の分布帰還型半導体レ
ーザ構造にて、上記第１の導電型をｎ型に、第２の導電
型をｐ型に夫々設定するとよい。また、これらの規格化
利得結合係数が負であり、その絶対値が０．１以上、且
つ規格化屈折率結合係数が１以上であるように分布帰還
型半導体レーザを構成してもよい。さらに、上記半導体
レーザ素子の光を取り出す方向を前方とするとき、前方
の端面の反射率を０．０５以下、後方の端面の反射率が
０．３以上０．９５以下に夫々設定してもよい。
ーザ構造にて、上記第１の導電型をｎ型に、第２の導電
型をｐ型に夫々設定するとよい。また、これらの規格化
利得結合係数が負であり、その絶対値が０．１以上、且
つ規格化屈折率結合係数が１以上であるように分布帰還
型半導体レーザを構成してもよい。さらに、上記半導体
レーザ素子の光を取り出す方向を前方とするとき、前方
の端面の反射率を０．０５以下、後方の端面の反射率が
０．３以上０．９５以下に夫々設定してもよい。
【００１２】そして、以上に述べた本発明の分布帰還型
半導体レーザを少なくとも光を集光するための光学レン
ズ並びに光を外部に導く光ファイバとともに一体化して
光モジュールを構成してもよい。
半導体レーザを少なくとも光を集光するための光学レン
ズ並びに光を外部に導く光ファイバとともに一体化して
光モジュールを構成してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図２
と図３を用いて説明する。
と図３を用いて説明する。
【００１４】＜実施の形態１＞図２は本発明を用いて波
長１．３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザを作製した例
である。図２Ａに示すように、ｎ型（１００）ＩｎＰ半
導体基板１０１上に有機金属気相成長法によりｎ型Ｉｎ
Ｐ（ドーピング濃度１×１０18ｃｍ-1）バッファ層１．
０μｍ１０２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層（組
成波長１．０５μｍ、ドーピング濃度１×１０18ｃ
ｍ-1）０．１μｍ１０３、７周期の多重量子井戸活性層
（６ｎｍ厚の１％圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．
４μｍ）井戸層、１２ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（組成波
長１．０５μｍ）障壁層）１０４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
（組成波長１．０５μｍ、ドーピング濃度４×１０17ｃ
ｍ-1）上側光ガイド層０．０５μｍ１０５、ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ（組成波長１．０５μｍ、ドーピング濃度３×
１０18ｃｍ-1）キャリア阻止層０．０２μｍ１０６、ｎ
型ＩｎＰ（ドーピング濃度３×１０18ｃｍ-1）キャップ
層０．０１μｍ１０７を順次形成する。多重量子井戸活
性層１０４の発光波長は約１．３１μｍである。
長１．３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザを作製した例
である。図２Ａに示すように、ｎ型（１００）ＩｎＰ半
導体基板１０１上に有機金属気相成長法によりｎ型Ｉｎ
Ｐ（ドーピング濃度１×１０18ｃｍ-1）バッファ層１．
０μｍ１０２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層（組
成波長１．０５μｍ、ドーピング濃度１×１０18ｃ
ｍ-1）０．１μｍ１０３、７周期の多重量子井戸活性層
（６ｎｍ厚の１％圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．
４μｍ）井戸層、１２ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（組成波
長１．０５μｍ）障壁層）１０４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
（組成波長１．０５μｍ、ドーピング濃度４×１０17ｃ
ｍ-1）上側光ガイド層０．０５μｍ１０５、ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ（組成波長１．０５μｍ、ドーピング濃度３×
１０18ｃｍ-1）キャリア阻止層０．０２μｍ１０６、ｎ
型ＩｎＰ（ドーピング濃度３×１０18ｃｍ-1）キャップ
層０．０１μｍ１０７を順次形成する。多重量子井戸活
性層１０４の発光波長は約１．３１μｍである。
【００１５】次に、図２Ｂに示すように干渉露光法とウ
エットエッチングを用いて周期２００ｎｍの回折格子を
基板全面に形成する。回折格子の深さは約６０ｎｍと
し、回折格子がキャップ層１０７、キャリア阻止層１０
６を貫通し、上側光ガイド層１０５に達するようにす
る。
エットエッチングを用いて周期２００ｎｍの回折格子を
基板全面に形成する。回折格子の深さは約６０ｎｍと
し、回折格子がキャップ層１０７、キャリア阻止層１０
６を貫通し、上側光ガイド層１０５に達するようにす
る。
【００１６】続いて、有機金属気相成長法によりｐ型Ｉ
ｎＰ（ドーピング濃度７×１０17ｃｍ-1）クラッド層
１．７μｍ１０８、高濃度ｐ型ＩｎＧａＡｓ（ドーピン
グ濃度１×１０19ｃｍ-1）コンタクト層０．２μｍ１０
９を順次形成する。
ｎＰ（ドーピング濃度７×１０17ｃｍ-1）クラッド層
１．７μｍ１０８、高濃度ｐ型ＩｎＧａＡｓ（ドーピン
グ濃度１×１０19ｃｍ-1）コンタクト層０．２μｍ１０
９を順次形成する。
【００１７】この結果、図２Ｃに示すようにキャリア阻
止層１０６、キャップ層１０７が、上側光ガイド層１０
５及びクラッド層１０８に周期的に埋め込めれる。ここ
で、周期的に埋め込まれた層の導電型が周囲の層の導電
型と逆となるため、ｐｎ接合が形成される。このｐｎ接
合領域では拡散電位が生じるため、この拡散電位がキャ
リアに対して障壁となる。キャリア阻止層１０６と、圧
縮歪多重量子井戸活性層１０４との距離をキャリアの拡
散長より十分短くすることにより、圧縮歪多重量子井戸
活性層１０４には導波路の軸方向に回折格子の周期で変
調されたキャリアが注入される。軸方向に変調されたキ
ャリアの注入に伴い、圧縮歪多重量子井戸活性層１０４
における光学利得が回折格子の周期で変調され利得結合
が誘起される。
止層１０６、キャップ層１０７が、上側光ガイド層１０
５及びクラッド層１０８に周期的に埋め込めれる。ここ
で、周期的に埋め込まれた層の導電型が周囲の層の導電
型と逆となるため、ｐｎ接合が形成される。このｐｎ接
合領域では拡散電位が生じるため、この拡散電位がキャ
リアに対して障壁となる。キャリア阻止層１０６と、圧
縮歪多重量子井戸活性層１０４との距離をキャリアの拡
散長より十分短くすることにより、圧縮歪多重量子井戸
活性層１０４には導波路の軸方向に回折格子の周期で変
調されたキャリアが注入される。軸方向に変調されたキ
ャリアの注入に伴い、圧縮歪多重量子井戸活性層１０４
における光学利得が回折格子の周期で変調され利得結合
が誘起される。
【００１８】次に、組成選択性のないエッチャントを用
いてコンタクト層１０９、及びクラッド層１０８の一部
を横幅４μｍにエッチングした後、臭化水素酸と隣酸を
混合した組成選択エッチャントを用いてクラッド層１０
８のみをエッチングすることにより、キャリア阻止層１
０６、及び上側光ガイド層１０５を底面とし、又、（１
１１）Ａ結晶面を側壁とする、横幅約２μｍのリッジ導
波路型レーザ構造に加工形成する。その後、上部電極１
１０、下部電極１１１を形成する。図２Ｄに示すように
へき開工程により素子長３００μｍの素子に切り出した
後、光を取り出す方向の前方の端面に反射率約１％の低
反射膜１１２を形成し、また同様に、後方の端面に反射
率約９０％の高反射膜１１３を形成する。
いてコンタクト層１０９、及びクラッド層１０８の一部
を横幅４μｍにエッチングした後、臭化水素酸と隣酸を
混合した組成選択エッチャントを用いてクラッド層１０
８のみをエッチングすることにより、キャリア阻止層１
０６、及び上側光ガイド層１０５を底面とし、又、（１
１１）Ａ結晶面を側壁とする、横幅約２μｍのリッジ導
波路型レーザ構造に加工形成する。その後、上部電極１
１０、下部電極１１１を形成する。図２Ｄに示すように
へき開工程により素子長３００μｍの素子に切り出した
後、光を取り出す方向の前方の端面に反射率約１％の低
反射膜１１２を形成し、また同様に、後方の端面に反射
率約９０％の高反射膜１１３を形成する。
【００１９】作製した１．３μm帯の利得結合分布帰還
型半導体レーザ素子は、室温、連続条件においてしきい
値電流１０ｍＡ、発光効率０．４Ｗ／Ａであった。また
９０°Ｃの高温においても、しきい値電流３０ｍＡ、発
光効率０．２Ｗ／Ａと良好な発振特性を得た。発振しき
い値以下に順方向電流を注入した場合の、光出力スペク
トル形状を図２Ｅに示した。この光出力スペクトルから
公知の方法により規格化利得結合係数を測定した結果、
−０．１５が得られた。又、規格化屈折率結合係数は、
２であった。利得結合が導入された結果、大きなしきい
値利得差が得られ、−４０°Ｃから９０°Ｃの温度範囲
において、副モード抑圧比４０ｄＢ以上の安定な単一縦
モード動作を７０％以上の高い作製歩留りで実現した。
本構造は１．３μｍ帯のみならず、１．５５μｍ帯や他
の波長帯の分布帰還型半導体レーザにも適用可能であ
る。
型半導体レーザ素子は、室温、連続条件においてしきい
値電流１０ｍＡ、発光効率０．４Ｗ／Ａであった。また
９０°Ｃの高温においても、しきい値電流３０ｍＡ、発
光効率０．２Ｗ／Ａと良好な発振特性を得た。発振しき
い値以下に順方向電流を注入した場合の、光出力スペク
トル形状を図２Ｅに示した。この光出力スペクトルから
公知の方法により規格化利得結合係数を測定した結果、
−０．１５が得られた。又、規格化屈折率結合係数は、
２であった。利得結合が導入された結果、大きなしきい
値利得差が得られ、−４０°Ｃから９０°Ｃの温度範囲
において、副モード抑圧比４０ｄＢ以上の安定な単一縦
モード動作を７０％以上の高い作製歩留りで実現した。
本構造は１．３μｍ帯のみならず、１．５５μｍ帯や他
の波長帯の分布帰還型半導体レーザにも適用可能であ
る。
【００２０】＜実施の形態２＞図３は実施の形態２の分
布帰還型半導体レーザ２０１をヒートシンク２０２上に
実装した後、光学レンズ２０３、後端面光出力モニタ用
のフォトダイオード２０４と光ファイバ２０５とを一体
化したモジュールの構造図である。室温、連続条件にお
いてしきい値電流１０ｍＡ、発光効率０．１６Ｗ／Ａで
あった。また９０°Ｃの高温においても、しきい値電流
２５ｍＡ、発光効率０．０８Ｗ／Ａと良好な発振特性を
得た。利得結合が導入されたことに伴い、−４０°Ｃか
ら９０°Ｃの温度範囲において、副モード抑圧比４０ｄ
Ｂ以上の安定な単一縦モード動作を７０％以上の高い作
製歩留りで実現した。本レーザでは規格化光結合係数を
２以上と高く設定できるため、モジュール実装での最大
の課題であるファイバ端からの戻り光による発振特性の
劣化は全く起こらなかった。
布帰還型半導体レーザ２０１をヒートシンク２０２上に
実装した後、光学レンズ２０３、後端面光出力モニタ用
のフォトダイオード２０４と光ファイバ２０５とを一体
化したモジュールの構造図である。室温、連続条件にお
いてしきい値電流１０ｍＡ、発光効率０．１６Ｗ／Ａで
あった。また９０°Ｃの高温においても、しきい値電流
２５ｍＡ、発光効率０．０８Ｗ／Ａと良好な発振特性を
得た。利得結合が導入されたことに伴い、−４０°Ｃか
ら９０°Ｃの温度範囲において、副モード抑圧比４０ｄ
Ｂ以上の安定な単一縦モード動作を７０％以上の高い作
製歩留りで実現した。本レーザでは規格化光結合係数を
２以上と高く設定できるため、モジュール実装での最大
の課題であるファイバ端からの戻り光による発振特性の
劣化は全く起こらなかった。
【００２１】＜実施の形態３＞図４は実施の形態１の半
導体レ−ザを光ファイバが装着されたシリコン基板上に
実装した、光モジュールを作製した例である。（１０
０）シリコン基板３０１の一部分に形成されたＶ型溝３
０２に光ファイバ３０３を固定し、ファイバ端面部に実
施の形態１の波長１．３μｍの半導体レーザ３０４およ
びレーザの光出力モニタ用の導波路型受光素子３０５を
ジャンクションダウン実装する。レーザ、光ファイバ間
およびレーザ、受光素子間の光軸位置合わせにはシリコ
ン基板３０１、半導体レーザ３０４、受光素子３０５に
各々設けられた位置決め用のマーカを用いた。室温、連
続条件においてしきい値電流１０ｍＡ、発光効率０．１
６Ｗ／Ａであった。また９０°Ｃの高温においても、し
きい値電流２５ｍＡ、発光効率０．０８Ｗ／Ａと良好な
発振特性を得た。利得結合が導入されたことに伴い、−
４０°Ｃから９０°Ｃの温度範囲において、副モード抑
圧比４０ｄＢ以上の安定な単一縦モード動作を７０％以
上の高い作製歩留りで実現した。本レーザでは規格化光
結合係数を２以上と高く設定できるため、モジュール実
装での最大の課題であるファイバ端からの戻り光による
発振特性の劣化は全く起こらなかった。
導体レ−ザを光ファイバが装着されたシリコン基板上に
実装した、光モジュールを作製した例である。（１０
０）シリコン基板３０１の一部分に形成されたＶ型溝３
０２に光ファイバ３０３を固定し、ファイバ端面部に実
施の形態１の波長１．３μｍの半導体レーザ３０４およ
びレーザの光出力モニタ用の導波路型受光素子３０５を
ジャンクションダウン実装する。レーザ、光ファイバ間
およびレーザ、受光素子間の光軸位置合わせにはシリコ
ン基板３０１、半導体レーザ３０４、受光素子３０５に
各々設けられた位置決め用のマーカを用いた。室温、連
続条件においてしきい値電流１０ｍＡ、発光効率０．１
６Ｗ／Ａであった。また９０°Ｃの高温においても、し
きい値電流２５ｍＡ、発光効率０．０８Ｗ／Ａと良好な
発振特性を得た。利得結合が導入されたことに伴い、−
４０°Ｃから９０°Ｃの温度範囲において、副モード抑
圧比４０ｄＢ以上の安定な単一縦モード動作を７０％以
上の高い作製歩留りで実現した。本レーザでは規格化光
結合係数を２以上と高く設定できるため、モジュール実
装での最大の課題であるファイバ端からの戻り光による
発振特性の劣化は全く起こらなかった。
【００２２】
【発明の効果】本発明に係る半導体発光素子を用いるこ
とにより、広い温度範囲で安定な単一縦モード動作が可
能な高出力分布帰還型半導体レーザやこれを搭載した光
モジュールを極めて容易な手法で実現できる。本発明を
用いれば、素子性能、歩留まりが飛躍的に向上するだけ
でなく、この素子を適用した光通信システムの低価格
化、大容量化、長距離化を容易に実現できる。
とにより、広い温度範囲で安定な単一縦モード動作が可
能な高出力分布帰還型半導体レーザやこれを搭載した光
モジュールを極めて容易な手法で実現できる。本発明を
用いれば、素子性能、歩留まりが飛躍的に向上するだけ
でなく、この素子を適用した光通信システムの低価格
化、大容量化、長距離化を容易に実現できる。
【図１】本発明の作用を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例を説明するための図である。
１１…ｎ型（１００）ＩｎＰ半導体基板、１２…活性
層、１３…ｐ型上側光ガイド層、１４…ｎ型キャリア阻
止層、１５…ｐ型クラッド層、１６…上部電極、１７下
部電極、１８…低反射膜、１９…高反射膜、１０１…ｎ
型（１００）ＩｎＰ半導体基板、１０２…バッファ層、
１０３…下側光ガイド層、１０４…圧縮歪多重量子井戸
活性層、１０５…上側光ガイド層、１０６…キャリア阻
止層、１０７…キャップ層、１０８…クラッド層、１０
９…コンタクト層、１１０…上部電極、１１１…下部電
極、１１２…低反射膜、１１３…高反射膜、２０１…分
布帰還型半導体レーザ、２０２…ヒートシンク、２０３
…光学レンズ、２０４…モニタフォトダイオード、２０
５…光ファイバ、３０１…（１００）シリコン基板、３
０２…Ｖ型溝、３０３…光ファイバ、３０４…半導体レ
ーザ、３０５…導波路型受光素子。
層、１３…ｐ型上側光ガイド層、１４…ｎ型キャリア阻
止層、１５…ｐ型クラッド層、１６…上部電極、１７下
部電極、１８…低反射膜、１９…高反射膜、１０１…ｎ
型（１００）ＩｎＰ半導体基板、１０２…バッファ層、
１０３…下側光ガイド層、１０４…圧縮歪多重量子井戸
活性層、１０５…上側光ガイド層、１０６…キャリア阻
止層、１０７…キャップ層、１０８…クラッド層、１０
９…コンタクト層、１１０…上部電極、１１１…下部電
極、１１２…低反射膜、１１３…高反射膜、２０１…分
布帰還型半導体レーザ、２０２…ヒートシンク、２０３
…光学レンズ、２０４…モニタフォトダイオード、２０
５…光ファイバ、３０１…（１００）シリコン基板、３
０２…Ｖ型溝、３０３…光ファイバ、３０４…半導体レ
ーザ、３０５…導波路型受光素子。
フロントページの続き (72)発明者 古森 正明 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大家 彰 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 魚見 和久 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA45 AA51 AA63 AA74 AA83 AB27 AB28 CA12 CB10 DA22 FA05 FA07 FA08 FA13 FA23 5K002 BA02 BA07 BA13 BA31 CA11 FA01
Claims (9)
- 【請求項１】第１の導電型と第１の混晶系の半導体基板
上の積層方向に、第１の導電型と第１の混晶系のバッフ
ァ層、第１の導電型と第２の混晶系の下側光ガイド層、
活性層、第２の導電型と第２の混晶系の上側光ガイド
層、及び第２の導電型と第１の混晶系のクラッド層を有
し、且つ上側光ガイド層に底面を接し、又、クラッド層
に上面を接して、第１と第２の領域が、光の進行方向
に、周期的に交互に配置されることにより回折格子層が
形成された構造において、第１の領域が、第２の導電型
と第１の混晶系であり、又、第２の領域が、少なくと
も、上側光ガイド層に底面を接した第２の導電型と第２
の混晶系、及び、クラッド層に上面を接した第１の導電
型と第１の混晶系により構成されていることを特徴とす
る分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項２】請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ
の構造において、第１の混晶系として２元混晶系、及び
第２の混晶系として４元混晶系を用いることを特徴とす
る分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項３】上側光ガイド層、及び、上側光ガイド層と
同一の混晶系の回折格子層を底面としてリッジ導波路が
形成されていることを特徴とする請求項１から２に記載
の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項４】リッジ両側の側壁が（１１１）Ａ結晶面で
あることを特徴とする請求項第１から３に記載の分布帰
還型半導体レーザ。 - 【請求項５】リッジ両側の側壁が（０１−１）結晶面で
あることを特徴とする請求項１から３に記載の半導体導
波路型光素子。 - 【請求項６】請求項１から６に記載の分布帰還型半導体
レーザの構造において、第１の導電型としてｎ型、及び
第２の導電型としてｐ型を用いることを特徴とする分布
帰還型半導体レーザ。 - 【請求項７】規格化利得結合係数が負であり、その絶対
値が０．１以上、且つ規格化屈折率結合係数が１以上で
あることを特徴とした請求項１から６に記載の分布帰還
型半導体レーザ。 - 【請求項８】光を取り出す方向を前方とするとき、前方
の端面の反射率が０．０５以下、且つ後方の端面の反射
率が０．３以上０．９５以下であることを特徴とした請
求項１から７に記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項９】少なくとも光を集光するための光学レンズ
と光を外部に導く光ファイバと請求光１から８に記載の
分布帰還型半導体レーザとを一体化した光モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10235248A JP2000068601A (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 利得結合分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10235248A JP2000068601A (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 利得結合分布帰還型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068601A true JP2000068601A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=16983278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10235248A Pending JP2000068601A (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 利得結合分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000068601A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019096025A1 (zh) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | 苏州大学张家港工业技术研究院 | 连续光泵浦的聚合物激光器及其制备方法 |
| WO2022044337A1 (ja) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | 日本電信電話株式会社 | 光送信装置、光アクセスシステム及び光送信方法 |
-
1998
- 1998-08-21 JP JP10235248A patent/JP2000068601A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019096025A1 (zh) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | 苏州大学张家港工业技术研究院 | 连续光泵浦的聚合物激光器及其制备方法 |
| US10879670B2 (en) | 2017-11-15 | 2020-12-29 | Soochow University | Continuous-wave pumped polymer laser and preparation method thereof |
| WO2022044337A1 (ja) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | 日本電信電話株式会社 | 光送信装置、光アクセスシステム及び光送信方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040329 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040629 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060911 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060919 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070130 |