JP2000223784A - 波長安定化半導体レーザー - Google Patents
波長安定化半導体レーザーInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】温度が変動しても光導波路の等価屈折率変化の
小さい或は等価屈折率がほぼ一定に保たれ、波長変化の
小さい半導体レーザーである。 【解決手段】半導体レーザーを構成する半導体層２１〜
２４、４１、５１において、少なくともレーザー光が存
在する領域に配置された半導体層２１〜２４、４１、５
１の屈折率の温度係数の絶対値がすべて、発振可能な波
長に対して１０−５Ｋ−１以下、特にはゼロである。
小さい或は等価屈折率がほぼ一定に保たれ、波長変化の
小さい半導体レーザーである。 【解決手段】半導体レーザーを構成する半導体層２１〜
２４、４１、５１において、少なくともレーザー光が存
在する領域に配置された半導体層２１〜２４、４１、５
１の屈折率の温度係数の絶対値がすべて、発振可能な波
長に対して１０−５Ｋ−１以下、特にはゼロである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重光通信シ
ステムの光源等として使用され得る温度変化に対して波
長変化の小さい或は波長がほぼ一定に保たれる波長安定
化半導体レーザーに関するものである。
ステムの光源等として使用され得る温度変化に対して波
長変化の小さい或は波長がほぼ一定に保たれる波長安定
化半導体レーザーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄ
ｅ， ＬＤ）は、周囲の温度によって、その発振波長が
変動する。これは、温度によって、原子間隔が変わると
同時に格子振動の大きさが変わるために、エネルギーバ
ンドと屈折率が変化するためである。ここで、一般に、
バンドギャップが広くなれば、屈折率が小さくなる。
ｅ， ＬＤ）は、周囲の温度によって、その発振波長が
変動する。これは、温度によって、原子間隔が変わると
同時に格子振動の大きさが変わるために、エネルギーバ
ンドと屈折率が変化するためである。ここで、一般に、
バンドギャップが広くなれば、屈折率が小さくなる。
【０００３】導波型のファブリ・ペローＬＤは、利得ス
ペクトルの中に多数の共振モード（縦モード）を持ち、
共振モードの中で利得ピークに最も近い波長で発振す
る。この共振波長は光導波路の等価屈折率に比例し、利
得ピークはエネルギーバンドの形によって変化する。し
たがって、ファブリ・ペローＬＤの発振波長はエネルギ
ーバンドと屈折率の両方の影響を受ける。
ペクトルの中に多数の共振モード（縦モード）を持ち、
共振モードの中で利得ピークに最も近い波長で発振す
る。この共振波長は光導波路の等価屈折率に比例し、利
得ピークはエネルギーバンドの形によって変化する。し
たがって、ファブリ・ペローＬＤの発振波長はエネルギ
ーバンドと屈折率の両方の影響を受ける。
【０００４】一方、ＤＦＢ−ＬＤの発振波長は、両端面
の反射が無視できるほど小さければ、内蔵した回折格子
のピッチと光導波路の等価屈折率で決まる。すなわち、
利得ピークの波長とは関係がない。したがって、屈折率
の影響のみを受ける。もちろん、利得ピークと共振波長
との差が大きく、共振波長で発振しきい利得に達しなけ
れば発振しない。しかし、発振波長が利得ピークの波長
の影響を受けるわけではない。この事情はＤＢＲ−ＬＤ
でもほぼ同じである。
の反射が無視できるほど小さければ、内蔵した回折格子
のピッチと光導波路の等価屈折率で決まる。すなわち、
利得ピークの波長とは関係がない。したがって、屈折率
の影響のみを受ける。もちろん、利得ピークと共振波長
との差が大きく、共振波長で発振しきい利得に達しなけ
れば発振しない。しかし、発振波長が利得ピークの波長
の影響を受けるわけではない。この事情はＤＢＲ−ＬＤ
でもほぼ同じである。
【０００５】さて、情報容量の増大に伴って、光ファイ
バー通信は、幹線系だけでなく家庭など加入者系でも使
われるようになってきている。このため、光源である半
導体レーザーが使用される環境は、大きな温度変化があ
るなど、幹線系と比べて過酷になってきている。さら
に、コストダウンの面からは、温度コントローラなしで
半導体レーザーを使用したいという要求も高まってい
る。
バー通信は、幹線系だけでなく家庭など加入者系でも使
われるようになってきている。このため、光源である半
導体レーザーが使用される環境は、大きな温度変化があ
るなど、幹線系と比べて過酷になってきている。さら
に、コストダウンの面からは、温度コントローラなしで
半導体レーザーを使用したいという要求も高まってい
る。
【０００６】また、情報容量を増大する１つの方法とし
て波長多重伝送があるが、波長多重伝送では波長を精密
に安定化することが必要となる。したがって、加入者系
で波長多重伝送が広く利用されるためには、過酷な温度
変動のある環境でも波長の安定な半導体レーザーが必要
である。このような波長安定化レーザーを提案した文献
としては、たとえば、特開平９−２１９５６１号公報が
ある。
て波長多重伝送があるが、波長多重伝送では波長を精密
に安定化することが必要となる。したがって、加入者系
で波長多重伝送が広く利用されるためには、過酷な温度
変動のある環境でも波長の安定な半導体レーザーが必要
である。このような波長安定化レーザーを提案した文献
としては、たとえば、特開平９−２１９５６１号公報が
ある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
提案では、バンドギャップが温度に対して変化しない材
料、すなわち屈折率が温度に対して変化しない材料を活
性層と光ガイド層に用いていた。しかし、レーザー光
は、基板やクラッド層にも染み出しているため、温度が
変動する際に光導波路の等価屈折率を一定に保つことは
不可能であるという欠点があった。また、バンドギャッ
プが温度によって変化しないことから、温度上昇ととも
にキャリアのオーバーフローが生じ、そのため発振しき
い電流が増加するという欠点もあった。
提案では、バンドギャップが温度に対して変化しない材
料、すなわち屈折率が温度に対して変化しない材料を活
性層と光ガイド層に用いていた。しかし、レーザー光
は、基板やクラッド層にも染み出しているため、温度が
変動する際に光導波路の等価屈折率を一定に保つことは
不可能であるという欠点があった。また、バンドギャッ
プが温度によって変化しないことから、温度上昇ととも
にキャリアのオーバーフローが生じ、そのため発振しき
い電流が増加するという欠点もあった。
【０００８】本発明の目的は、温度が変動しても光導波
路の等価屈折率変化の小さい或は等価屈折率がほぼ一定
に保たれ、波長変化の小さい半導体レーザーを提供する
ことにある。
路の等価屈折率変化の小さい或は等価屈折率がほぼ一定
に保たれ、波長変化の小さい半導体レーザーを提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本発明の半導体レーザーは、半導体レーザ
ーを構成する半導体層において、少なくともレーザー光
が存在する領域に配置された半導体層の屈折率の温度係
数の絶対値がすべて、発振可能な波長に対して１０−５
Ｋ −１以下であることを特徴とする。この構成により、
例えば、温度変化に対する誘電体導波路の屈折率の変化
傾向と半導体レーザーの導波路のそれがほぼ同じにな
り、集積光回路を形成したときに半導体レーザーからの
光が常に反射されないでスムーズに誘電体導波路に導か
れる様になる。
成するため、本発明の半導体レーザーは、半導体レーザ
ーを構成する半導体層において、少なくともレーザー光
が存在する領域に配置された半導体層の屈折率の温度係
数の絶対値がすべて、発振可能な波長に対して１０−５
Ｋ −１以下であることを特徴とする。この構成により、
例えば、温度変化に対する誘電体導波路の屈折率の変化
傾向と半導体レーザーの導波路のそれがほぼ同じにな
り、集積光回路を形成したときに半導体レーザーからの
光が常に反射されないでスムーズに誘電体導波路に導か
れる様になる。
【００１０】上記構成において、簡単のために、半導体
レーザーを構成している各半導体層の屈折率をｎｓと
し、各半導体層に対する光の閉じ込め係数をΓｓとする
と、等価屈折率ｎｅｆｆは近似的に（こうしても以下の
議論の有効性は失われない）次式で与えられる。
レーザーを構成している各半導体層の屈折率をｎｓと
し、各半導体層に対する光の閉じ込め係数をΓｓとする
と、等価屈折率ｎｅｆｆは近似的に（こうしても以下の
議論の有効性は失われない）次式で与えられる。
【００１１】 ｎｅｆｆ＝ΣｓΓｓｎｓ （１） （Σｓはｓについて総和をとることを意味する。以下同
じ） ここで、屈折率の温度係数αｓを導入し、温度変化△Ｔ
に対する屈折率の依存性を ｎｓ＝ｎｓ０＋αｓ△Ｔ （２） とおく。式（１）に式（２）を代入すると、等価屈折率
ｎｅｆｆは ｎｅｆｆ＝ΣｓΓｓ［ｎｓ０＋αｓ△Ｔ］ （３） となる。この式において、括弧内の第１項は一定だか
ら、Γｓ≠０の領域において、 αｓ＝０ （４） であれば、かならず等価屈折率ｎｅｆｆが一定となる。
すなわち、レーザー光が存在している領域に配置された
半導体層（すなわち光の閉じ込め係数がゼロでない半導
体層）において、屈折率の温度係数がほぼゼロであれ
ば、共振波長はほぼ一定に保たれる。
じ） ここで、屈折率の温度係数αｓを導入し、温度変化△Ｔ
に対する屈折率の依存性を ｎｓ＝ｎｓ０＋αｓ△Ｔ （２） とおく。式（１）に式（２）を代入すると、等価屈折率
ｎｅｆｆは ｎｅｆｆ＝ΣｓΓｓ［ｎｓ０＋αｓ△Ｔ］ （３） となる。この式において、括弧内の第１項は一定だか
ら、Γｓ≠０の領域において、 αｓ＝０ （４） であれば、かならず等価屈折率ｎｅｆｆが一定となる。
すなわち、レーザー光が存在している領域に配置された
半導体層（すなわち光の閉じ込め係数がゼロでない半導
体層）において、屈折率の温度係数がほぼゼロであれ
ば、共振波長はほぼ一定に保たれる。
【００１２】Γｓ＝０の領域、すなわちレーザー光が存
在しない領域に配置された半導体層の屈折率は等価屈折
率に寄与しないので、この半導体層の屈折率の温度係数
はゼロである必要はない。
在しない領域に配置された半導体層の屈折率は等価屈折
率に寄与しないので、この半導体層の屈折率の温度係数
はゼロである必要はない。
【００１３】理想的には、屈折率の温度係数αｓはすべ
てゼロであることが望ましいが、たとえゼロでなくて
も、この絶対値が小さければ温度変化に対する波長変動
は小さくなる。現状の半導体レーザーの半導体材料では
αｓ≒１０−４Ｋ−１であり、ガラスなどを用いた誘電
体光導波路では温度係数はこの１／１０程度である。し
たがって、αｓ＝１０−５Ｋ−１の半導体層を用いるこ
とで、半導体レーザーと誘電体光導波路を集積した光回
路を作製する上で、両者が同程度の屈折率変化をするの
で光が両者間を支障なく伝搬して、有効となる。さらに
αｓの絶対値を小さくすることで、温度変化に対する波
長変動が小さくなることは言うまでもない。
てゼロであることが望ましいが、たとえゼロでなくて
も、この絶対値が小さければ温度変化に対する波長変動
は小さくなる。現状の半導体レーザーの半導体材料では
αｓ≒１０−４Ｋ−１であり、ガラスなどを用いた誘電
体光導波路では温度係数はこの１／１０程度である。し
たがって、αｓ＝１０−５Ｋ−１の半導体層を用いるこ
とで、半導体レーザーと誘電体光導波路を集積した光回
路を作製する上で、両者が同程度の屈折率変化をするの
で光が両者間を支障なく伝搬して、有効となる。さらに
αｓの絶対値を小さくすることで、温度変化に対する波
長変動が小さくなることは言うまでもない。
【００１４】上記目的を達成するため、上記基本構成に
おいて、少なくともレーザー光が存在する領域に配置さ
れた半導体層の屈折率の温度係数がすべて、発振可能な
波長に対してゼロである様にしても勿論よい。この構成
において、温度が変化した場合、前述の説明から明らか
な様に共振波長が一定に保たれる。
おいて、少なくともレーザー光が存在する領域に配置さ
れた半導体層の屈折率の温度係数がすべて、発振可能な
波長に対してゼロである様にしても勿論よい。この構成
において、温度が変化した場合、前述の説明から明らか
な様に共振波長が一定に保たれる。
【００１５】ここで、半導体のバンドギャップについて
考えてみる。半導体の吸収係数α（Ｅ）は、バンドギャ
ップＥｇ以上のエネルギーＥを持つ光に対して、近似的
に次式で与えられる。 α（Ｅ）≒２×１０４（Ｅ−Ｅｇ）ｃｍ−１ （５） ただし、Ｅ、Ｅｇの単位はｅＶである。
考えてみる。半導体の吸収係数α（Ｅ）は、バンドギャ
ップＥｇ以上のエネルギーＥを持つ光に対して、近似的
に次式で与えられる。 α（Ｅ）≒２×１０４（Ｅ−Ｅｇ）ｃｍ−１ （５） ただし、Ｅ、Ｅｇの単位はｅＶである。
【００１６】クラマース・クローニッヒの関係から、屈
折率ｎ（Ｅ）は ｎ（Ｅ）＝１＋ｃ・ｈ／（２π２）・∫α（Ｅ′）／（Ｅ′２−Ｅ２）・ｄＥ′ （積分範囲は０から∞） ＝１＋ｃ・ｈ／（２π２）・∫α（Ｅ′）／（Ｅ′２−Ｅ２）・ｄＥ′ （積分範囲はＥｇから∞） ＝１＋ｃｈ／（２πＥ）・１０４（Ｅ＋Ｅｇ）１／２ （式（５）を用いる） （６） で与えられる。ここで、ｃは真空中の光速、ｈはプラン
ク定数である。ただし、バンド端のテールの効果は無視
した（こうしても、考察に影響はない）。
折率ｎ（Ｅ）は ｎ（Ｅ）＝１＋ｃ・ｈ／（２π２）・∫α（Ｅ′）／（Ｅ′２−Ｅ２）・ｄＥ′ （積分範囲は０から∞） ＝１＋ｃ・ｈ／（２π２）・∫α（Ｅ′）／（Ｅ′２−Ｅ２）・ｄＥ′ （積分範囲はＥｇから∞） ＝１＋ｃｈ／（２πＥ）・１０４（Ｅ＋Ｅｇ）１／２ （式（５）を用いる） （６） で与えられる。ここで、ｃは真空中の光速、ｈはプラン
ク定数である。ただし、バンド端のテールの効果は無視
した（こうしても、考察に影響はない）。
【００１７】この式から、Ｅ＝Ｅｇでは ｎ（Ｅｇ）＝１＋ｃｈ／（２π）・１０４（２／Ｅｇ）１／２ （７） となる。したがって、Ｅｇ＝０．８ｅＶ（λｇ＝１．５
５μｍ）とし、式（７）の両辺を温度Ｔで微分すると、
次の関係が得られる。
５μｍ）とし、式（７）の両辺を温度Ｔで微分すると、
次の関係が得られる。
【００１８】 ｄｎ（Ｅｇ）／ｄＴ＝−０．２ｄＥｇ／ｄＴ （８） これから、屈折率の温度係数ｄｎｓ／ｄＴ＝０の材料で
はｄＥｇ／ｄＴ＝０となることが分かる。したがって、
本発明では、共振波長がほぼ一定に保たれるだけでな
く、バンドギャップもほぼ一定に保たれる。したがっ
て、温度変化に対して波長がほぼ不変なファブリ・ペロ
ー、ＤＦＢ、ＤＢＲなどの半導体レーザーを実現するこ
とができる。特に、ファブリ・ペローＬＤの発振波長は
エネルギーバンドと等価屈折率の両方の影響を受けるの
で、これの発振波長安定性は顕著になる。
はｄＥｇ／ｄＴ＝０となることが分かる。したがって、
本発明では、共振波長がほぼ一定に保たれるだけでな
く、バンドギャップもほぼ一定に保たれる。したがっ
て、温度変化に対して波長がほぼ不変なファブリ・ペロ
ー、ＤＦＢ、ＤＢＲなどの半導体レーザーを実現するこ
とができる。特に、ファブリ・ペローＬＤの発振波長は
エネルギーバンドと等価屈折率の両方の影響を受けるの
で、これの発振波長安定性は顕著になる。
【００１９】上記構成において、レーザー光が存在しな
い領域に配置された少なくとも１つ以上の半導体層の屈
折率の温度係数が負である様にしてもよい。この構成に
おいて、温度が上昇した場合を考える。このとき、式
（８）から、屈折率の温度係数が負の半導体層のバンド
ギャップが大きくなる。したがって、この層の界面のバ
ンドオフセットが大きくなり、キャリアのオーバーフロ
ーが抑制される。しかも、先に説明したように、レーザ
ー光が存在しない領域の半導体層の屈折率は等価屈折率
に寄与しない。以上の理由により、この構成によって、
温度変動に対して波長変化が小さいだけでなく、発振し
きい電流の変動も小さい、すなわち温度特性の優れた半
導体レーザーが実現できる。
い領域に配置された少なくとも１つ以上の半導体層の屈
折率の温度係数が負である様にしてもよい。この構成に
おいて、温度が上昇した場合を考える。このとき、式
（８）から、屈折率の温度係数が負の半導体層のバンド
ギャップが大きくなる。したがって、この層の界面のバ
ンドオフセットが大きくなり、キャリアのオーバーフロ
ーが抑制される。しかも、先に説明したように、レーザ
ー光が存在しない領域の半導体層の屈折率は等価屈折率
に寄与しない。以上の理由により、この構成によって、
温度変動に対して波長変化が小さいだけでなく、発振し
きい電流の変動も小さい、すなわち温度特性の優れた半
導体レーザーが実現できる。
【００２０】屈折率の温度係数が負である半導体層は、
半導体活性層にほぼ並行的に積層され得る。また、半導
体活性層を挟んだ上下の少なくとも一方に、配置されて
もよい。
半導体活性層にほぼ並行的に積層され得る。また、半導
体活性層を挟んだ上下の少なくとも一方に、配置されて
もよい。
【００２１】上記の構成の半導体レーザーは、分布帰還
型半導体レーザーとして、分布反射型半導体レーザーと
して、或はファブリ・ペロー半導体レーザーとして構成
され得る。分布反射型半導体レーザーの場合、回折格子
領域と活性層領域の両方が、上記屈折率の温度係数の絶
対値がゼロに近い半導体層の層構成を有する。また、活
性層領域に、上記屈折率の温度係数が負である半導体層
の層構成が設けられてもよい。
型半導体レーザーとして、分布反射型半導体レーザーと
して、或はファブリ・ペロー半導体レーザーとして構成
され得る。分布反射型半導体レーザーの場合、回折格子
領域と活性層領域の両方が、上記屈折率の温度係数の絶
対値がゼロに近い半導体層の層構成を有する。また、活
性層領域に、上記屈折率の温度係数が負である半導体層
の層構成が設けられてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】（第１の実施例）図１は本発明の
第１実施例であるＤＦＢ−ＬＤの特徴を最もよく表す図
面であり、同図において、１１はアノード、１２はカソ
ード、２１はクラッド層、２２は光ガイド層、２３は活
性層、２４は光ガイド層、２５は回折格子、４１は基
板、５１は高抵抗層である。
第１実施例であるＤＦＢ−ＬＤの特徴を最もよく表す図
面であり、同図において、１１はアノード、１２はカソ
ード、２１はクラッド層、２２は光ガイド層、２３は活
性層、２４は光ガイド層、２５は回折格子、４１は基
板、５１は高抵抗層である。
【００２３】光の伝搬方向に沿った断面図である図１
（ａ）の層構成は、下から、基板４１（ＩｎＮＰ：厚み
１００μｍ）、光ガイド層２４（１．３μｍ組成のＩｎ
ＧａＡｓＮＰ：層厚０．１μｍ）、活性層２３（１．５
５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＮＰ：層厚０．１μｍ）、光
ガイド層２２（１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＮＰ：層
厚０．１μｍ）、クラッド層２１（ＩｎＮＰ：層厚３μ
ｍ）である。また、光ガイド層２２の上にピッチΛ＝２
４００Åの１次の回折格子２５が形成されている。ここ
で示したすべての半導体材料の屈折率の温度係数はゼロ
である。即ち、そうなる様に各材料の組成比が調整され
ている。
（ａ）の層構成は、下から、基板４１（ＩｎＮＰ：厚み
１００μｍ）、光ガイド層２４（１．３μｍ組成のＩｎ
ＧａＡｓＮＰ：層厚０．１μｍ）、活性層２３（１．５
５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＮＰ：層厚０．１μｍ）、光
ガイド層２２（１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＮＰ：層
厚０．１μｍ）、クラッド層２１（ＩｎＮＰ：層厚３μ
ｍ）である。また、光ガイド層２２の上にピッチΛ＝２
４００Åの１次の回折格子２５が形成されている。ここ
で示したすべての半導体材料の屈折率の温度係数はゼロ
である。即ち、そうなる様に各材料の組成比が調整され
ている。
【００２４】上記構成において、アノード１１とカソー
ド１２の間に順バイアス電圧を印加し、半導体レーザー
に発振しきい値以上の電流を流すと、レーザー発振が始
まる。このときの発振波長は、両端面の反射が無視でき
回折格子２５に位相シフトがない場合は、ストップバン
ドの両端の波長の何れかであり、回折格子２５に位相シ
フト（λ／４シフト）がある場合は、格子ピッチと等価
屈折率で決まるブラッグ波長である。
ド１２の間に順バイアス電圧を印加し、半導体レーザー
に発振しきい値以上の電流を流すと、レーザー発振が始
まる。このときの発振波長は、両端面の反射が無視でき
回折格子２５に位相シフトがない場合は、ストップバン
ドの両端の波長の何れかであり、回折格子２５に位相シ
フト（λ／４シフト）がある場合は、格子ピッチと等価
屈折率で決まるブラッグ波長である。
【００２５】光の伝搬方向に垂直な端面の断面を示す図
１（ｂ）において、高抵抗層５１は、ＦｅドープＩｎＮ
Ｐであり、発光部の他に余分な電流が流れない様にする
ために導入した。この高抵抗層５１にも伝搬光が染み出
しているので、高抵抗層５１の屈折率の温度係数もゼロ
である。
１（ｂ）において、高抵抗層５１は、ＦｅドープＩｎＮ
Ｐであり、発光部の他に余分な電流が流れない様にする
ために導入した。この高抵抗層５１にも伝搬光が染み出
しているので、高抵抗層５１の屈折率の温度係数もゼロ
である。
【００２６】温度を室温から摂氏１００度まで増加させ
たときの発振波長の変化は０．１Å以下であり、従来の
半導体レーザーでの波長変化〜８０Åと比べると十分小
さい。ここで、発振波長の変化が完全にゼロとならない
のは、半導体材料が温度上昇につれて膨張するためであ
る。
たときの発振波長の変化は０．１Å以下であり、従来の
半導体レーザーでの波長変化〜８０Åと比べると十分小
さい。ここで、発振波長の変化が完全にゼロとならない
のは、半導体材料が温度上昇につれて膨張するためであ
る。
【００２７】半導体層の材料あるいは組成比を変えて、
屈折率の温度係数が１０−５Ｋ−１となった場合は、同
じ温度範囲で波長変化は〜８Åとなる。この程度の波長
安定度でも、誘電体光導波路と半導体レーザーの光集積
回路を作製するには十分な値である。
屈折率の温度係数が１０−５Ｋ−１となった場合は、同
じ温度範囲で波長変化は〜８Åとなる。この程度の波長
安定度でも、誘電体光導波路と半導体レーザーの光集積
回路を作製するには十分な値である。
【００２８】なお、第１の実施例では、図１（ｂ）のよ
うに埋め込み構造としたが、光導波構造はリッジ導波路
やリブ導波路でもかまわない。また、光導波路が光ガイ
ド層を含まなくてもよい。回折格子を用いた半導体レー
ザーの場合、回折格子も光ガイド層ではなく、基板に形
成してあってもよいし、ＤＦＢ−ＬＤだけでなくＤＢＲ
−ＬＤ（この場合、回折格子領域と活性層領域の両方に
ついて以上述べた様な層構成にする）であっても本実施
例と同様な効果が期待できる。回折格子を含まないファ
ブリ・ペローＬＤでも、本実施例と同様な効果が期待で
きる。
うに埋め込み構造としたが、光導波構造はリッジ導波路
やリブ導波路でもかまわない。また、光導波路が光ガイ
ド層を含まなくてもよい。回折格子を用いた半導体レー
ザーの場合、回折格子も光ガイド層ではなく、基板に形
成してあってもよいし、ＤＦＢ−ＬＤだけでなくＤＢＲ
−ＬＤ（この場合、回折格子領域と活性層領域の両方に
ついて以上述べた様な層構成にする）であっても本実施
例と同様な効果が期待できる。回折格子を含まないファ
ブリ・ペローＬＤでも、本実施例と同様な効果が期待で
きる。
【００２９】半導体材料についても、本実施例で示した
ＩｎＧａＡｓＮＰ系に限らず、ＨｇＣｄＴｅ混晶、Ｈｇ
ＣｄＳｅ混晶、ＧａＩｎＡｓＢｉ混晶、ＧａＩｎＰＢｉ
混晶、ＧａＡｓＰＢｉ混晶、ＧａＩｎＴｌＰ混晶、Ａｌ
ＩｎＴｌＡｓ混晶、ＡｌＧａＩｎＴｌＰＡｓ混晶、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ混晶、ＧａＩｎＮＡｓＰ混晶など（勿論、こ
れらの適当な組成比のもの）、温度係数がゼロの材料で
あれば何でもよい。
ＩｎＧａＡｓＮＰ系に限らず、ＨｇＣｄＴｅ混晶、Ｈｇ
ＣｄＳｅ混晶、ＧａＩｎＡｓＢｉ混晶、ＧａＩｎＰＢｉ
混晶、ＧａＡｓＰＢｉ混晶、ＧａＩｎＴｌＰ混晶、Ａｌ
ＩｎＴｌＡｓ混晶、ＡｌＧａＩｎＴｌＰＡｓ混晶、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ混晶、ＧａＩｎＮＡｓＰ混晶など（勿論、こ
れらの適当な組成比のもの）、温度係数がゼロの材料で
あれば何でもよい。
【００３０】（第２の実施例）図２は本発明の第２の実
施例であるＤＦＢ−ＬＤの特徴を最もよく表す図面であ
り、同図において、３１は屈折率の温度係数が負の半導
体層である。図１の符号と同じものは同一機能部分であ
ることを示す。
施例であるＤＦＢ−ＬＤの特徴を最もよく表す図面であ
り、同図において、３１は屈折率の温度係数が負の半導
体層である。図１の符号と同じものは同一機能部分であ
ることを示す。
【００３１】この構成において、半導体層３１にレーザ
ー光が染み出さないように、光ガイド層２４の厚みは１
μｍとした。温度が上昇すると、半導体層３１のバンド
ギャップが大きくなるため、キャリアに対するエネルギ
ー障壁が大きくなる。したがって、キャリアのオーバー
フローを低減することができる。この結果、発振しきい
電流の変動が第１の実施例よりも更に小さくなる。発振
しきい電流の温度変化に対する指標である特性温度は、
第１の実施例では１００Ｋであるが、第２の実施例では
１５０Ｋまで向上し、温度特性の優れたレーザーとな
る。なお、屈折率の温度係数が負の層３１が活性層２３
よりも上側にあってもよい。何れにせよ、活性層２３の
周りにあればよい。
ー光が染み出さないように、光ガイド層２４の厚みは１
μｍとした。温度が上昇すると、半導体層３１のバンド
ギャップが大きくなるため、キャリアに対するエネルギ
ー障壁が大きくなる。したがって、キャリアのオーバー
フローを低減することができる。この結果、発振しきい
電流の変動が第１の実施例よりも更に小さくなる。発振
しきい電流の温度変化に対する指標である特性温度は、
第１の実施例では１００Ｋであるが、第２の実施例では
１５０Ｋまで向上し、温度特性の優れたレーザーとな
る。なお、屈折率の温度係数が負の層３１が活性層２３
よりも上側にあってもよい。何れにせよ、活性層２３の
周りにあればよい。
【００３２】なお、屈折率の温度係数が負の半導体材料
としては、ＩｎＧａＡｓＮＰ混晶、ＨｇＣｄＴｅ混晶、
ＨｇＣｄＳｅ混晶、ＧａＩｎＡｓＢｉ混晶、ＧａＩｎＰ
Ｂｉ混晶、ＧａＡｓＰＢｉ混晶、ＧａＩｎＴｌＰ混晶、
ＡｌＩｎＴｌＡｓ混晶、ＡｌＧａＩｎＴｌＰＡｓ混晶、
ＧａＩｎＮＡｓ混晶、ＧａＩｎＮＡｓＰ混晶など、組成
によって温度係数が負になる材料であれば何でもよい。
ＤＦＢ−ＬＤだけでなく、ＤＢＲ−ＬＤ（この場合、活
性層領域にのみ、こうした屈折率の温度係数が負の層を
設ける）、回折格子を含まないファブリ・ペローＬＤで
も、上記の構成を採用することによって本実施例と同様
な効果が期待できる。
としては、ＩｎＧａＡｓＮＰ混晶、ＨｇＣｄＴｅ混晶、
ＨｇＣｄＳｅ混晶、ＧａＩｎＡｓＢｉ混晶、ＧａＩｎＰ
Ｂｉ混晶、ＧａＡｓＰＢｉ混晶、ＧａＩｎＴｌＰ混晶、
ＡｌＩｎＴｌＡｓ混晶、ＡｌＧａＩｎＴｌＰＡｓ混晶、
ＧａＩｎＮＡｓ混晶、ＧａＩｎＮＡｓＰ混晶など、組成
によって温度係数が負になる材料であれば何でもよい。
ＤＦＢ−ＬＤだけでなく、ＤＢＲ−ＬＤ（この場合、活
性層領域にのみ、こうした屈折率の温度係数が負の層を
設ける）、回折格子を含まないファブリ・ペローＬＤで
も、上記の構成を採用することによって本実施例と同様
な効果が期待できる。
【００３３】（第３の実施例）図３は本発明の第３の実
施例であるＤＦＢ−ＬＤの特徴を最もよく表す図面であ
り、同図において、２６はクラッド層、３２は屈折率の
温度係数が負の上方の半導体層である。図１の符号と同
じものは同一機能部分であることを示す。
施例であるＤＦＢ−ＬＤの特徴を最もよく表す図面であ
り、同図において、２６はクラッド層、３２は屈折率の
温度係数が負の上方の半導体層である。図１の符号と同
じものは同一機能部分であることを示す。
【００３４】この構成において、屈折率の温度係数が負
の半導体層３１と３２にレーザー光が染み出さない様
に、光ガイド層２４とクラッド層２６の厚みは、どちら
も１μｍとした。本実施例では、活性層２３の下側と上
側に半導体層３１と３２があるので、温度が上昇する
と、電子、正孔両方に対するエネルギー障壁が大きくな
る。したがって、第２の実施例よりも更にキャリアのオ
ーバーフローを低減することができる。この結果、発振
しきい電流の変動が第２の実施例よりも更に小さくな
る。特性温度は、第２の実施例では１５０Ｋであるが、
第３の実施例では２５０Ｋまで向上し、第２実施例より
も更に温度特性の優れたレーザーとなる。なお、屈折率
の温度係数が負の層の数は２層に限らず、３層以上であ
ってもよい。層厚を大きくすると歪みによる転位が問題
となる場合には、この層の層厚を小さくして複数層にす
るのが良い。
の半導体層３１と３２にレーザー光が染み出さない様
に、光ガイド層２４とクラッド層２６の厚みは、どちら
も１μｍとした。本実施例では、活性層２３の下側と上
側に半導体層３１と３２があるので、温度が上昇する
と、電子、正孔両方に対するエネルギー障壁が大きくな
る。したがって、第２の実施例よりも更にキャリアのオ
ーバーフローを低減することができる。この結果、発振
しきい電流の変動が第２の実施例よりも更に小さくな
る。特性温度は、第２の実施例では１５０Ｋであるが、
第３の実施例では２５０Ｋまで向上し、第２実施例より
も更に温度特性の優れたレーザーとなる。なお、屈折率
の温度係数が負の層の数は２層に限らず、３層以上であ
ってもよい。層厚を大きくすると歪みによる転位が問題
となる場合には、この層の層厚を小さくして複数層にす
るのが良い。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザーによれば、温度の変動に対して、発振波長の変化
が小さい或は不変の半導体レーザーを実現することがで
きる。
ーザーによれば、温度の変動に対して、発振波長の変化
が小さい或は不変の半導体レーザーを実現することがで
きる。
【００３６】また、温度の変動に対して、発振波長の変
化が小さいだけでなく、発振しきい電流の変動の小さ
い、温度特性の優れた半導体レーザーを実現することも
できる。
化が小さいだけでなく、発振しきい電流の変動の小さ
い、温度特性の優れた半導体レーザーを実現することも
できる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体レーザーの
構造を説明する図である。
構造を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る半導体レーザーの
構造を説明する図である。
構造を説明する図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る半導体レーザーの
構造を説明する図である。
構造を説明する図である。
１１ アノード １２ カソード ２１、２６ クラッド層 ２２、２４ 光ガイド層 ２３ 活性層 ２５ 回折格子 ３１、３２ 屈折率の温度係数が負の半導体層 ４１ 基板 ５１ 高抵抗層
Claims (9)
- 【請求項１】半導体レーザーを構成する半導体層におい
て、少なくともレーザー光が存在する領域に配置された
半導体層の屈折率の温度係数の絶対値がすべて、発振可
能な波長に対して１０−５Ｋ−１以下である様に設定さ
れていることを特徴とする半導体レーザー。 - 【請求項２】半導体レーザーを構成する半導体層におい
て、少なくともレーザー光が存在する領域に配置された
半導体層の屈折率の温度係数がすべて、発振可能な波長
に対してゼロである様に設定されていることを特徴とす
る請求項１記載の半導体レーザー。 - 【請求項３】レーザー光が存在しない領域に配置された
少なくとも１つ以上の半導体層の屈折率の温度係数が負
であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体
レーザー。 - 【請求項４】前記屈折率の温度係数が負の半導体層が
半導体活性層にほぼ並行的に積層されていることを特徴
とする請求項３記載の半導体レーザー。 - 【請求項５】前記半導体活性層を挟んだ上下の少なくと
も一方に、前記屈折率の温度係数が負の半導体層が配置
されていることを特徴とする請求項４記載の半導体レー
ザー。 - 【請求項６】分布帰還型半導体レーザーとして構成され
ていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載
の半導体レーザー。 - 【請求項７】分布反射型半導体レーザーとして構成さ
れ、回折格子領域と活性層領域の両方が請求項１または
２記載の層構成を有することを特徴とする半導体レーザ
ー。 - 【請求項８】前記活性層領域が請求項３、４または５記
載の層構成を有することを特徴とする請求項７記載の半
導体レーザー。 - 【請求項９】ファブリ・ペロー半導体レーザーとして構
成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか
に記載の半導体レーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085599A JP2000223784A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 波長安定化半導体レーザー |
| US09/492,337 US6501776B1 (en) | 1999-01-29 | 2000-01-27 | Temperature-insensitive semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085599A JP2000223784A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 波長安定化半導体レーザー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000223784A true JP2000223784A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=12038729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2085599A Pending JP2000223784A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 波長安定化半導体レーザー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000223784A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004047244A1 (de) * | 2002-11-20 | 2004-06-03 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Infrarothalbleiterlaser |
| JP2004221413A (ja) * | 2003-01-16 | 2004-08-05 | Fujitsu Ltd | 分布帰還型半導体レーザ |
| EP1610426A1 (en) * | 2003-03-31 | 2005-12-28 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Optical semiconductor device and optical semiconductor integrated circuit |
| US7781796B2 (en) | 2006-06-19 | 2010-08-24 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element |
| US7804882B2 (en) | 2006-06-20 | 2010-09-28 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP2085599A patent/JP2000223784A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004047244A1 (de) * | 2002-11-20 | 2004-06-03 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Infrarothalbleiterlaser |
| DE10254190A1 (de) * | 2002-11-20 | 2004-06-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Infrarothalbleiterlaser |
| DE10254190B4 (de) * | 2002-11-20 | 2005-12-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Infrarothalbleiterlaser |
| JP2004221413A (ja) * | 2003-01-16 | 2004-08-05 | Fujitsu Ltd | 分布帰還型半導体レーザ |
| EP1610426A1 (en) * | 2003-03-31 | 2005-12-28 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Optical semiconductor device and optical semiconductor integrated circuit |
| EP1610426A4 (en) * | 2003-03-31 | 2006-07-26 | Nippon Telegraph & Telephone | OPTICAL SEMICONDUCTOR ELEMENT AND INTEGRATED OPTICAL SEMICONDUCTOR CIRCUIT |
| US7471864B2 (en) | 2003-03-31 | 2008-12-30 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical semiconductor device and optical semiconductor integrated circuit |
| US7474817B2 (en) | 2003-03-31 | 2009-01-06 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation. | Optical semiconductor device and optical semiconductor integrated circuit |
| US7738520B2 (en) | 2003-03-31 | 2010-06-15 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical semiconductor device and optical semiconductor integrated circuit |
| US7781796B2 (en) | 2006-06-19 | 2010-08-24 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element |
| US7804882B2 (en) | 2006-06-20 | 2010-09-28 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041202 |