JP2002118324A - 半導体リングレーザ - Google Patents

半導体リングレーザ

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JP2002118324A
JP2002118324A JP2000308906A JP2000308906A JP2002118324A JP 2002118324 A JP2002118324 A JP 2002118324A JP 2000308906 A JP2000308906 A JP 2000308906A JP 2000308906 A JP2000308906 A JP 2000308906A JP 2002118324 A JP2002118324 A JP 2002118324A
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semiconductor
ring
waveguide
ring laser
laser
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JP2000308906A
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Tetsuichiro Ono
哲一郎 大野
Yuzo Yoshikuni
裕三 吉國
Hiroyuki Ishii
啓之 石井
Hiroaki Takeuchi
博昭 竹内
Hiroshi Ito
弘 伊藤
Tadao Ishibashi
忠夫 石橋
Yukihiro Hirota
幸弘 廣田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リングの半径を小さくしても動作可能で、な
おかつ容易に単一横モード制御ができるようにする。 【解決手段】 半導体リングレーザは、活性領域を、直
線状の埋め込みヘテロ構造やリッジ導波路構造の埋め込
み活性領域１としている。このため素子の信頼性を確保
することができる。リングを形成する導波路４，５は、
横方向の光閉じ込めが非常に強い半導体ハイメサ導波路
となっているため、曲げ半径を小さくしても放射損失が
殆ど発生しない。かくて、リング半径を小さくしてもレ
ーザとしての動作が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体リングレー
ザに関するものである。本発明の半導体リングレーザ
は、例えば、短パルス光源や、無線信号を重畳した光信
号を光ファイバにより伝送する光ファイバ無線リンクの
光源として用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】多くの導波路型半導体レーザでは、劈開
によって形成した平行な二面を反射鏡としたり（ファブ
リーペロー型レーザ）、導波路の一部に周期的に屈折率
や利得が変化するブラッグ反射鏡を設けたりして共振器
を構成している。一方、リング型の半導体レーザは、劈
開を行ったり、ブラッグ反射鏡を集積化したりしなくて
も共振器を構成することができるため、符号化のための
電界吸収型変調器や半導体光アンプといった他の光素子
とモノリシック集積する際に非常に有利である。
【０００３】また、共振器長によって繰り返し周波数が
決定されるモード同期レーザでも、リング型レーザとす
ることによってメリットが生じる。すなわち、ファブリ
ーペロー型のモード同期レーザでは、劈開の精度に応じ
て繰り返し周波数に誤差が生じるが、リング型の共振器
を用いればフォトリソグラフィによって厳密に共振器長
が決定されるので、ファブリーペロー型のモード同期レ
ーザより歩留まりを向上させることができる。これらの
理由から、半導体リング型レーザには大きな期待がかけ
られてきた。
【０００４】半導体リングレーザに関しては、現在に至
るまで多くの報告がなされているが、初期の半導体リン
グレーザの多くは、ハイメサ型構造の導波路からなるリ
ング全体が活性領域となっていた。例えば、文献：J.P.
Hohimer,D.C.Craft,G.R.Hadley,G.A.Vawter,and M.E.Wa
rren,"Single-frequency continuous-waveoperation of
ring resonator diode lasers",Appl.Phys.Lett.,59,p
p.3360-3362,1991, がその例である。
【０００５】このハイメサ型構造のリングレーザでは、
光の伝搬方向と垂直な横方向に光を閉じ込めるために上
部クラッド層、活性層、および下部クラッド層の一部を
ウェットエッチングやドライエッチングによってメサ状
に加工している。また、活性層の横方向もメサによって
寸法が限定されているので、光閉じ込めと同時にメサ内
部への電流狭窄が実現されている。ハイメサ型構造は曲
げ導波路の埋め込み再成長を必要とせず、しかも曲げ導
波路とした場合でも放射損失を低減できる。しかし、こ
の構造では、活性層の側面が露出しているため、素子の
信頼性に問題があり、実用的ではない。
【０００６】信頼性を確保できる構造のリングレーザと
しては、リッジ導波路型および埋め込みヘテロ構造のも
のが報告されている。例えば、リッジ導波路型リングレ
ーザの例としては、文献：T.Krauss,R.M.DeLaRue,I.Gon
tijo,and P.J.R.Laybourn,"Strip-loaded semiconducto
r ring lasers employing multimode interferenceoutp
ut couplers",Appl.Phys.Lett.,64,pp.2788-2790,1994
などが挙げられる。
【０００７】図１０にリッジ導波路型半導体リングレー
ザを説明する概略図を示す。リッジ導波路型半導体リン
グレーザは、リング共振器を構成するリング導波路６１
と、出力導波路６２と、リング共振器内で増幅された光
波の一部を出力導波路６２に取り出すための半導体分波
器６３によって構成されている。これらの構成部品６１
〜６３は、メサ幅の違いはあるが、いずれも活性層を含
むリッジ導波路構造となっている。
【０００８】一例として、リング導波路６１の図１０に
おけるIV−IV′線方向の断面図を図１１に示す。積層構
造としては、活性層となるInGaAsP/InGaAsP 多重量子井
戸層７１を、より屈折率の小さいp-InP 上部クラッド層
７２とn-InP 下部クラッド層７３で挟んでおり、光をIn
GaAsP/InGaAsP 多重量子井戸層７１内に閉じ込めるよう
になっている。また、n-InP 下部クラッド層７３の背面
には、ｎ型オーミック電極７４が、p-InP 上部クラッド
層７２上にはｐ型オーミック電極７５が形成されてい
る。
【０００９】また、光の伝搬方向と垂直な活性層横方向
（紙面横方向）に光を閉じ込めるためにp-InP 上部クラ
ッド層７２の一部をウェットエッチングやドライエッチ
ングによってメサ状に加工している。メサのエッチング
は活性層には至らないが、このように加工することによ
ってメサの両側の部分の等価屈折率がメサ部分の等価屈
折率より小さくなり、メサの幅より少し広い幅で光が閉
じ込められる。この場合の横方向の光閉じ込めは埋め込
みヘテロ構造レーザの場合より弱くなる。また、リッジ
導波路型レーザの活性層は絶縁物等による電流狭窄が施
されておらず、メサ上に形成されたストライプ状の電極
から、キャリアの拡散長の範囲内で拡がった電流が活性
層に注入される。
【００１０】リングレーザへの適用を考えた場合、リッ
ジ導波路型構造では横方向の光閉じ込めが弱いため、光
を曲げ導波路に沿って導波させようとしても放射損失が
大きくなってしまう。このため、半径３００ミクロン以
下のリングレーザでは閾値電流が非常に大きくなってし
まい、発振させることができない。
【００１１】一方の埋め込みヘテロ構造のレーザについ
て簡単に説明すれば、光の伝搬方向に沿った活性層の両
側は、活性層より屈折率の低い材料で埋め込まれてお
り、光を活性層に閉じ込める構造になっている。さら
に、この埋め込み層は絶縁物またはレーザ動作時に逆バ
イアスのかかる構成のｐｎ接合層である。これにより、
埋め込み層には電流が流れず、活性層に電流が狭窄され
る。埋め込みヘテロ構造を作製するためには、通常、あ
らかじめエッチング等によって形成しておいたメサの側
面を、選択成長可能な液相成長法（ＬＰＥ法）や有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって埋め込む方法が
用いられている。
【００１２】埋め込みヘテロ構造を有する半導体リング
レーザの報告例としては、文献：T.M.Cockerill,M.L.Os
owski,R.M.Lammert and J.J.Coleman,"A strained-laye
rInGaAs-GaAs buried heterostructure circular ring
laser with integratedY-coupled passive waveguide b
y selective-area metalorganic chemicalvapor deposi
tion",in 14th IEEE International Semiconductor Las
erConference,pp.195-196,1994, 等がある。
【００１３】埋め込みヘテロ構造において単一横モード
化を図るためには、先に形成するメサの幅を１．５ミク
ロン程度にする必要があるが、リング導波路全体にわた
ってこのような加工を施すには非常に高い技術が必要で
ある。しかも、再成長に使用するＬＰＥ法やＭＯＣＶＤ
法の成長速度に面方位依存性があるため、側面が様々な
結晶面方位をしているリング導波路ではメサの向いてい
る方向によって側面の成長の仕方が変わってしまい、リ
ング全体を均一に埋め込むのは原理的に非常に困難であ
る。これらの理由のため、現時点において、埋め込みヘ
テロ構造のリングレーザでは横モードの制御が行われて
いない。
【００１４】以上のように、従来の半導体リングレーザ
では、リッジ導波路型リングレーザのように曲げ導波路
の閉じ込めが弱いため大きな半径のものしか作製できな
いか、あるいは埋め込みヘテロ構造のリングレーザのよ
うに曲げ導波路の微細加工と埋め込み再成長を必要とす
るため作製が非常に困難になるという問題点があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ無線リンク
では、現在、６０ＧＨｚ帯のミリ波無線システムへの応
用が盛んに研究されているが、モード同期レーザの繰り
返し周波数を６０ＧＨｚとするためにはリングレーザの
半径を少なくとも２００ミクロン以下としなければなら
ない。このため、横方向の光閉じ込めが強く、曲げ導波
路の半径を小さくしても損失が小さく、実用的な電流値
で発振可能なリングレーザが必要とされている。また、
このレーザ出力をファイバ伝送する際には、横モードを
単一化することが必須である。もちろん、これらの条件
は、リングレーザを繰り返し周波数を６０ＧＨｚ以上の
短パルス光源として使用する場合にも不可欠である。
【００１６】本発明の目的は、リングの半径を小さくし
ても動作可能で、なおかつ容易に単一横モード制御がで
きる半導体リングレーザを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、半導体リングレーザにおいて、少なくとも
曲げ導波路部分をパッシブな半導体ハイメサ導波路で構
成したことを特徴とする。
【００１８】また本発明の構成は、半導体リングレーザ
において、活性領域を直線状の埋め込みヘテロ構造また
は直線状のリッジ導波路構造としなおかつ、少なくとも
曲げ導波路部分をパッシブな半導体ハイメサ導波路で構
成したことを特徴とする。
【００１９】また本発明の構成は、共振器内に過飽和吸
収領域または電界吸収型変調器を集積化したことを特徴
とする。
【００２０】
【作用】本発明の半導体リングレーザでは、活性領域を
直線状の埋め込みヘテロ構造あるいはリッジ導波路構造
とし、なおかつ、少なくとも曲げ導波路部分をパッシブ
な半導体ハイメサ導波路で構成する。このように活性領
域を埋め込みヘテロ構造あるいはリッジ導波路構造とす
ることによって、素子の信頼性を確保することができ
る。一方、半導体ハイメサ導波路は、横方向の光閉じ込
めが非常に強いので、曲げ半径を小さくしても放射損失
がほとんど発生しない。具体的には、２００ミクロン程
度の半径であれば、放射損失は無視できる。このため、
リングの半径を小さくしてもレーザとしての動作が可能
である。さらに、半導体ハイメサ導波路のメサ幅は２．
５ミクロン程度で単一横モードとなるので、前述のリン
グ全体を埋め込みヘテロ構造とする場合にくらべてメサ
の加工が簡単である。もちろん、曲げ導波路を再成長に
より埋め込む必要もないので、比較的容易に横モードを
制御することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。
【００２２】＜第１の実施の形態＞図１に、本発明にか
かる半導体リングレーザの第１の実施の形態を説明する
概略図を示す。本発明の第１の実施の形態の半導体リン
グレーザは、埋め込み活性領域１と、半導体ハイメサ分
波器２と、これらの光素子間あるいは光素子と出力端３
を接続する半導体ハイメサ導波路４，５，６を同一半導
体基板上にモノリシック集積している。半導体ハイメサ
導波路４，５の最小曲げ半径は、１５０ミクロンであ
る。
【００２３】ここで、各素子の構造について簡単に説明
する。まず、埋め込み活性領域１の図１におけるＩ−
Ｉ′線方向の断面図を図２に示す。埋め込み活性領域で
は、ノンドープInGaAsP 上部ガイド層１１とノンドープ
InGaAsP 下部ガイド層１２との間に挟まれるようにInGa
AsP/InGaAsP 多重量子井戸層１３が形成されている。さ
らに、ノンドープInGaAsP 下部ガイド層１２の下にはn-
InP 下部クラッド層１４が、ノンドープInGaAsP 上部ガ
イド層１１上にはp-InP 上部クラッド層１５が配置され
ている。InGaAsP/InGaAsP 多重量子井戸層１３は電流注
入によって光学利得を発生する。また、n-InP 下部クラ
ッド層１４及びp-InP 上部クラッド層１５は、ノンドー
プInGaAsP ガイド層１１，１２より屈折率が小さいた
め、光をノンドープInGaAsP ガイド層１１，１２より内
側に閉じ込める働きをする。
【００２４】また、p-InP 上部クラッド層１５、ノンド
ープInGaAsP 上部ガイド層１１、InGaAsP/InGaAsP 多重
量子井戸層１３、ノンドープInGaAsP 下部ガイド層１２
およびn-InP 下部クラッド層１４の一部を、導波路とな
る領域を除いて反応性イオンエッチングによってエッチ
ングした後、FeドープInP 層１６，１７によって埋め込
み再成長している。FeドープInP 層１６，１７の屈折率
はやはりノンドープInGaAsP ガイド層１１，１２より小
さいので、図２横方向の光閉じ込めが実現される。さら
に、FeドープInP 層１６，１７は高抵抗であるため、レ
ーザ駆動時に電圧を印加しても電流が流れず、効果的に
電流狭窄がなされる。また、n-InP 下部クラッド層１４
の背面には、ｎ型オーミック電極１８が、p-InP 上部ク
ラッド層１５上にはｐ型オーミック電極１９が形成され
ている。
【００２５】次に、図１における半導体ハイメサ導波路
４，５，６の構造を説明する。半導体ハイメサ導波路
４，５，６の図１におけるII−II′線方向の断面図を図
３に示す。図３に示すように、半導体ハイメサ導波路
４，５，６の積層構造は、０．５ミクロン厚のInGaAsP
コア層２１をInP 上部クラッド層２２およびInP 下部ク
ラッド層２３で挟んだだけの簡単な構造である。InP 上
部クラッド層２２およびInP 下部クラッド層２３は、In
GaAsP コア層２１より屈折率が小さいため、光をInGaAs
P コア層２１に閉じ込める働きをする。また、同図横方
向の光閉じ込めを実現するため、InP 上部クラッド層２
２、InGaAsP コア層２１およびInP 下部クラッド層２３
の一部を、導波路となる領域を除いて反応性イオンエッ
チングによってエッチングし、メサ構造としている。
【００２６】このような構造とすることによって導波路
となるべき領域を半導体より屈折率の小さい空気で挟
み、半導体メサの内部に光が閉じ込められる。半導体ハ
イメサ導波路４，５，６のメサ幅はいずれも２．５ミク
ロンで、基本横モードのみが伝搬できるように設計され
ている。
【００２７】また、図１中の半導体ハイメサ分波器２も
半導体ハイメサ導波路４，５，６と同じ積層構造をして
いるが、長さ６７ミクロンにわたってメサ幅を８ミクロ
ンに拡大し、１×２の多モード干渉型分波器として動作
するように設計している。ここでは、５０％の光パワー
をリング導波路に返し、残り５０％が出力端３に取り出
される設計としたが、入出力ポートの位置などをずらす
ことによって、この割合を非対称とすることも可能であ
る。さらに、ここでは多モード干渉型分波器を使用して
いるが、方向性結合器を使用しても同様の効果が得られ
る。
【００２８】次に、本発明の第一の実施の形態の素子を
ジャンクション・アップでヒートシンク上に金錫共晶合
金を用いてマウントしたときの光出力−注入電流特性を
図４に示す。パルス幅１μｓ、繰り返し周波数１ｋＨｚ
で、室温での閾値電流は約１０ｍＡであった。発振波長
は１．５５μｍである。また、近視野像を観察したとこ
ろ、図４に示す範囲では、単一横モードで発振した。
【００２９】このように、本発明の第１の実施の形態の
半導体リングレーザでは、直線状の埋め込み活性領域１
をパッシブな半導体ハイメサ曲げ導波路４，５で接続し
ている。ハイメサ構造の導波路は、横方向の光閉じ込め
が非常に強いので、曲げ半径を小さくしても放射損失が
ほとんど発生しない。本発明の第１の実施の形態の半導
体リングレーザでは、曲げ半径を１５０ミクロンとして
いるが、放射損失はほとんど無視できる。このため、こ
のように半径の小さなリングレーザであっても、図４に
示すように比較的低い閾値電流でレーザ発振が可能であ
る。さらに、曲げ導波路部分については２．５ミクロン
という比較的広いメサ幅で単一横モードが達成されるの
で、メサ加工のマージンを大きくとることができる。
【００３０】＜第２の実施の形態＞図５は、本発明にか
かる半導体リングレーザの第２の実施の形態を説明する
概略図を示す。本実施の形態では、第１の実施の形態の
半導体リングレーザにさらに過飽和吸収領域３１を集積
している。過飽和吸収領域３１以外の構成は、図１の構
成と同じであるので、説明を省略する。
【００３１】この過飽和吸収領域３１は、埋め込み活性
領域１と全く同じ構造をしているが、レーザ動作時にこ
の領域に適当な逆バイアスとともに外部の電気信号源か
ら発生する基準信号を印加することによって、基準信号
に同調した周波数のモード同期が実現される。
【００３２】このモード同期の原理について簡単に説明
すると、以下のようになる。すなわち、過飽和吸収部
は、電流が注入されていないので、通常は吸収係数が大
きいが、強い光が入射した時だけキャリアの発生によっ
て吸収係数が小さくなる。このとき、過飽和吸収部に加
えられたバイアスが大きいとキャリアが蓄積しにくくな
るので、光の有無による吸収係数の変化が少なくなり、
逆にバイアスが小さいと吸収係数の変化が大きくなる。
したがって、過飽和吸収部に印加するバイアスを変調す
ることによって、この部分の吸収係数が変調を被ること
になる。基準信号の印加による吸収係数の変調の周期を
レーザの共振器長によって決定される周回時間に一致さ
せた場合、光は周回によって繰り返し同じ変調を受ける
ため、変調度の大きな光パルス列が形成される。その結
果、基準信号に同調した周波数の光パルス列を発生する
ことができる。
【００３３】本発明の第２の実施の形態の半導体モード
同期リングレーザでは、第１の実施の形態と同様に横方
向の光閉じ込めが強いハイメサ構造の導波路４，５，６
を使用しているので、導波路４，５の曲げ半径を１００
ミクロン程度まで小さくしても放射損失がほとんど無視
できる。このため、６０ＧＨｚ以上の高い繰り返し周波
数に対応したリング型半導体モード同期レーザを作製す
ることが可能である。
【００３４】図６に本発明の第２の実施の形態の半導体
リングレーザを３０ＧＨｚの外部信号で同期したときの
出力光の自己相関波形を示す。この素子では、導波路の
曲げ半径を１００ミクロン、活性領域の長さを３００ミ
クロンとし、リング共振器長が約６０ＧＨｚの繰り返し
周波数に対応するように設計されている。波形測定時の
活性領域への注入電流は５６ｍＡ、過飽和吸収領域に印
加した逆バイアスは−０．７Ｖ、ｒｆパワーは１５ｄＢ
ｍであった。図６に示すように、入力信号の周波数のち
ょうど２倍の６０ＧＨｚの繰り返し周波数のパルス列が
観測された。また、波形からこのときの６０ＧＨｚにお
ける光変調度を見積もると１０２％となった。なお、過
飽和吸収領域にバイアスを加えないときの閾値電流は１
５ｍＡであり、曲げ導波路の半径をこのように小さくし
ても、放射損失が十分低く抑えられていることがうかが
える。
【００３５】このように、本発明の第２の実施の形態の
半導体リングレーザでは、曲げ導波路部分に小さな曲げ
半径にしても放射損失を抑制できる半導体ハイメサ導波
路を使用しているため、６０ＧＨｚという高い繰り返し
周波数に対応した短い共振器長のリング型半導体モード
同期レーザを作製することができる。
【００３６】＜第３の実施の形態＞図７は、本発明にか
かる半導体リングレーザの第３の実施の形態を説明する
概略図である。本実施の形態では、第２の実施の形態の
半導体リングレーザの過飽和吸収領域３１のかわりに、
多重量子井戸電界吸収型光変調器４１を集積している。
多重量子井戸電界吸収型光変調器４１以外の構成は、図
１の構成と同じであるので、説明を省略する。
【００３７】ここで、多重量子井戸電界吸収型光変調器
４１の図７におけるIII − III′線方向の断面図を図８
に示す。多重量子井戸電界吸収型光変調器４１では、ノ
ンドープInGaAsP 上部ガイド層５１とノンドープInGaAs
P 下部ガイド層５２との間に挟まれるようにInGaAlAs/I
nAlAs 多重量子井戸層５３が形成されている。さらに、
ノンドープInGaAsP 下部ガイド層５２の下にはn-InP 下
部クラッド層５４が、ノンドープInGaAsP 上部ガイド層
５１上にはp-InP 上部クラッド層５５が配置されてい
る。InGaAlAs/InAlAs 多重量子井戸層５３は電界が印加
されることによって吸収係数が変化するので、この領域
に加えられた電気信号に応じて透過光の強度が変調され
る。さらに、InGaAlAs/InAlAs 多重量子井戸層５３およ
びノンドープInGaAsP ガイド層５１，５２の屈折率がn-
InP 下部クラッド層５４およびp-InP 上部クラッド層５
５の屈折率よりも大きくなっているため、光はノンドー
プInGaAsP ガイド層５１，５２より内側に閉じ込めら
れ、多重量子井戸電界吸収型光変調器４１内を長手方向
に伝搬しながら効率的に変調を受ける。
【００３８】また、p-InP 上部クラッド層５５、ノンド
ープInGaAsP 上部ガイド層５１、InGaAlAs/InAlAs 多重
量子井戸層５３、ノンドープInGaAsP 下部ガイド層５２
およびn-InP 下部クラッド層５４の一部を、導波路とな
る領域を除いて反応性イオンエッチングによってエッチ
ングした後、FeドープInP 層５６，５７によって埋め込
み再成長している。FeドープInP 層５６，５７の屈折率
はやはりノンドープInGaAsP ガイド層５１，５２より小
さいので、図８横方向の光閉じ込めが実現される。さら
に、FeドープInP 層５６，５７は高抵抗であるため、多
重量子井戸電界吸収型光変調器４１に逆バイアスを与え
たときにInGaAlAs/InAlAs 多重量子井戸層５３に効果的
に電界が印加される。また、n-InP 下部クラッド層５４
の背面には、ｎ型オーミック電極５８が、p-InP 上部ク
ラッド層５５上にはｐ型オーミック電極５９が形成され
ている。
【００３９】レーザ動作時にこの多重量子井戸電界吸収
型光変調器４１に適当な逆バイアスとともに外部の電気
信号源から発生する基準信号を印加することによって、
基準信号に同調した周波数のモード同期が実現される。
しかも、多重量子井戸電界吸収型光変調器４１を利用し
たモード同期レーザでは、過飽和吸収領域を利用したモ
ード同期レーザよりも効率的に基準信号に同調したモー
ド同期が可能となる。
【００４０】この理由について簡単に説明する。まず、
多重量子井戸電界吸収型光変調器４１は、電界の印加に
よって半導体のバンド端をシフトさせることによって吸
収係数を変化させる。このため、光キャリアの発生によ
って吸収係数を変化させる過飽和吸収現象のようにキャ
リア寿命による変調帯域の制限を受けることがなく、高
周波特性に優れている。例えば、多重量子井戸電界吸収
型変調器単体では５０ＧＨｚを上回る帯域を持つものが
報告されている。また、低い周波数領域での多重量子井
戸電界吸収型変調器の変調効率も十分に高いので、ミリ
波帯の基準信号によって多重量子井戸電界吸収型変調器
を駆動した場合の変調効率は過飽和吸収領域を変調した
場合よりもはるかに高くなる。したがって、ミリ波を同
期入力として使用した場合、多重量子井戸電界吸収型変
調器を内蔵したモード同期レーザでは過飽和吸収領域を
利用した同期レーザよりも周回一回あたりの変調効率を
高くすることができる。このため、多重量子井戸電界吸
収型光変調器４１を利用したモード同期レーザでは、過
飽和吸収領域を利用したモード同期レーザよりも効率的
に基準信号に同調したモード同期が可能となるのであ
る。
【００４１】図９に本発明の第３の実施の形態の半導体
リングレーザを３０ＧＨｚの外部信号で同期したときの
出力光の自己相関波形を示す。この素子では、導波路の
曲げ半径を１００ミクロン、活性領域の長さを３００ミ
クロンとし、リング共振器長が約６０ＧＨｚの繰り返し
周波数に対応するように設計されている。波形測定時の
活性領域への注入電流は６０ｍＡ、過飽和吸収領域に印
加した逆バイアスは−１．２Ｖ、ｒｆパワーは１５ｄＢ
ｍであった。
【００４２】図９に示すように、入力信号の周波数のち
ょうど２倍の６０ＧＨｚの繰り返し周波数のパルス列が
観測された。このように、本発明の第３の実施の形態の
半導体リングレーザでは、第２の実施の形態の半導体リ
ングレーザの場合と同様、半導体ハイメサ導波路を使用
しているため６０ＧＨｚという高い繰り返し周波数に対
応した短い共振器長のリング型半導体モード同期レーザ
を作製することができる。さらに、第３の実施の形態で
は過飽和吸収領域より変調効率の高い多重量子井戸電界
吸収型光変調器を使用しているため、効率的に基準信号
に同期したモード同期が行える。その結果、第３の実施
の形態の半導体リングレーザでは、図６と同じ強度の基
準信号を与えているにも関わらず、図９に見られるよう
に、より変調度の大きな光パルスが得られている。具体
的には、図６の６０ＧＨｚにおける光変調度が１０２％
であるのに対して、図９では１７０％であった。
【００４３】なお上記実施の形態では、活性領域を直線
状の埋め込みヘテロ構造としたが、活性領域を直線状の
リッジ導波路構造としてもよい。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体リ
ングレーザでは、活性領域を直線状の埋め込みヘテロ構
造あるいはリッジ導波路構造とし、なおかつ、少なくと
も曲げ導波路部分をパッシブな半導体ハイメサ導波路で
構成する。このように活性領域を埋め込みヘテロ構造あ
るいはリッジ導波路構造とすることによって、素子の信
頼性を確保することができる。一方、半導体ハイメサ導
波路は、横方向の光閉じ込めが非常に強いので、曲げ半
径を小さくしても放射損失がほとんど発生しない。具体
的には、２００ミクロン程度の半径であれば、放射損失
は無視できる。このため、リングの半径を小さくしても
レーザとしての動作が可能である。さらに、半導体ハイ
メサ導波路のメサ幅は２．５ミクロン程度で単一横モー
ドとなるので、前述のリング全体を埋め込みヘテロ構造
とする場合にくらべてメサの加工が簡単である。もちろ
ん、曲げ導波路を再成長により埋め込む必要もないの
で、比較的容易に横モードを制御することができる。か
くして、リングの半径を小さくしても動作可能で、なお
かつ容易に単一横モード制御ができる半導体リングレー
ザを提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体リングレー
ザを示す概略図。
【図２】埋め込み活性領域の図１におけるＩ−Ｉ′線方
向の断面図。
【図３】半導体ハイメサ導波路の図１におけるII−II′
線方向の断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体リングレー
ザをジャンクションアップでヒートシンク上にマウント
したときの光出力−注入電流特性を示す特性図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の半導体リングレー
ザを示す概略図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体リングレー
ザを３０ＧＨｚの外部信号で同期したときの出力光の自
己相関波形を示す波形図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の半導体リングレー
ザを示す概略図。
【図８】多重量子井戸電界吸収型光変調器の図７におけ
るIII − III′線方向の断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の半導体リングレー
ザを３０ＧＨｚの外部信号で同期したときの出力光の自
己相関波形を示す波形図。
【図１０】従来のリッジ導波路型半導体リングレーザの
構造を示す概略図。
【図１１】リング導波路の図１０におけるIV−IV′線方
向の断面図。
【符号の説明】
１ 埋め込み活性領域 ２ 半導体ハイメサ分波器 ３ 出力端 ４，５，６ 半導体ハイメサ導波路 １１ ノンドープInGaAsP 上部ガイド層 １２ ノンドープInGaAsP 下部ガイド層 １３ InGaAsP/InGaAsP 多重量子井戸層 １４ n-InP 下部クラッド層 １５ p-InP 上部クラッド層 １６，１７ FeドープInP 層 １８ ｎ型オーミック電極 １９ ｐ型オーミック電極 ２１ InGaAsP コア層 ２２ InP 上部クラッド層 ２３ InP 下部クラッド層 ３１ 過飽和吸収領域 ４１ 多重量子井戸電界吸収型光変調器 ５１ ノンドープInGaAsP 上部ガイド層 ５２ ノンドープInGaAsP 下部ガイド層 ５３ InGaAlAs/InAlAs 多重量子井戸層 ５４ n-InP 下部クラッド層 ５５ p-InP 上部クラッド層 ５６，５７ FeドープInP 層 ５８ ｎ型オーミック電極 ５９ ｐ型オーミック電極 ６１ リング導波路 ６２ 出力導波路 ６３ 半導体分波器 ７１ InGaAsP/InGaAsP 多重量子井戸層 ７２ p-InP 上部クラッド層 ７３ n-InP 下部クラッド層 ７４ ｎ型オーミック電極 ７５ ｐ型オーミック電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 啓之 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 竹内 博昭 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 伊藤 弘 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 石橋 忠夫 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 廣田 幸弘 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA07 AA22 AA45 AA66 AA74 AB21 AB25 CA12

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体リングレーザにおいて、少なくと
    も曲げ導波路部分をパッシブな半導体ハイメサ導波路で
    構成したことを特徴とする半導体リングレーザ。
  2. 【請求項２】 半導体リングレーザにおいて、活性領域
    を直線状の埋め込みヘテロ構造とし、なおかつ、少なく
    とも曲げ導波路部分をパッシブな半導体ハイメサ導波路
    で構成したことを特徴とする半導体リングレーザ。
  3. 【請求項３】 半導体リングレーザにおいて、活性領域
    を直線状のリッジ導波路構造とし、なおかつ、少なくと
    も曲げ導波路部分をパッシブな半導体ハイメサ導波路で
    構成したことを特徴とする半導体リングレーザ。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項の
    半導体リングレーザにおいて、該半導体リングレーザは
    共振器内に過飽和吸収領域を集積化したことを特徴とす
    る半導体リングレーザ。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項の
    半導体リングレーザにおいて、該半導体リングレーザは
    共振器内に電界吸収型変調器を集積化したことを特徴と
    する半導体リングレーザ。
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