JP2003168842A - 波長可変分布帰還型レーザ素子及び波長可変分布帰還型レーザ集積装置 - Google Patents
波長可変分布帰還型レーザ素子及び波長可変分布帰還型レーザ集積装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 モード飛びがなく、波長可変幅が従来より広
く、かつスイッチング速度が速い新規な構成の波長可変
分布帰還型レーザ装置を提供する。 【解決手段】 本波長可変分布帰還型レーザ素子１０
は、ｎ−ＩｎＰ基板１２上に、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド
層１４、ＭＱＷ活性層１６、高ドープｐ／ｎトンネル接
合層１８、ｉ−波長可変層２０、ｐ−ＩｎＰスペーサ層
２２、ｐ−回折格子２４、及びｐ−ＩｎＰ埋め込み層２
６、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２８、及びｐ−ＩｎＰキ
ャップ層３０の積層構造を備える。トンネル接合層１８
は、トンネル効果が起こり得るような空乏層幅の狭いｐ
ｎ接合の層である。ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２６からｎ−
ＩｎＰ下部クラッド層１４の上部までの積層構造は、ス
トライプ状メサとして加工され、メサの両側は、電流ブ
ロック構造で埋め込まれている。ｐ−ＩｎＰキャップ層
上にはｐ側電極３６が、ｎ−ＩｎＰ基板の裏面にはｎ側
電極３８が設けてある。
く、かつスイッチング速度が速い新規な構成の波長可変
分布帰還型レーザ装置を提供する。 【解決手段】 本波長可変分布帰還型レーザ素子１０
は、ｎ−ＩｎＰ基板１２上に、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド
層１４、ＭＱＷ活性層１６、高ドープｐ／ｎトンネル接
合層１８、ｉ−波長可変層２０、ｐ−ＩｎＰスペーサ層
２２、ｐ−回折格子２４、及びｐ−ＩｎＰ埋め込み層２
６、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２８、及びｐ−ＩｎＰキ
ャップ層３０の積層構造を備える。トンネル接合層１８
は、トンネル効果が起こり得るような空乏層幅の狭いｐ
ｎ接合の層である。ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２６からｎ−
ＩｎＰ下部クラッド層１４の上部までの積層構造は、ス
トライプ状メサとして加工され、メサの両側は、電流ブ
ロック構造で埋め込まれている。ｐ−ＩｎＰキャップ層
上にはｐ側電極３６が、ｎ−ＩｎＰ基板の裏面にはｎ側
電極３８が設けてある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変分布帰還
型レーザ素子、及び複数個の波長可変分布帰還型レーザ
素子を備えた波長可変分布帰還型レーザ集積装置に関
し、更に詳細には、波長可変幅が広く、光出力が高く、
スイッチング速度の速い波長可変分布帰還型レーザ素
子、及び波長可変分布帰還型レーザ集積装置に関するも
のである。
型レーザ素子、及び複数個の波長可変分布帰還型レーザ
素子を備えた波長可変分布帰還型レーザ集積装置に関
し、更に詳細には、波長可変幅が広く、光出力が高く、
スイッチング速度の速い波長可変分布帰還型レーザ素
子、及び波長可変分布帰還型レーザ集積装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ＷＤＭシステムの急速な発展により、Ｗ
ＤＭシステムで多重化させる波長数は２００ｃｈ以上に
も及んでいて、波長数に見合った数のレーザが信号光源
として必要とされている。ところで、ＷＤＭシステムの
安定した運営のためには、万が一の信号光源の停止を考
慮して、発振波長が同じレーザをスペア（Spare 、予
備) として信号光源のレーザ数だけ保持する必要があ
る。つまり、チャンネル数と同じ数のスペア・レーザが
必要になる。これでは、ＷＤＭシステムの設備及び運営
コストが増大し、経済的ではない。
ＤＭシステムで多重化させる波長数は２００ｃｈ以上に
も及んでいて、波長数に見合った数のレーザが信号光源
として必要とされている。ところで、ＷＤＭシステムの
安定した運営のためには、万が一の信号光源の停止を考
慮して、発振波長が同じレーザをスペア（Spare 、予
備) として信号光源のレーザ数だけ保持する必要があ
る。つまり、チャンネル数と同じ数のスペア・レーザが
必要になる。これでは、ＷＤＭシステムの設備及び運営
コストが増大し、経済的ではない。
【０００３】そこで、１つのレーザ素子で多数の異なる
波長のレーザ光を出力できる波長可変レーザ、特に波長
可変分布帰還型レーザ素子が注目されている。つまり、
波長可変分布帰還型レーザ素子を信号光源レーザのスペ
アとして用意し、波長可変させて波長の異なる所望のレ
ーザ光を出射させることにより、ＷＤＭシステムのレー
ザのスペア在庫量の軽減と、システムの運営費の低コス
ト化とを実現することができる。
波長のレーザ光を出力できる波長可変レーザ、特に波長
可変分布帰還型レーザ素子が注目されている。つまり、
波長可変分布帰還型レーザ素子を信号光源レーザのスペ
アとして用意し、波長可変させて波長の異なる所望のレ
ーザ光を出射させることにより、ＷＤＭシステムのレー
ザのスペア在庫量の軽減と、システムの運営費の低コス
ト化とを実現することができる。
【０００４】例えば、メトロ用の波長可変レーザとして
は、波長可変幅が１０ｎｍ以上と広く、スイッチイング
速度が比較的速い波長可変レーザが必要とされている。
そのために、これまでいくつかの波長可変レーザが検討
されているが、波長可変型ＤＦＢレーザの一つとして、
例えば特開平２−１１６１８８号公報に示されるよう
に、ＴＴＧレーザ（Tunable Twin Guided Laser ）と呼
ばれるＤＦＢレーザが、報告されている。ＴＴＧレーザ
は、図６に示すように、活性層、回折格子、及び波長可
変層（チューニング層）を結晶成長方向に積層した構造
を有し、活性層とは独立して波長可変層に電流を注入す
ることにより、その部分の屈折率を変化させて発振波長
を変化させる方式の波長可変レーザである。
は、波長可変幅が１０ｎｍ以上と広く、スイッチイング
速度が比較的速い波長可変レーザが必要とされている。
そのために、これまでいくつかの波長可変レーザが検討
されているが、波長可変型ＤＦＢレーザの一つとして、
例えば特開平２−１１６１８８号公報に示されるよう
に、ＴＴＧレーザ（Tunable Twin Guided Laser ）と呼
ばれるＤＦＢレーザが、報告されている。ＴＴＧレーザ
は、図６に示すように、活性層、回折格子、及び波長可
変層（チューニング層）を結晶成長方向に積層した構造
を有し、活性層とは独立して波長可変層に電流を注入す
ることにより、その部分の屈折率を変化させて発振波長
を変化させる方式の波長可変レーザである。
【０００５】ここで、図６を参照して、前掲公報の従来
のＴＴＧレーザの構成を説明する。図６は従来のＴＴＧ
レーザの構成を示す断面図である。前掲公報によれば、
ＴＴＧレーザ６０は、ｐ−ＩｎＰ半導体基板６２上に、
順次、形成された、ｐ−ＩｎＰ緩衝層６４、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ回折格子６６、ＩｎＧａＡｓＰ活性層６８、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ反メルトパック層７０、ｎ−ＩｎＰ中心層
７２、ＩｎＧａＡｓＰ波長変化層７４、ｐ−ＩｎＰ被覆
層７６、およびｐ−主接触層７８の積層構造を備えてい
る。積層構造はストライプ状リッジとして形成され、リ
ッジの両側及び半導体基板６２上がｎ−埋め込み層８０
で埋め込まれている。
のＴＴＧレーザの構成を説明する。図６は従来のＴＴＧ
レーザの構成を示す断面図である。前掲公報によれば、
ＴＴＧレーザ６０は、ｐ−ＩｎＰ半導体基板６２上に、
順次、形成された、ｐ−ＩｎＰ緩衝層６４、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ回折格子６６、ＩｎＧａＡｓＰ活性層６８、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ反メルトパック層７０、ｎ−ＩｎＰ中心層
７２、ＩｎＧａＡｓＰ波長変化層７４、ｐ−ＩｎＰ被覆
層７６、およびｐ−主接触層７８の積層構造を備えてい
る。積層構造はストライプ状リッジとして形成され、リ
ッジの両側及び半導体基板６２上がｎ−埋め込み層８０
で埋め込まれている。
【０００６】主接触層７８上には、第２ｐ側電極８２が
設けてある。また、埋め込み層８０上には、高濃度ドー
プ側方接触層８４を介してｎ側電極８６が設けてある。
また、ｐ−ＩｎＰ半導体基板６２の裏面には、第１ｐ側
電極８８が設けてある。図６中、９０が絶縁膜である。
第１ｐ側電極８８とｎ側電極８６との対が、共振器構造
の電極であり、第２ｐ側電極８２とｎ側電極８６との対
が、波長可変層への電流注入のための電極である。
設けてある。また、埋め込み層８０上には、高濃度ドー
プ側方接触層８４を介してｎ側電極８６が設けてある。
また、ｐ−ＩｎＰ半導体基板６２の裏面には、第１ｐ側
電極８８が設けてある。図６中、９０が絶縁膜である。
第１ｐ側電極８８とｎ側電極８６との対が、共振器構造
の電極であり、第２ｐ側電極８２とｎ側電極８６との対
が、波長可変層への電流注入のための電極である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＴＴＧレーザは、１０
ｎｍ程度の可変幅を有し、モード飛びのない波長可変レ
ーザであるものの、横注入方式のために、活性層への電
流注入構造と波長可変層への電流注入構造の双方が必要
なことから、電流制御が複雑で、かつ作製プロセスも複
雑になり、作製コストが嵩むという問題がある。
ｎｍ程度の可変幅を有し、モード飛びのない波長可変レ
ーザであるものの、横注入方式のために、活性層への電
流注入構造と波長可変層への電流注入構造の双方が必要
なことから、電流制御が複雑で、かつ作製プロセスも複
雑になり、作製コストが嵩むという問題がある。
【０００８】以上のことから、本発明の目的は、従来の
ＴＴＧレーザ構造を改良し、モード飛びがなく、波長可
変幅が比較的広く、かつスイッチング速度が速い、ＤＦ
Ｂレーザを使った新規な構成の波長可変分布帰還型レー
ザ装置を提供する。
ＴＴＧレーザ構造を改良し、モード飛びがなく、波長可
変幅が比較的広く、かつスイッチング速度が速い、ＤＦ
Ｂレーザを使った新規な構成の波長可変分布帰還型レー
ザ装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る波長可変分布帰還型レーザ素子（以
下、第１の発明と言う）は、半導体基板上に、下部クラ
ッド層、活性層、ｐ／ｎトンネル接合層、波長可変層、
回折格子、及び上部クラッド層を有する積層構造と、上
部クラッド層上に、又はキャップ層を介して上部クラッ
ド層上に設けられた一方の電極及び半導体基板の裏面に
設けられた他方の電極の電極構造とを備えていることを
特徴としている。
に、本発明に係る波長可変分布帰還型レーザ素子（以
下、第１の発明と言う）は、半導体基板上に、下部クラ
ッド層、活性層、ｐ／ｎトンネル接合層、波長可変層、
回折格子、及び上部クラッド層を有する積層構造と、上
部クラッド層上に、又はキャップ層を介して上部クラッ
ド層上に設けられた一方の電極及び半導体基板の裏面に
設けられた他方の電極の電極構造とを備えていることを
特徴としている。
【００１０】本発明に係る波長可変分布帰還型レーザ素
子では、一方の電極と他方の電極との間に順方向バイア
ス電圧を印加することにより、ｐ／ｎトンネル接合層の
トンネル接合面でホールを生成し、生成したホールは活
性層に移動する。また、活性層には、基板側のｎ側電極
から電子が供給される。一方、波長可変層には、電子が
ｐ／ｎトンネル接合層を介して供給され、ホールがｐ側
電極から供給される。つまり、ｐ／ｎトンネル接合層の
作用により、活性層と波長可変層とに電流を同時に同じ
電流量を電流注入し、波長可変層の作用により活性層の
発光波長とは異なる波長のレーザ光を出射することがで
きる。本発明では、活性層への電流注入と波長可変層へ
の電流注入とを同時に行い得る簡易な電極構造を実現し
ている。
子では、一方の電極と他方の電極との間に順方向バイア
ス電圧を印加することにより、ｐ／ｎトンネル接合層の
トンネル接合面でホールを生成し、生成したホールは活
性層に移動する。また、活性層には、基板側のｎ側電極
から電子が供給される。一方、波長可変層には、電子が
ｐ／ｎトンネル接合層を介して供給され、ホールがｐ側
電極から供給される。つまり、ｐ／ｎトンネル接合層の
作用により、活性層と波長可変層とに電流を同時に同じ
電流量を電流注入し、波長可変層の作用により活性層の
発光波長とは異なる波長のレーザ光を出射することがで
きる。本発明では、活性層への電流注入と波長可変層へ
の電流注入とを同時に行い得る簡易な電極構造を実現し
ている。
【００１１】本発明に係る波長可変分布帰還型レーザ集
積装置（以下、第２の発明と言う）は、発振波長が相互
に異なる複数個の請求項１に記載の波長可変半導体レー
ザ素子と、複数個の波長可変半導体レーザ素子とそれぞ
れ接続された光合波器とを共通基板上に備え、複数個の
波長可変分布帰還型レーザ素子を切り換え、いずれか一
つを選択して動作させることを特徴としている。
積装置（以下、第２の発明と言う）は、発振波長が相互
に異なる複数個の請求項１に記載の波長可変半導体レー
ザ素子と、複数個の波長可変半導体レーザ素子とそれぞ
れ接続された光合波器とを共通基板上に備え、複数個の
波長可変分布帰還型レーザ素子を切り換え、いずれか一
つを選択して動作させることを特徴としている。
【００１２】本発明の好適な実施態様では、波長可変分
布帰還型レーザ素子の波長可変層及び光合波器の光導波
路層、並びに波長可変分布帰還型レーザ素子と光合波器
とを結ぶ結合光導波路の導波路層が連続した共通層で構
成されている。これにより、波長可変半導体レーザ素子
の活性層に導波路層をバットジョイント接合するプロセ
スを省くことができる。また、更に、光合波器に接続さ
れた光増幅器又は光変調器を備えている。
布帰還型レーザ素子の波長可変層及び光合波器の光導波
路層、並びに波長可変分布帰還型レーザ素子と光合波器
とを結ぶ結合光導波路の導波路層が連続した共通層で構
成されている。これにより、波長可変半導体レーザ素子
の活性層に導波路層をバットジョイント接合するプロセ
スを省くことができる。また、更に、光合波器に接続さ
れた光増幅器又は光変調器を備えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、第１の発明に係る波長可変分布帰還型
レーザ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形
態例の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を示すレー
ザストライプ方向に沿った断面図、及び図２は本実施形
態例の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を示す図１
の線Ｉ−Ｉでの断面図である。本実施形態例の波長可変
分布帰還型レーザ素子１０は、図１に示すように、ｎ−
ＩｎＰ基板１２上に、膜厚２μｍのｎ−ＩｎＰ下部クラ
ッド層１４、ＭＱＷ活性層１６、高ドープｐ／ｎトンネ
ル接合層１８、膜厚０．２２μｍのｉ−波長可変層２
０、膜厚０．１μｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層２２、ｐ−
回折格子２４、及び回折格子２４のｐ−ＩｎＰ埋め込み
層２６、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２８、及びｐ−Ｉｎ
Ｐキャップ層３０の積層構造を備えている。トンネル接
合層１８は、トンネル効果が起こり得るような空乏層幅
の狭いｐｎ接合の層で、例えばそれぞれ高ドープの膜厚
１０ｎｍのｐ−ＩｎＰ層と膜厚１０ｎｍのｐ−ＧａＩｎ
ＡｓＰ層と膜厚１０ｎｍのｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層との多
層膜から構成されている。波長可変層２０は、波長１．
３μｍに相当する半導体層である。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、第１の発明に係る波長可変分布帰還型
レーザ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形
態例の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を示すレー
ザストライプ方向に沿った断面図、及び図２は本実施形
態例の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を示す図１
の線Ｉ−Ｉでの断面図である。本実施形態例の波長可変
分布帰還型レーザ素子１０は、図１に示すように、ｎ−
ＩｎＰ基板１２上に、膜厚２μｍのｎ−ＩｎＰ下部クラ
ッド層１４、ＭＱＷ活性層１６、高ドープｐ／ｎトンネ
ル接合層１８、膜厚０．２２μｍのｉ−波長可変層２
０、膜厚０．１μｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層２２、ｐ−
回折格子２４、及び回折格子２４のｐ−ＩｎＰ埋め込み
層２６、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２８、及びｐ−Ｉｎ
Ｐキャップ層３０の積層構造を備えている。トンネル接
合層１８は、トンネル効果が起こり得るような空乏層幅
の狭いｐｎ接合の層で、例えばそれぞれ高ドープの膜厚
１０ｎｍのｐ−ＩｎＰ層と膜厚１０ｎｍのｐ−ＧａＩｎ
ＡｓＰ層と膜厚１０ｎｍのｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層との多
層膜から構成されている。波長可変層２０は、波長１．
３μｍに相当する半導体層である。
【００１４】積層構造のうち、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２
６からｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１４の上部までの積層
構造は、図２に示すように、活性層１６の幅が１．２μ
ｍになるように、ストライプ状メサとして加工されてい
る。メサの両側は、図２に示すように、ｐ−ＩｎＰ電流
ブロック層３２、次いでｎ−ＩｎＰ電流ブロック層３４
の埋め込み成長によって埋め込まれ、電流ブロック構造
が形成されている。
６からｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１４の上部までの積層
構造は、図２に示すように、活性層１６の幅が１．２μ
ｍになるように、ストライプ状メサとして加工されてい
る。メサの両側は、図２に示すように、ｐ−ＩｎＰ電流
ブロック層３２、次いでｎ−ＩｎＰ電流ブロック層３４
の埋め込み成長によって埋め込まれ、電流ブロック構造
が形成されている。
【００１５】ｐ−ＩｎＰキャップ層３０上にはｐ側電極
３６としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属多層膜が、ｎ−ＩｎＰ
基板１２の裏面には、ｎ側電極３８としてＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕ金属多層膜が設けてある。
３６としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属多層膜が、ｎ−ＩｎＰ
基板１２の裏面には、ｎ側電極３８としてＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕ金属多層膜が設けてある。
【００１６】以下に、図１及び図２を参照して、本実施
形態例の波長可変分布帰還型レーザ素子の作製方法を説
明する。先ず、ｎ−ＩｎＰ基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法
等によって、順次、膜厚２μｍのｎ−ＩｎＰ下部クラッ
ド層１４、ＭＱＷ活性層１６、高ドープｐ／ｎトンネル
接合層１８、膜厚０．２２μｍのｉ−波長可変層２０、
膜厚０．１μｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層２２、及びｐ−
回折格子２４の形成層を成長させる。次いで、回折格子
形成層をエッチングして回折格子２４を形成し、続いて
ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２６を成長させて、回折格子２４
を埋め込む。
形態例の波長可変分布帰還型レーザ素子の作製方法を説
明する。先ず、ｎ−ＩｎＰ基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法
等によって、順次、膜厚２μｍのｎ−ＩｎＰ下部クラッ
ド層１４、ＭＱＷ活性層１６、高ドープｐ／ｎトンネル
接合層１８、膜厚０．２２μｍのｉ−波長可変層２０、
膜厚０．１μｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層２２、及びｐ−
回折格子２４の形成層を成長させる。次いで、回折格子
形成層をエッチングして回折格子２４を形成し、続いて
ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２６を成長させて、回折格子２４
を埋め込む。
【００１７】次いで、図２に示すように、ｐ−ＩｎＰ埋
め込み層２６からｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１４の上部
までをエッチングして、活性層１６の幅が１．２μｍに
なるストライプ状メサを形成する。続いて、ｐ−ＩｎＰ
電流ブロック層３２、次いでｎ−ＩｎＰ電流ブロック層
３４の埋め込み成長によってメサの両側を埋め込み、電
流ブロック構造を形成する。次に、ｐ−ＩｎＰ埋め込み
層２６及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層３４上にｐ−Ｉｎ
Ｐ上部クラッド層２８を再成長させ、更にｐ−ＩｎＰキ
ャップ層３０を成長させる。次いで、ｐ側電極３６とし
てＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属多層膜を、ｎ−ＩｎＰ基板１２
の裏面を研磨して基板厚を調整した後、ｎ側電極３８と
してＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ金属多層膜を設ける。
め込み層２６からｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１４の上部
までをエッチングして、活性層１６の幅が１．２μｍに
なるストライプ状メサを形成する。続いて、ｐ−ＩｎＰ
電流ブロック層３２、次いでｎ−ＩｎＰ電流ブロック層
３４の埋め込み成長によってメサの両側を埋め込み、電
流ブロック構造を形成する。次に、ｐ−ＩｎＰ埋め込み
層２６及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層３４上にｐ−Ｉｎ
Ｐ上部クラッド層２８を再成長させ、更にｐ−ＩｎＰキ
ャップ層３０を成長させる。次いで、ｐ側電極３６とし
てＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属多層膜を、ｎ−ＩｎＰ基板１２
の裏面を研磨して基板厚を調整した後、ｎ側電極３８と
してＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ金属多層膜を設ける。
【００１８】本実施形態例の波長可変分布帰還型レーザ
素子１０では、ｐ側電極３６とｎ側電極３８との間に順
方向バイアス電圧を印加することにより、電子の一部
は、ｐ／ｎトンネル接合層１８を通り抜ける際、トンネ
ル接合面でホールを生成し、生成したホールは活性層１
６に移動する。また、活性層１６にはｎ側電極３６から
電子が供給される。一方、波長可変層２０への電子はｐ
／ｎトンネル接合層１８を介して注入され、ホールはｐ
側電極３６から供給される。つまり、波長可変分布帰還
型レーザ素子１０では、活性層１６への電流注入と波長
可変層２０への電流注入とを同時に行い得る簡易な電極
構造が実現されている。
素子１０では、ｐ側電極３６とｎ側電極３８との間に順
方向バイアス電圧を印加することにより、電子の一部
は、ｐ／ｎトンネル接合層１８を通り抜ける際、トンネ
ル接合面でホールを生成し、生成したホールは活性層１
６に移動する。また、活性層１６にはｎ側電極３６から
電子が供給される。一方、波長可変層２０への電子はｐ
／ｎトンネル接合層１８を介して注入され、ホールはｐ
側電極３６から供給される。つまり、波長可変分布帰還
型レーザ素子１０では、活性層１６への電流注入と波長
可変層２０への電流注入とを同時に行い得る簡易な電極
構造が実現されている。
【００１９】本実施形態例の分布帰還型半導体レーザ素
子１０を試作し、試験したところ、回折格子２４の結合
係数は４２ｃｍ-1、活性層１６の閉じ込め係数は４％、
波長可変層２０の閉じ込め係数３２％が得られた。ま
た、電流注入とともに、波長は、図３に示すように、短
波長側にシフトし、１００ｍＡで可変幅６．５ｎｍを達
成することができた。
子１０を試作し、試験したところ、回折格子２４の結合
係数は４２ｃｍ-1、活性層１６の閉じ込め係数は４％、
波長可変層２０の閉じ込め係数３２％が得られた。ま
た、電流注入とともに、波長は、図３に示すように、短
波長側にシフトし、１００ｍＡで可変幅６．５ｎｍを達
成することができた。
【００２０】実施形態例２
本実施形態例は、第２の発明に係る分布帰還型半導体レ
ーザ集積装置の実施形態の一例であって、図４は本実施
形態例の分布帰還型半導体レーザ集積装置の構成を示す
斜視図である。本実施形態例の波長可変半導体レーザ集
積装置４０は、図４に示すように、２個の個別の波長可
変半導体レーザ素子４２Ａ、Ｂと、第１結合導波路４４
を介して波長可変半導体レーザ素子４２Ａ、Ｂのそれぞ
れに接続された光合波器（ＭＭＩ）４６と、第２結合導
波路４８を介して光合波器４６に接続された光増幅器
（ＳＯＡ）５０とを共通のＩｎＰ基板５２上に備えてい
る。波長可変半導体レーザ素子４２Ａ、Ｂは、それぞ
れ、実施形態例１の波長可変半導体レーザ素子１０の構
成を備え、かつ発振波長が相互に異なる波長可変半導体
レーザ素子である。波長可変半導体レーザ素子４２、第
１結合導波路４４、光合波器４６、第２結合導波路４
８、及び光増幅器５０は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層
からなるｐ／ｎ半導体埋め込み層５４で埋め込まれてい
る。
ーザ集積装置の実施形態の一例であって、図４は本実施
形態例の分布帰還型半導体レーザ集積装置の構成を示す
斜視図である。本実施形態例の波長可変半導体レーザ集
積装置４０は、図４に示すように、２個の個別の波長可
変半導体レーザ素子４２Ａ、Ｂと、第１結合導波路４４
を介して波長可変半導体レーザ素子４２Ａ、Ｂのそれぞ
れに接続された光合波器（ＭＭＩ）４６と、第２結合導
波路４８を介して光合波器４６に接続された光増幅器
（ＳＯＡ）５０とを共通のＩｎＰ基板５２上に備えてい
る。波長可変半導体レーザ素子４２Ａ、Ｂは、それぞ
れ、実施形態例１の波長可変半導体レーザ素子１０の構
成を備え、かつ発振波長が相互に異なる波長可変半導体
レーザ素子である。波長可変半導体レーザ素子４２、第
１結合導波路４４、光合波器４６、第２結合導波路４
８、及び光増幅器５０は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層
からなるｐ／ｎ半導体埋め込み層５４で埋め込まれてい
る。
【００２１】本実施形態例では、波長可変半導体レーザ
素子４２Ａ、Ｂを切り換えていずれか一方を選択的に動
作させることにより、波長可変幅１３ｎｍの広波長可変
幅を得ることができる。また、実施形態例１の波長可変
分布帰還型レーザ素子１０では、図５に示すように、Ｉ
ＴＵ−グリッドの短波長側ほど、注入電流が大きくなり
波長可変層の損失増加を考慮しても光出力が大きくなる
という問題があるが、本実施形態例の波長可変分布帰還
型レーザ集積装置４０では、光増幅器５０の増幅率を制
御することにより、図５に示すように、グリッド間の光
出力を一定にすることができる。例えば光増幅器５０で
光出力を増幅することにより、光出力２０ｍＷの波長可
変半導体レーザ集積装置を実現することができる。
素子４２Ａ、Ｂを切り換えていずれか一方を選択的に動
作させることにより、波長可変幅１３ｎｍの広波長可変
幅を得ることができる。また、実施形態例１の波長可変
分布帰還型レーザ素子１０では、図５に示すように、Ｉ
ＴＵ−グリッドの短波長側ほど、注入電流が大きくなり
波長可変層の損失増加を考慮しても光出力が大きくなる
という問題があるが、本実施形態例の波長可変分布帰還
型レーザ集積装置４０では、光増幅器５０の増幅率を制
御することにより、図５に示すように、グリッド間の光
出力を一定にすることができる。例えば光増幅器５０で
光出力を増幅することにより、光出力２０ｍＷの波長可
変半導体レーザ集積装置を実現することができる。
【００２２】本実施形態例では、第１結合導波路４４、
光増幅器５０の導波路層、及び第２結合導波路４８に
は、波長可変半導体レーザ素子４２Ａ、Ｂの活性層と同
時に成長させたエピタキシャル成長層の連続層を用いる
ことができる。これにより、波長可変半導体レーザ素子
４２の活性層に導波路層をバットジョイント接合するプ
ロセスを省くことができる。また、更に多数個の分布帰
還型半導体レーザ素子を導波路層を介して同一基板上に
集積することも可能である。また、光増幅器５０に代え
て、ＥＡ変調器を設けることもできる。
光増幅器５０の導波路層、及び第２結合導波路４８に
は、波長可変半導体レーザ素子４２Ａ、Ｂの活性層と同
時に成長させたエピタキシャル成長層の連続層を用いる
ことができる。これにより、波長可変半導体レーザ素子
４２の活性層に導波路層をバットジョイント接合するプ
ロセスを省くことができる。また、更に多数個の分布帰
還型半導体レーザ素子を導波路層を介して同一基板上に
集積することも可能である。また、光増幅器５０に代え
て、ＥＡ変調器を設けることもできる。
【００２３】本発明では、活性層、ｐ／ｎトンネル接合
層、波長可変層、回折格子等の上下の層順には制約はな
く、実施形態例１の層順に代えて、例えば、図７（ａ）
から（ｄ）に示すように、種々の層順にすることができ
る。
層、波長可変層、回折格子等の上下の層順には制約はな
く、実施形態例１の層順に代えて、例えば、図７（ａ）
から（ｄ）に示すように、種々の層順にすることができ
る。
【００２４】従来の温度可変ＤＦＢレーザであれば、波
長可変幅は３．２ｎｍ程度であるが、以上の説明から判
るように、本発明の波長可変分布帰還型半導体レーザ素
子の波長可変幅は６．５ｎｍにもなる。光出力は、ＴＴ
Ｇレーザ単体なら１０ｍＷ程度であるが、本発明の波長
可変分布帰還型半導体レーザ素子では、ＳＯＡを集積す
ることにより、３０ｍＷの光出力を得ることができる。
スイッチング速度は、従来の温度可変ＤＦＢレーザなら
１分位要するが、本発明の波長可変分布帰還型半導体レ
ーザ素子では、電流注入に要する時間とおなじ１００ｎ
ｓ位になる。本発明に係る波長可変分布帰還型半導体レ
ーザ素子は、波長可変光ａｄｄ／ｄｒｏｐ、波長ルーテ
ィング等、可変幅が比較的広く、スイッチング速度が速
い素子が求められる用途でも十分に使用可能です。これ
らは、自由自在に波長を割り当てるシステムである。
長可変幅は３．２ｎｍ程度であるが、以上の説明から判
るように、本発明の波長可変分布帰還型半導体レーザ素
子の波長可変幅は６．５ｎｍにもなる。光出力は、ＴＴ
Ｇレーザ単体なら１０ｍＷ程度であるが、本発明の波長
可変分布帰還型半導体レーザ素子では、ＳＯＡを集積す
ることにより、３０ｍＷの光出力を得ることができる。
スイッチング速度は、従来の温度可変ＤＦＢレーザなら
１分位要するが、本発明の波長可変分布帰還型半導体レ
ーザ素子では、電流注入に要する時間とおなじ１００ｎ
ｓ位になる。本発明に係る波長可変分布帰還型半導体レ
ーザ素子は、波長可変光ａｄｄ／ｄｒｏｐ、波長ルーテ
ィング等、可変幅が比較的広く、スイッチング速度が速
い素子が求められる用途でも十分に使用可能です。これ
らは、自由自在に波長を割り当てるシステムである。
【００２５】
【発明の効果】第１の発明によれば、半導体基板上に、
下部クラッド層、活性層、ｐ／ｎトンネル接合層、波長
可変層、回折格子、及び上部クラッド層を有する積層構
造と、積層構造を挟む１対の電極とを備え、ｐ／ｎトン
ネル接合層の作用により、活性層と波長可変層とに同じ
電流量の電流を同時に注入し、波長可変層の作用により
活性層の発光波長とは異なる波長のレーザ光を出射する
ことができる。第２の発明によれば、発振波長が相互に
異なる複数個の本発明に係る波長可変半導体レーザ素子
と光合波器とを共通基板上に備え、複数個の波長可変分
布帰還型レーザ素子を切り換え、いずれか一つを選択し
て動作させることにより、更に波長可変幅が広い分布帰
還型半導体レーザ集積装置を実現している。第１及び第
２の発明により、比較的波長可変幅が広く、光出力が高
く、スイッチング速度が速く、長距離からメトロ領域ま
での広い分野への適用が期待される波長可変レーザを実
現することができる。
下部クラッド層、活性層、ｐ／ｎトンネル接合層、波長
可変層、回折格子、及び上部クラッド層を有する積層構
造と、積層構造を挟む１対の電極とを備え、ｐ／ｎトン
ネル接合層の作用により、活性層と波長可変層とに同じ
電流量の電流を同時に注入し、波長可変層の作用により
活性層の発光波長とは異なる波長のレーザ光を出射する
ことができる。第２の発明によれば、発振波長が相互に
異なる複数個の本発明に係る波長可変半導体レーザ素子
と光合波器とを共通基板上に備え、複数個の波長可変分
布帰還型レーザ素子を切り換え、いずれか一つを選択し
て動作させることにより、更に波長可変幅が広い分布帰
還型半導体レーザ集積装置を実現している。第１及び第
２の発明により、比較的波長可変幅が広く、光出力が高
く、スイッチング速度が速く、長距離からメトロ領域ま
での広い分野への適用が期待される波長可変レーザを実
現することができる。
【図１】実施形態例１の波長可変分布帰還型レーザ素子
の構成を示すレーザストライプ方向に沿った断面図であ
る。
の構成を示すレーザストライプ方向に沿った断面図であ
る。
【図２】実施形態例１の波長可変分布帰還型レーザ素子
の構成を示す図１の線Ｉ−Ｉでの断面図である。
の構成を示す図１の線Ｉ−Ｉでの断面図である。
【図３】注入電流と波長シフト量との関係を示すグラフ
である。
である。
【図４】実施形態例２の波長可変分布帰還型レーザ集積
装置の構成を示す斜視図である。
装置の構成を示す斜視図である。
【図５】ＩＴＵグリッドと光出力との関係を示すグラフ
である。
である。
【図６】ＴＴＧレーザの構成を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、活性層、
ｐ／ｎトンネル接合層、波長可変層、回折格子等の上下
の層順の例を示す模式図である。
ｐ／ｎトンネル接合層、波長可変層、回折格子等の上下
の層順の例を示す模式図である。
１０ 実施形態例１の波長可変分布帰還型レーザ素子
１２ ｎ−ＩｎＰ基板
１４ ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層
１６ ＭＱＷ活性層
１８ 高ドープｐ／ｎトンネル接合層
２０ ｉ−波長可変層
２２ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
２４ ｐ−回折格子
２６ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層
２８ ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
３０ ｐ−ＩｎＰキャップ層
３２ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層
３４ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層
３６ ｐ側電極
３８ ｎ側電極
４０ 波長可変半導体レーザ集積装置
４２ 波長可変半導体レーザ素子
４４ 第１結合導波路
４６ 光合波器（ＭＭＩ）
４８ 第２結合導波路
５０ 光増幅器（ＳＯＡ）
５２ ＩｎＰ基板
５４ ｐ型半導体層とｎ型半導体層からなるｐ／ｎ半導
体埋め込み層 ６０ ＴＴＧレーザ ６２ ｐ−ＩｎＰ半導体基板 ６４ ｐ−ＩｎＰ緩衝層 ６６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子 ６８ ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ７０ ＩｎＧａＡｓＰ反メルトパック層 ７２ ｎ−ＩｎＰ中心層 ７４ ＩｎＧａＡｓＰ波長変化層 ７６ ｐ−ＩｎＰ被覆層 ７８ ｐ−主接触層 ８０ ｎ−埋め込み層 ８２ 第２ｐ側電極 ８４ 高濃度ドープ側方接触層 ８６ ｎ側電極 ８８ 第１ｐ側電極 ９０ 絶縁膜
体埋め込み層 ６０ ＴＴＧレーザ ６２ ｐ−ＩｎＰ半導体基板 ６４ ｐ−ＩｎＰ緩衝層 ６６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子 ６８ ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ７０ ＩｎＧａＡｓＰ反メルトパック層 ７２ ｎ−ＩｎＰ中心層 ７４ ＩｎＧａＡｓＰ波長変化層 ７６ ｐ−ＩｎＰ被覆層 ７８ ｐ−主接触層 ８０ ｎ−埋め込み層 ８２ 第２ｐ側電極 ８４ 高濃度ドープ側方接触層 ８６ ｎ側電極 ８８ 第１ｐ側電極 ９０ 絶縁膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F073 AA22 AA43 AA51 AA64 AA74
AB01 AB06 BA02 CA02 CB00
CB10 CB11 CB21 DA05 DA21
EA04 EA29
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上に、少なくとも、下部クラ
ッド層、活性層、ｐ／ｎトンネル接合層、波長可変層、
回折格子、及び上部クラッド層を有する積層構造と、 上部クラッド層上に、又はキャップ層を介して上部クラ
ッド層上に設けられた一方の電極及び半導体基板の裏面
に設けられた他方の電極の電極構造とを備えていること
を特徴とする波長可変分布帰還型レーザ素子。 - 【請求項２】 発振波長が相互に異なる複数個の請求項
１に記載の波長可変半導体レーザ素子と、 複数個の波長可変半導体レーザ素子とそれぞれ接続され
た光合波器とを共通基板上に備え、複数個の波長可変分
布帰還型レーザ素子を切り換え、いずれか一つを選択し
て動作させることを特徴とする波長可変半導体レーザ集
積装置。 - 【請求項３】 波長可変分布帰還型レーザ素子の波長可
変層及び光合波器の光導波路層、並びに波長可変分布帰
還型レーザ素子と光合波器とを結ぶ結合光導波路の導波
路層が連続した共通層で構成されていることを特徴とす
る請求項２に記載の波長可変分布帰還型レーザ集積装
置。 - 【請求項４】 更に、光合波器に接続された光増幅器、
又は光変調器を備えていることを特徴とする請求項２又
は３に記載の波長可変半導体レーザ集積装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001366482A JP2003168842A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 波長可変分布帰還型レーザ素子及び波長可変分布帰還型レーザ集積装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001366482A JP2003168842A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 波長可変分布帰還型レーザ素子及び波長可変分布帰還型レーザ集積装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003168842A true JP2003168842A (ja) | 2003-06-13 |
Family
ID=19176372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001366482A Pending JP2003168842A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 波長可変分布帰還型レーザ素子及び波長可変分布帰還型レーザ集積装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003168842A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253525A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Hitachi Ltd | 波長可変半導体レーザ装置 |
| JP2009059918A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光半導体デバイス |
| JP2010278329A (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ素子 |
| CN113300213A (zh) * | 2020-06-29 | 2021-08-24 | 武汉云岭光电有限公司 | 一种半导体激光器 |
| CN114944593A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-08-26 | 日照市艾锐光电科技有限公司 | 双波长单片集成半导体激光器及其应用和制备方法 |
| US20230003936A1 (en) * | 2021-06-28 | 2023-01-05 | Seagate Technology Llc | Lidar with plasmonic on-chip light generation |
-
2001
- 2001-11-30 JP JP2001366482A patent/JP2003168842A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253525A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Hitachi Ltd | 波長可変半導体レーザ装置 |
| JP2009059918A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光半導体デバイス |
| JP2010278329A (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ素子 |
| CN113300213A (zh) * | 2020-06-29 | 2021-08-24 | 武汉云岭光电有限公司 | 一种半导体激光器 |
| US20230003936A1 (en) * | 2021-06-28 | 2023-01-05 | Seagate Technology Llc | Lidar with plasmonic on-chip light generation |
| CN114944593A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-08-26 | 日照市艾锐光电科技有限公司 | 双波长单片集成半导体激光器及其应用和制备方法 |
| CN114944593B (zh) * | 2022-07-26 | 2023-02-03 | 日照市艾锐光电科技有限公司 | 双波长单片集成半导体激光器及其应用和制备方法 |
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