JP2544410B2 - 波長可変半導体装置 - Google Patents

波長可変半導体装置

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
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    • H01S5/06255Controlling the frequency of the radiation
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はコヒーレント通信用光源に係り、特に波長可
変性、発振モードの安定性にすぐれたレーザ素子構造に
関する。
〔従来の技術〕
従来の装置は、特開昭61−290789号に記載のように、
DFBレーザの励起用電極を分離し、各々に独立に電流を
流すことによつて発振波長を可変としていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、単一モードの選択性、不均一励起に
伴う発振モードの不安定性については配慮がされておら
ず、波長可変性とモード安定性を同時に満足することが
困難であるという問題点があつた。
本発明の目的は、単一波長で波長可変性,モード安定
性にすぐれた素子をシンプルな構成で実現することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、回折格子として位相シフト型回折格子を
用いること、位相シフト位置をはさむ左右の回折格子に
対応して独立に電極を設け、流す電流比を可変とするこ
とにより構成される。
〔作用〕
分布帰還型半導体レーザの共振器を不均一に励起する
と、各部においてキヤリア密度が異なるため屈折率が変
動し、共振器内の発振位相条件が変化するため発振波長
を可変とすることができる。共振器中に位相シフトを設
けることにより、均一励起時に単一軸モード発振状態が
実現される。これにより、励起の不均一性がそれほど高
くない状態で発振波長を可変とすることが出来るため、
安定な波長可変単一モード発振レーザを実現できる。ま
た、このレーザをしきい値以下で用いることにより、波
長可変な光増幅器、モードフィルタとして働く。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図,第2図,第3図によ
り説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例を示す。
n型InP基板1上に電子ビーム描画法を用いて周期240
nmの回折格子2を形成した。本回折格子は凹凸の周期を
長さ300μm毎に60nmずらした、λ/8シフト型回折格子
である。上記回折格子付基板1上に液相エピタキシヤル
法を用いてInGaAsPガイド層3(n型、組成:λg〜1.3
μm、厚さ:0.2μm)、InGaAsP活性層4(組成:λg
〜1.54μm、厚さ0.1μm)、InGaAsPバツフア層5(p
型、組成:λg〜1.3μm、厚さ:0.1μm)、InPクラツ
ド層6(p型、厚さ:3μm)、InGaAsP表面層7(p
型、組成:λg〜1.15μm、厚さ:0.2μm)を連続的に
積層し、多層構造を形成した。本結晶の表面にストライ
プ状のメサ形状を形成し、活性層の幅を1〜2μmとし
た後、再度液相エピタキシヤル法を用いて高抵抗InP層
8(Feドープ)を埋め込んだ。次いで結晶の上面にZn拡
散した後、上面にAu/Crよりなる正電極9下面にAu−Sn
よりなる負電極10を形成した。正電極はイオンミリング
法を用いて、位相シフト位置11に対応するように二電極
に分割した。
上記ウエハを、共振器長300μmのチツプ状に劈開し
た後、前端面及び後端面にSiNよりなる低反射膜12を形
成し、素子を得た。
上記素子の分割されたそれぞれの正電極91,92に流す
電流密度J1,J2の比を変えると、発振スペクトルの変化
が生じた。第2図に示すようにJ1/(J1+J2)が、0.3〜
0.7の間で単一モード発振が得られ、この間で波長が連
続的にシフトし、1nmの可変幅が得られた。
第3図は本発明の第2の実施例を示す。第1の実施例
とほぼ同様な工程により素子を得た。異なるのは、回折
格子の位相シフト量を120μmとして、λ/4シフト型回
折格子としたこと、シフト位置の左右の回折格子の高さ
を15nm,30nmと異ならせて結合係数Kを約30cm-1,約60cm
-1と非対称化したことにある。
上記素子の分割されたそれぞれの正電極に流す電流密
度J1,J2の比を変えると、第1の実施例とほぼ同様なス
ペクトル変化が観測された。
第4図は本発明の第3の実施例を示す。作製工程は、
第1,第2の実施例とほぼ同様である。回折格子はλ/4シ
フト型を用い、左右の回折格子の高さはほぼ等しくし
た。チツプ劈開時に、シフト位置をはさんだ左右の共振
部長L1,L2の比を0.9から0.4程度に非対称化した。上記
素子の分割されたそれぞれの正電極に流す電流密度J1,J
2の比を変えることにより単一モード発振状態で波長の
可変が可能であつた。
J1/J2比に対する波長可変の様子を調べた結果を第5
図に示す。L1/L2の比が1の場合には波長の変動が小さ
い。一方、比が1から小さくなるにつれ大きな変動幅が
得られた。L1/L2が0.4の場合には、単一発振状態で4nm
程度の波長可変が得られた。
上記素子を発振しきい値電流の0.8倍にバイアスした
状態で、他のレーザ光を注入し、J1/J2の比を変えなが
ら出力光を調べた。レーザ光と、上記素子の発振モード
が一致する点で光の増幅が観察された。波長多重された
信号光(λ=1.544μm,λ=1.542μm)を入射し、
J1,J2の比を変えながら出力光を観測したところ第6図
のように波長分解された光出力特性を確認できた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、1〜4nmの広い波長範囲にわたつて
発振モードが可変となる単一軸モードレーザが得られる
ので、信頼性の高いコヒーレント通信、波長多重用光源
が得られる効果がある。また、このレーザをしきい値以
下で用いることにより、波長選別機能を持つ光増幅器、
光フイルタとして働くため、光交換機,光中継器,光IC
等への応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例になる半導体装置に対応
し、(a)は縦断面図、(b)は横断面図、第2図は第
1の実施例の発振スペクトルの励起比依存特性図、第3
図,第4図は本発明の他の実施例になる半導体装置の縦
断面図、第5図は発振スペクトルの励起比依存特性図、
第6図は活性モードフイルタとしての動作例を示す光出
力特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 魚見 和久 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 坂野 伸治 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−14984(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電界の及ぶ範囲に周期的な屈折率変化を
    有し、この屈折率変化が共振器の途中において位相差を
    有しており、かつこの左右に対応して分離された電極を
    有したことを特徴とする波長可変半導体装置。
  2. 【請求項2】上記位相差が光波長の四分の一程度であ
    り、かつ位相差の生じた点の左右において共振器の構造
    が非対称であることを特徴とする上記第1項記載の波長
    可変半導体装置。
  3. 【請求項3】上記位相差の生じた点が共振器の中央にな
    いことを特徴とする上記第2項記載の波長可変半導体装
    置。
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