JP2606838B2 - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
分布帰還型半導体レーザInfo
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- JP2606838B2 JP2606838B2 JP62075691A JP7569187A JP2606838B2 JP 2606838 B2 JP2606838 B2 JP 2606838B2 JP 62075691 A JP62075691 A JP 62075691A JP 7569187 A JP7569187 A JP 7569187A JP 2606838 B2 JP2606838 B2 JP 2606838B2
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- distributed feedback
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光ファイバ通信や光情報処理の光源とし
て使用する分布帰還形半導体レーザに関するものであ
る。
て使用する分布帰還形半導体レーザに関するものであ
る。
第４図は例えばY.イタヤらによるエレクトロニクスレ
ターズ18巻,23号,1006頁（1982年）（Y.Itaya et.al.,E
lectron Lett.,vol.18 No.23 p.1006（1982））に示さ
れた分布帰還形（DFB）半導体レーザを示す断面図であ
り、図において１はｎ−InP基板、２はｎ−InPクラッド
層、３はｎ−InGaAsP活性層、14はｐ−InGaAsPガイド
層、６はｐ−InPクラッド層、７はp+−InGaAsPコンタク
ト層、８はｐ電極、９はｎ電極であり、ガイド層14とク
ラッド層６の間に周期的な回折格子が形成されている。
ターズ18巻,23号,1006頁（1982年）（Y.Itaya et.al.,E
lectron Lett.,vol.18 No.23 p.1006（1982））に示さ
れた分布帰還形（DFB）半導体レーザを示す断面図であ
り、図において１はｎ−InP基板、２はｎ−InPクラッド
層、３はｎ−InGaAsP活性層、14はｐ−InGaAsPガイド
層、６はｐ−InPクラッド層、７はp+−InGaAsPコンタク
ト層、８はｐ電極、９はｎ電極であり、ガイド層14とク
ラッド層６の間に周期的な回折格子が形成されている。
次に動作について説明する。従来のDFBレーザは上記
のような構造であり、ｐ電極８と、ｎ電極９の間に順方
向バイアスを加えると、ｐ電極８からは正孔が、ｎ電極
９からは電子が注入され活性層３で再結合がおこり発光
する。この素子は屈折率の大きな活性層３やガイド層14
を、屈折率の小さなｎ−InPクラッド層２とｐ−InPクラ
ッド層６ではさんだ導波路構造になっているため、発光
した光は活性層３とガイド層14内およびその近傍を、層
に平行な方向に伝搬する。また、ガイド層14は、周期的
に膜厚が変化しているため、実効的な屈折率も周期的に
変化している。この回折格子の周期を、発光した光がブ
ラッグ（Bragg）反射を受ける周期にしておけば、その
ブラッグ反射条件を満たす波長の光のみが導波路構造の
中で反射をくりかえしレーザ発振する。しかし、このよ
うな、屈折率の周期的変化による光の分布帰還を行って
いるDFBレーザは、ブラッグ波長での発振モードはな
く、ブラッグ波長から、少し、長波長側と短波長側にず
れた波長で、それぞれ等しい発振利得をもった発振モー
ドが存在する。つまり原理的には２波長で発振するわけ
であるが、理想状態からのずれ、つまり活性層３やガイ
ド層14の膜厚の不均一性などによりある割合でもって単
一波長で発振する。
のような構造であり、ｐ電極８と、ｎ電極９の間に順方
向バイアスを加えると、ｐ電極８からは正孔が、ｎ電極
９からは電子が注入され活性層３で再結合がおこり発光
する。この素子は屈折率の大きな活性層３やガイド層14
を、屈折率の小さなｎ−InPクラッド層２とｐ−InPクラ
ッド層６ではさんだ導波路構造になっているため、発光
した光は活性層３とガイド層14内およびその近傍を、層
に平行な方向に伝搬する。また、ガイド層14は、周期的
に膜厚が変化しているため、実効的な屈折率も周期的に
変化している。この回折格子の周期を、発光した光がブ
ラッグ（Bragg）反射を受ける周期にしておけば、その
ブラッグ反射条件を満たす波長の光のみが導波路構造の
中で反射をくりかえしレーザ発振する。しかし、このよ
うな、屈折率の周期的変化による光の分布帰還を行って
いるDFBレーザは、ブラッグ波長での発振モードはな
く、ブラッグ波長から、少し、長波長側と短波長側にず
れた波長で、それぞれ等しい発振利得をもった発振モー
ドが存在する。つまり原理的には２波長で発振するわけ
であるが、理想状態からのずれ、つまり活性層３やガイ
ド層14の膜厚の不均一性などによりある割合でもって単
一波長で発振する。
従来のDFBレーザは以上のように構成されており、屈
折率の周期的な変化により分布帰還を行なっているた
め、２波長で発振する可能性があった。またその分布帰
還の強さは、素子の形状によって決められ、素子作製後
制御することができないなどの問題があった。
折率の周期的な変化により分布帰還を行なっているた
め、２波長で発振する可能性があった。またその分布帰
還の強さは、素子の形状によって決められ、素子作製後
制御することができないなどの問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、原理的に単一波長で発振し、分布帰還の
強さを外部から制御できる分布帰還型半導体レーザを得
ることを目的とする。
されたもので、原理的に単一波長で発振し、分布帰還の
強さを外部から制御できる分布帰還型半導体レーザを得
ることを目的とする。
この発明に係る分布帰還型半導体レーザは、基板上に
順次成形された第１の導電型の第１のクラッド層と、該
第１のクラッド層より禁制帯幅の小さい活性層と、該活
性層より禁制帯幅の大きい第２の導電型の第２のクラッ
ド層とを有する半導体レーザにおいて、上記第２のクラ
ッド層中の活性層近傍の活性層に対して平行な面内に、
光の伝搬方向に周期的に埋め込まれた第１の導電型の半
導体からなるゲート層と、該ゲート層の半導体レーザの
光導波路領域以外の領域上に半導体レーザのｐ電極およ
びｎ電極とは独立して設けられた電極とを備えたもので
ある。
順次成形された第１の導電型の第１のクラッド層と、該
第１のクラッド層より禁制帯幅の小さい活性層と、該活
性層より禁制帯幅の大きい第２の導電型の第２のクラッ
ド層とを有する半導体レーザにおいて、上記第２のクラ
ッド層中の活性層近傍の活性層に対して平行な面内に、
光の伝搬方向に周期的に埋め込まれた第１の導電型の半
導体からなるゲート層と、該ゲート層の半導体レーザの
光導波路領域以外の領域上に半導体レーザのｐ電極およ
びｎ電極とは独立して設けられた電極とを備えたもので
ある。
この発明においては上述のようにクラッド層中に該ク
ラッド層と導電型が異なるゲート層を設けかつ該ゲート
層に独立にバイアスを加えられる電極を設けた構成とし
たから、注入されたキャリアは該ゲート層を通過でき
ず、ゲート層のない部分に集中し、そのキャリアの分布
は活性層においても保たれ、発光利得の周期的な分布が
生じる。このような利得の周期構造によっても分布帰還
が起こるが、屈折率の周期構造を持つ場合とは異なりブ
ラッグ波長にいちばん発振しやすいモードを有するため
単一波長で発振する。さらにゲート層に設けた電極に電
圧をかけることによって利得の分布を制御することがで
きる。また、クラッド層中に埋め込み配置される上記ゲ
ート層を半導体からなるものとしたので、製造が容易
で、かつ信頼性の高い半導体レーザを実現できる。
ラッド層と導電型が異なるゲート層を設けかつ該ゲート
層に独立にバイアスを加えられる電極を設けた構成とし
たから、注入されたキャリアは該ゲート層を通過でき
ず、ゲート層のない部分に集中し、そのキャリアの分布
は活性層においても保たれ、発光利得の周期的な分布が
生じる。このような利得の周期構造によっても分布帰還
が起こるが、屈折率の周期構造を持つ場合とは異なりブ
ラッグ波長にいちばん発振しやすいモードを有するため
単一波長で発振する。さらにゲート層に設けた電極に電
圧をかけることによって利得の分布を制御することがで
きる。また、クラッド層中に埋め込み配置される上記ゲ
ート層を半導体からなるものとしたので、製造が容易
で、かつ信頼性の高い半導体レーザを実現できる。
第１図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体
レーザの構造を説明するためその一部分を切除したもの
を示す斜視図であり、第２図は動作原理を説明するため
の第１図Ａ−Ａ′での断面図である。図において第４図
と同一符号は同一あるいは相当部分であり、４はｐ−In
P層、５はｎ−InPゲート層、10は制御電極、11は正孔、
12は電子、13は空乏領域である。
レーザの構造を説明するためその一部分を切除したもの
を示す斜視図であり、第２図は動作原理を説明するため
の第１図Ａ−Ａ′での断面図である。図において第４図
と同一符号は同一あるいは相当部分であり、４はｐ−In
P層、５はｎ−InPゲート層、10は制御電極、11は正孔、
12は電子、13は空乏領域である。
以下、その製造過程を述べることによって構造を説明
する。ｎ−InP基板１上に、ｎ−InPクラッド層２、ｎ−
InPGaAsP活性層３、ｐ−InP層４、ｎ−InPゲート層５を
順次結晶成長させる。次に二光束干渉法等により回折格
子パターン形成後、化学エッチング等でゲート層５より
深くエッチングを行なう。ここでレーザ部分以外のゲー
ト層５はエッチングを行なわずに制御電極10とのオーミ
ックコンタクトをとりやすくしたり、ゲート層５で半導
体レーザの横方向のキャリアの閉じ込めを行なうような
構造にしてもよい。次に、ｐ−InPクラッド層６、p+−I
nGaAsPコンタクト層７を結晶成長させる。制御電極10を
設けるために、コンタクト層７、ｐ−InPクラッド層６
をエッチングし、ゲート層５が一部露出するようにす
る。なおここでゲート層５にSiO2等で一部カバーしてお
いて、選択的にｐ−InPクラッド層６、コンタクト層７
を成長させてもよい。最後に、ｐ電極８、ｎ電極９、制
御電極10を形成して完成する。
する。ｎ−InP基板１上に、ｎ−InPクラッド層２、ｎ−
InPGaAsP活性層３、ｐ−InP層４、ｎ−InPゲート層５を
順次結晶成長させる。次に二光束干渉法等により回折格
子パターン形成後、化学エッチング等でゲート層５より
深くエッチングを行なう。ここでレーザ部分以外のゲー
ト層５はエッチングを行なわずに制御電極10とのオーミ
ックコンタクトをとりやすくしたり、ゲート層５で半導
体レーザの横方向のキャリアの閉じ込めを行なうような
構造にしてもよい。次に、ｐ−InPクラッド層６、p+−I
nGaAsPコンタクト層７を結晶成長させる。制御電極10を
設けるために、コンタクト層７、ｐ−InPクラッド層６
をエッチングし、ゲート層５が一部露出するようにす
る。なおここでゲート層５にSiO2等で一部カバーしてお
いて、選択的にｐ−InPクラッド層６、コンタクト層７
を成長させてもよい。最後に、ｐ電極８、ｎ電極９、制
御電極10を形成して完成する。
次に動作について説明する。上記のように構成された
分布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極８とｎ電極９
の間に順方向バイアスを加えると、第２図に示すよう
に、ｐ電極８からは正孔11が、ｎ電極９からは電子12が
活性層３に注入される。しかしゲート層５の部分はｐ−
ｎ−ｐ接合となっているので、ゲート層５およびそのま
わりの空乏領域13を、正孔11は通過できない。そこで正
孔11はゲート層５の間に集中し、ゲート層５と活性層３
が十分近くにあれば、活性層３における正孔11の分布も
ゲート層の周期構造と同じ周期の分布を持つ。活性層３
に注入された正孔11,電子12はそこで再結合し、発光す
るが、注入される正孔11が周期的な分布を持っているた
め発光利得にも周期性が生じる。このように利得に周期
性がある場合も、従来のDFBレーザのような屈指率の周
期性を持っている場合と同様に分布帰還を受け発振す
る。ここで利得に周期性がある場合、ブラッグ波長にい
ちばん発振しやすいモードがあり原理的に単一波長で発
振する。
分布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極８とｎ電極９
の間に順方向バイアスを加えると、第２図に示すよう
に、ｐ電極８からは正孔11が、ｎ電極９からは電子12が
活性層３に注入される。しかしゲート層５の部分はｐ−
ｎ−ｐ接合となっているので、ゲート層５およびそのま
わりの空乏領域13を、正孔11は通過できない。そこで正
孔11はゲート層５の間に集中し、ゲート層５と活性層３
が十分近くにあれば、活性層３における正孔11の分布も
ゲート層の周期構造と同じ周期の分布を持つ。活性層３
に注入された正孔11,電子12はそこで再結合し、発光す
るが、注入される正孔11が周期的な分布を持っているた
め発光利得にも周期性が生じる。このように利得に周期
性がある場合も、従来のDFBレーザのような屈指率の周
期性を持っている場合と同様に分布帰還を受け発振す
る。ここで利得に周期性がある場合、ブラッグ波長にい
ちばん発振しやすいモードがあり原理的に単一波長で発
振する。
次に、制御電極10を通してゲート層５にバイアスを加
えると、バイアス値に応じて空乏領域13の拡がりが変化
するので、発光利得の分布それに伴う分布帰還の強さを
制御することができる。さらに大きなバイアスを加える
ことにより正孔の注入を遮断することも可能で、制御電
極10によって光の変調ができる。
えると、バイアス値に応じて空乏領域13の拡がりが変化
するので、発光利得の分布それに伴う分布帰還の強さを
制御することができる。さらに大きなバイアスを加える
ことにより正孔の注入を遮断することも可能で、制御電
極10によって光の変調ができる。
なお上記実施例では導電性ｎ−InP基板を使用したDFB
半導体レーザについて述べたが、半絶縁性InP基板ある
いはｐ−InP基板を用いた素子に適用してもよい。その
他GaAs材料など他の材料を使用した素子に適用できるこ
とは言うまでもない。
半導体レーザについて述べたが、半絶縁性InP基板ある
いはｐ−InP基板を用いた素子に適用してもよい。その
他GaAs材料など他の材料を使用した素子に適用できるこ
とは言うまでもない。
また、上記実施例ではゲート層５としてｎ−InP層を
用いたものを示したが、ゲート層５としてｎ−InGaAsP
層を用いてもよい。このような構成にすると、発光利得
の周期性だけではなく屈折率にも周期性が生じ異なった
動作特性を示す。また、第３図に示す本発明の他の実施
例のようにゲート層５をキャビティ方向に対して２分割
以上し、それぞれの領域に独立してバイアスが加えられ
るように制御電極10を形成することによって、結合定数
に空間分布をもたせ発振条件の最適化を行なうことがで
きる。その他、それぞれの領域への注入電流量の違いに
より、波長チューニングの効果も期待できる。
用いたものを示したが、ゲート層５としてｎ−InGaAsP
層を用いてもよい。このような構成にすると、発光利得
の周期性だけではなく屈折率にも周期性が生じ異なった
動作特性を示す。また、第３図に示す本発明の他の実施
例のようにゲート層５をキャビティ方向に対して２分割
以上し、それぞれの領域に独立してバイアスが加えられ
るように制御電極10を形成することによって、結合定数
に空間分布をもたせ発振条件の最適化を行なうことがで
きる。その他、それぞれの領域への注入電流量の違いに
より、波長チューニングの効果も期待できる。
以上のように、この発明によれば基板上に順次形成さ
れた第１の導電型の第１のクラッド層と、該第１のクラ
ッド層より禁制帯幅の小さい活性層と、該活性層より禁
制帯幅の大きい第２の導電型の第２のクラッド層とを有
する半導体レーザにおいて、上記第２のクラッド層中の
活性層近傍の活性層に対して平行な面内に、クラッド層
とは異なる導電型の半導体からなるゲート層を光の伝搬
方向に周期的に設け活性層内での発光利得に周期的分布
を形成させ、かつ該ゲート層に独立した電極を形成し該
電極に電圧を印加することで上記利得の分布を変化させ
る構成としたから、単一波長で発振し、さらに光との結
合定数を制御できる分布帰還型半導体レーザが得られる
効果がある。また、クラッド層中に埋め込み配置される
上記ゲート層を半導体からなるものとしたので、製造が
容易で、かつ信頼性の高い半導体レーザを実現できる効
果がある。
れた第１の導電型の第１のクラッド層と、該第１のクラ
ッド層より禁制帯幅の小さい活性層と、該活性層より禁
制帯幅の大きい第２の導電型の第２のクラッド層とを有
する半導体レーザにおいて、上記第２のクラッド層中の
活性層近傍の活性層に対して平行な面内に、クラッド層
とは異なる導電型の半導体からなるゲート層を光の伝搬
方向に周期的に設け活性層内での発光利得に周期的分布
を形成させ、かつ該ゲート層に独立した電極を形成し該
電極に電圧を印加することで上記利得の分布を変化させ
る構成としたから、単一波長で発振し、さらに光との結
合定数を制御できる分布帰還型半導体レーザが得られる
効果がある。また、クラッド層中に埋め込み配置される
上記ゲート層を半導体からなるものとしたので、製造が
容易で、かつ信頼性の高い半導体レーザを実現できる効
果がある。
第１図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザを示す斜視図であり、第２図はその動作を説明する
ための断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す斜視
図、第４図は従来の分布帰還型半導体レーザを示す断面
図である。 ３はｎ−InGaAsP活性層、４はｐ−InP層、５はｎ−InP
ゲート層、６はｐ−InPクラッド層、８はｐ電極、９は
ｎ電極、10は制御電極である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
ーザを示す斜視図であり、第２図はその動作を説明する
ための断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す斜視
図、第４図は従来の分布帰還型半導体レーザを示す断面
図である。 ３はｎ−InGaAsP活性層、４はｐ−InP層、５はｎ−InP
ゲート層、６はｐ−InPクラッド層、８はｐ電極、９は
ｎ電極、10は制御電極である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 輝仁 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社中央研究所内 (72)発明者 大石 敏之 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−501567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−196088（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に順次成形された第１の導電型の第
１のクラッド層と、該第１のクラッド層より禁制帯幅の
小さい活性層と、該活性層より禁制帯幅の大きい第２の
導電型の第２のクラッド層とを有する半導体レーザにお
いて、 上記第２のクラッド層中の活性層近傍の活性層に対して
平行な面内に、光の伝搬方向に周期的に埋め込まれた第
１の導電型の半導体からなるゲート層と、 該ゲート層の半導体レーザの光導波路領域以外の領域上
に半導体レーザのｐ電極およびｎ電極とは独立して設け
られた電極とを備えたことを特徴とする分布帰還型半導
体レーザ。 - 【請求項２】上記第１の導電型のゲート層は、導電型関
与不純物以外は実質的に上記第２クラッド層と同一組成
の半導体層であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項３】上記第１の導電型のゲート層は、上記第２
のクラッド層より禁制帯幅の小さい半導体層であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分布帰還型半
導体レーザ。 - 【請求項４】上記第１の導電型のゲート層は、上記第２
のクラッド層より禁制帯幅の大きい半導体層であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分布帰還型半
導体レーザ。 - 【請求項５】上記第１の導電型のゲート層は、複数の領
域に分割され、それぞれの領域に独立した電極を具備し
たものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075691A JP2606838B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075691A JP2606838B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63241978A JPS63241978A (ja) | 1988-10-07 |
| JP2606838B2 true JP2606838B2 (ja) | 1997-05-07 |
Family
ID=13583478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62075691A Expired - Lifetime JP2606838B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2606838B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2705409B2 (ja) * | 1991-11-21 | 1998-01-28 | 三菱電機株式会社 | 半導体分布帰還形レーザ装置 |
| JP3204474B2 (ja) * | 1993-03-01 | 2001-09-04 | キヤノン株式会社 | 利得結合分布帰還型半導体レーザとその作製方法 |
| US6072812A (en) * | 1997-08-01 | 2000-06-06 | Lucent Technologies Inc. | Distributed feedback laser with loss coupling |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58196088A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-15 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ素子 |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62075691A patent/JP2606838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63241978A (ja) | 1988-10-07 |
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