JP2663450B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、例えば広帯域通信、高コヒーレント計測
用の光源として使用される半導体レーザ装置に関する。 ［従来の技術］ 半導体レーザ光のスペクトル線幅を狭くする目的で、
外部共振器を光導波路で構成するようにした１チップの
集積化外部共振器型レーザ装置が考えられている。しか
し、この１チップ型の半導体レーザ装置にあっては、通
常の半導体レーザ装置と比較して閾値電圧が高くなる問
題点を有するものであり、さらに注入電流の増減に伴っ
てスペクトル線幅が変化するようになる問題点を有す
る。 第５図は外部共振器型半導体レーザ装置の概略的な構
成を示すもので、この半導体レーザ11で発生されたレー
ザ光は、反射率ほぼ100％の外部鏡12で反射され、共振
するようになっている。ここで半導体レーザ11の両端面
の反射率を、外部鏡12と反対側の出力側の端面Ａで数十
％、外部鏡12がわの端面Ｂでほぼ０％とし、レーザ共振
器が端面Ａと外部鏡12とによって構成されるようにして
いるもので、この共振器長はｌに設定される。 このようなレーザ共振器において、レーザスペクトル
の半値全幅Δflは、共振器長ｌに対して端面Ａおよび外
部鏡12の反射率を、簡単のため同じＲであるとすると、
次のような式で表現されるようになる。 したがって、外部共振器型半導体レーザ装置にあって
は、通常の半導体レーザ装置に比べて共振長ｌを長くと
ることができるので、スペクトル線幅Δflを小さくする
ことができる。 しかし、第５図で示すような構造では、共振長ｌを設
定するときの外部反射鏡およびその支持部品のため、こ
のテバイスサイズが大きくなるものであり、小形で且つ
軽量とされるようになる半導体レーザ装置の特徴が損わ
れるようになる。また、外部的に作用する振動等によっ
て、半導体レーザ11と外部反射鏡12との光軸が狂い易い
ものであり、動作安定性の信頼度に問題がでる。 このような問題点に対処するために、前述したように
１チップ集積化外部共振型レーザ装置が考えられている
もので、この１チップで構成される半導体レーザ装置
は、１つの基板上に半導体レーザおよび光導波路、さら
に回折格子を形成するようにしたものである。しかし、
この半導体レーザ装置では、レーザ発振を起こす最少の
駆動電流である閾値電流が高いものであり、スペクトル
線幅が安定して設定されない。 ［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、充
分に小形で且つ軽量に構成できるように１チップ集積化
外部共振型に構成すると共に、その閾値電流を充分に低
減することが可能とされ、さらに注入電流の増減に伴う
スペクトル線幅の変化が確実に抑制され、動作安定性と
共に信頼性が充分に高められるようにする半導体レーザ
装置を提供しようとするものである。 ［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る半導体レーザ装置にあって
は、半導体レーザと、半導体レーザで発生されたレーザ
光が結合される光導波路と、光導波路に光学的に結合さ
れて光導波路から伝搬される光を光導波路に反射する回
析格子と、を共に基板の主面側に備え、また、半導体レ
ーザ上に第１の電極、光導波路上に第２ので電極、回析
格子上に第３の電極をそれぞれ備える。更に半導体レー
ザを挟んで第１の電極と対向した位置、光導波路を挟ん
で第２の電極と対向した位置、および回析格子を挟んで
第３の電極と対向した位置に形成された対向電極を備
え、基板の上記主面側に形成された表面電極がその対向
電極に電気接続されるようにしている。 ［作用］ 上記のような半導体レーザ装置にあっては、回折格子
部の第３の電極と対応する対向電極との間に順方向ある
いは逆方向の電圧を印加することによって回折格子部の
光導波路の屈折率が制御されるようになり、発振波長を
利得曲線の最大になる波長に一致させることができ、閾
値電流の低減を可能とする。また光導波路の第２の電極
と対応する対向電極との間に順方向あるいは逆方向の電
圧を印加することによって、回折格子と半導体レーザと
を結ぶ光導波路の屈折率が制御される。これによって半
導体レーザに注入される電流が増減したときに生ずる光
学的な共振波長の変化を押えることができ、スペクトル
線幅を低減させることが可能とされる。また、上記対向
電極に対する電圧印加を基板の表面側に形成された対向
電極に電気接続された表面電極から行うものであるた
め、他の集積回路とのモノリシック化（同一基板上への
形成）が容易とされる。 ［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図はその構成を一部切り欠いて示したもので、
21は基板でありこの基板21上にレーザ22、光導波路23お
よび回折格子24が形成されるようになる。ここで、上記
基板21としては電極設計上の自由度から絶縁性基板ある
いは半絶縁性基板であることが望ましいものであるが、
一部の電極を共通にすれば導電性基板によって構成して
もよい。具体的な基板21の構成材料としては、InPある
いはGaAs等のIII−Ｖ族半導体、またはSiが用いられ
る。 上記レーザ22としては、上記基板21上にBH（埋め込み
型）レーザで構成され、このBHレーザ22に光導波路23が
作り込まれるようになっている。このBHレーザ22は、例
えばInGaAsP/InP系、AlGaAs/GaAs系、InGaAsP/GaAs系、
あるいはAlGaAsP/GaAs系の材料によって構成される。そ
して、このBHレーザ22の活性層221が光導波路23と光学
的に結合されるようになっているもので、この活性層22
1で発生した光は、光導波路23を伝搬して回折格子24に
到達し、この回折格子24で反射されて再び光導波路23を
伝搬して活性層221に戻るようになる。 活性層221は、BHレーザ22がInGaAsP/InP系材料で構成
される場合にはInGaAsPを用いて構成されるものであ
り、またAlGaAs/GaAs系材料の場合はGaAsを、InGaAsP/G
aAs系材料の場合はInGaAsPを、またAlGaAsP/GaAs系の場
合はAlGa/AsPをそれぞれ用いるようにする。 上記光導波路23は、基板21上に上記BHレーザ22に結合
されるように形成され、このBHレーザ22と回折格子24と
を結ぶように形成されている。この光導波路23はレーザ
22がInGaAsP/InP系材料の場合、その活性層221よりバン
ドギャップが広い材料であるInGaAsPを用いて構成され
るものであり、またAlGaAs/GaAs系材料の場合はAlGaAs
を、InGaAsP/GaAs系材料の場合はその活性層221よりバ
ンドギャップが広いInGaAsP、さらにAlGaAsP/GaAs系材
料の場合には活性層221よりバンドギャップが広いAlGaA
sPを用いて構成されるようにする。 回折格子24は、上記のように構成される光導波路22の
下側あるいは上側に、ホログラフィック露光、EB露光、
またはFIB露光等を用いて櫛の歯状に形成される。この
回折格子24は、その周期をＡ、光導波路23の屈折率をｎ
とした場合、 λ＝Ａ×n/2 条件を満たす波長λの光に対して鏡として作用するよう
になるものである。 そして、上記BHレーザ22部には制御用の第１の電極25
が形成され、さらに光導波路23および回折格子24に対応
する部分には、それぞれ屈折率を制御するための第２お
よび第３の電極26および27が形成されている。そして、
これら第１乃至第３の電極25〜27それぞれに共通となる
ようにして表面電極としての共通電極28が形成されるよ
うにしているもので、これら電極26〜28は多くの場合金
合金を用いて形成されている。 ここで、上記光導波路23および回折格子24と電極25お
よび26との間には、それぞれバッファ層29および30が形
成されているもので、このバッファ層29、30はそれぞれ
電極25、26を形成したことにより光導波路23の伝搬損失
の増加をできる限り防ぐために形成されるものである。
このバッファ層29、30の材料としては、光導波路材料と
の格子接合した上で、光導波路材料よりもエネルギーギ
ャップが大きく、また屈折率が小さな半導体材料が選定
される。例えばInGaAsP/InP系材料の場合はInPまたは光
導波路材料となるInGaAsPよりエネルギーギャップが大
きなInGaAsPが用いられる。 31〜33はそれぞれ高導電率で且つ上記バッファ層の条
件を満たす半導体層であり、それぞれBHレーザ22、光導
波路23および回折格子24部と、共通電極28とを電気的に
結合するように形成されているもので、さらに半導体層
31〜33により対向電極を形成している。 半導体レーザ22の利得は、温度の影響も受けるもので
あるが、ほぼ活性層221の材料のバンドギャップによっ
て決定される。第２図にその利得曲線の状態を示してい
るものであるが、この利得曲線の最大ピークをとる波長
λgpと回折格子24の周期Λに基づき決定されるブラック
条件を満たす波長λｂ（＝Λ×n/2、但しｎは光導波路2
3の屈折率）、ファブリ・ベロー型共振器において干渉
スペクトルが最大ピークをとるところの波長λrm（＝l/
m、但しｌは共振器長、ｍは正の整数）が一致した場合
に、最大のレーザ出力が得られるようになる。この状態
は第２図の実線で示す波形に対応する。 しかし、従来のこの種半導体レーザ装置にあっては、
回折格子の周期Λと共振器長ｌとを正確にコントロール
することは不可能であり、実際には第２図で破線で示す
ようにλｂがλｂ′のようにずれるものであり、さらに
λrmもλrm′のようにずれるようになる。したがって、
図で破線で示すように２本の発振線が得られるようにな
るものであり、これの大きい方が主モード、小さい方が
副モードと呼ばれている。そして、この場合副モードの
影響によって発振スペクトルの線幅が広がって観察され
るようになる。 またλrmがλgpおよびλｂ′と一致していないもので
あるため、発振スペクトルの強度が弱くなって発振効率
の悪い状態となる。 さらに半導体レーザの注入（駆動）電流を増加させる
と、プラズマ効果等によって半導体レーザの光学的な長
さが変化するようになる。このため、干渉スペクトルの
ピーク位置が移動する。このピークの移動による結果、
上記主モードと副モードの強度比の状態が変化するよう
になり、発振スペクトルの線幅が増減するようになる。 上記実施例で示した半導体レーザ装置にあっては、半
導体レーザ22と外部共振器を構成する回折格子24、さら
に半導体レーザ22と回折格子24とを結ぶ光導波路23が１
チップの基板21上に集積形成されているもので、回折格
子24の周期Λと共に共振長ｌを制御する電極27および26
が、回折格子24および光導波路23それぞれに対応して独
立的に形成されるようになっている。 BHレーザ22として、InGaAsP/InP系の材料を用いた場
合について、以下に説明する。回折格子24部および光導
波路23部は、いずれも上側から電極27および26、バッフ
ァ層30および29、そして光導波層および高導電半導体層
33および32の順に構成されている。そして、これらの層
状部においては、例えばAu−Zn、ｐ−InP、ｎ−InGaAsP
およびn+InPの材料がそれぞれ用いられている。ここでI
nPに代わって光導波層よりも屈折率の低いInGaAsPを用
いるようにしてもよい。 このように構成された状態で、回折格子24に設定され
る第３の電極27と共通電極28との間に、第３の電極に正
の電圧を設定し、共通電極28の負の電圧を設定する準バ
イアスを印加すると、回折格子24の上の光導波路の層に
キャリアが注入されるようになり、プラズマ効果が生じ
て光導波路部分の屈折率が減少する。また上記と逆のバ
イアスを印加すると、回折格子24の上の導波路層に高電
界がかかるようになり、フランツ−ケルディシュ効果に
よるバンドギャップの縮小現象が生ずるようになり、こ
の回折格子24部分の光導波層部分の屈折率が増加するよ
うになる。 このように回折格子24部分の光導波路層部分の屈折率
が、電極27に印加される順あるいは逆バイアスによって
Δｎだけ変化されるようになり、この屈折率の変化に伴
って、第２図で示した損失を最少にする波長をλｂ′
（＝Λ×n/2）からλｂ（＝Λ×8n＋Δｎ）/2）に変え
ることができるようになり、利得曲線のピークλgpと一
致させることができるようになる。 次に光導波路23部分の第２の電極26と共通電極28との
間にバイアス電圧を印加設定した場合を考えると、この
印加されたバイアスによってこの電極26の下の部分の光
導波層の屈折率を上記同様に変化させることができ、共
振波長ｌを制御することができるようになる。したがっ
て、干渉スペクトルのピークの波長をλrm′からλrmに
変化させるように制御できる。 すなわち、以上のことより発振スペクトルを利得曲線
のピーク位置に設定するようにする制御が、第２および
第３の電極26、27に印加されるバイアスによって実行で
きるものであり、高効率、すなわち閾値電流の低減化が
行なえるようになる。 また、第１の電極25によるBHレーザ22部への注入電流
の変化に基づくスペクトル線幅の変化も、光導波路23部
の第２の電極26へ印加されるバイアス電圧を制御するこ
とによって、干渉スペクトルのピーク値に対応する波長
をλrmに固定すれば容易におさえることができるように
なる。 ここで、バッファ層29および30、光導波路23を構成す
る光導波層および高導電伝導度半導体層31〜33として、
それぞれp-InP、n-−InGaAsPおよびn+−InPが用いられ
るものであるが、これはｎ−InP、n-−InGaAsP、および
P+−InPであってもよい。 上記のような半導体レーザ装置において、その各構成
素子であるBHレーザ22、光導波路23、および回折格子24
の各素子の分離は、例えば半絶縁性の基板21上の所望の
部分を残して溝を形成し、その溝の部分を高電導度の半
導体で埋め込むことによって達成できる。そして、さら
に完全な素子分離を行うためには、第１図に231、232等
で示す各素子間を結ぶ光導波層部分にFe等の遷移金属を
イオン注入等でドーピングし、これらの部分を半絶縁性
とするようにすると効果的である。 第３図は半導体レーザ装置の他の例を示しているもの
で、この実施例にあっては基板21部のBHレーザ22部と光
導波路23の電極26に対応する部分との間、さらにこの光
導波路23の電極26に対応する部分と回折格子24部との間
に、それぞれ絶縁層41および42を形成するようにしてい
る。この場合、基板43はｎ型あるいはｐ型の高電導度の
材料で構成し、この基板43の裏面に共通電極28が形成さ
れるようにしている。 第４図はさらに他の実施例を示しているもので、この
実施例にあっては共通電極28を、BHレーザ22、光導波路
23、および回折格子24にそれぞれの第１乃至第３の電極
25〜27にそれぞれ対応するようにして分離し、電極28
1、282、283が形成されるようにする。 したがって、このように共通電極が分離形成されるよ
うにすると特に回折格子24部および光導波路23部へのバ
イアス制御が自由度をもって行なえるようになり、より
効果的な共振器長の制御が可能となるものである。 ［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る半導体レーザ装置によれ
ば、外部共振型レーザが効果的に１チップで構成される
ようになると共に、バイアス制御によって回折格子部の
光導波層の屈折率、さらにこの回折格子とレーザとを結
ぶ光導波路の屈折率が効果的に制御されるようになり、
閾値電流を効果的に低減制御できるようになる。また光
導波路の屈折率もバイアス制御によって制御され、これ
によってレーザに注入される電流が増減したときに生ず
る光学的な共振器長の変化を抑制することができ、スペ
クトル線幅の変化を抑制できるようになる。すなわち、
充分に小形化した状態で、高能率で信頼性の高い半導体
レーザ装置が得られるようになるものである。さらに対
向電極に対する電圧印加を基板を表面側に形成された対
向電極に電気接続された表面電極から行うようにしてい
るものであるため、他の集積回路とのモノリシック化
（同一基板上への形成）が容易とされる。
用の光源として使用される半導体レーザ装置に関する。 ［従来の技術］ 半導体レーザ光のスペクトル線幅を狭くする目的で、
外部共振器を光導波路で構成するようにした１チップの
集積化外部共振器型レーザ装置が考えられている。しか
し、この１チップ型の半導体レーザ装置にあっては、通
常の半導体レーザ装置と比較して閾値電圧が高くなる問
題点を有するものであり、さらに注入電流の増減に伴っ
てスペクトル線幅が変化するようになる問題点を有す
る。 第５図は外部共振器型半導体レーザ装置の概略的な構
成を示すもので、この半導体レーザ11で発生されたレー
ザ光は、反射率ほぼ100％の外部鏡12で反射され、共振
するようになっている。ここで半導体レーザ11の両端面
の反射率を、外部鏡12と反対側の出力側の端面Ａで数十
％、外部鏡12がわの端面Ｂでほぼ０％とし、レーザ共振
器が端面Ａと外部鏡12とによって構成されるようにして
いるもので、この共振器長はｌに設定される。 このようなレーザ共振器において、レーザスペクトル
の半値全幅Δflは、共振器長ｌに対して端面Ａおよび外
部鏡12の反射率を、簡単のため同じＲであるとすると、
次のような式で表現されるようになる。 したがって、外部共振器型半導体レーザ装置にあって
は、通常の半導体レーザ装置に比べて共振長ｌを長くと
ることができるので、スペクトル線幅Δflを小さくする
ことができる。 しかし、第５図で示すような構造では、共振長ｌを設
定するときの外部反射鏡およびその支持部品のため、こ
のテバイスサイズが大きくなるものであり、小形で且つ
軽量とされるようになる半導体レーザ装置の特徴が損わ
れるようになる。また、外部的に作用する振動等によっ
て、半導体レーザ11と外部反射鏡12との光軸が狂い易い
ものであり、動作安定性の信頼度に問題がでる。 このような問題点に対処するために、前述したように
１チップ集積化外部共振型レーザ装置が考えられている
もので、この１チップで構成される半導体レーザ装置
は、１つの基板上に半導体レーザおよび光導波路、さら
に回折格子を形成するようにしたものである。しかし、
この半導体レーザ装置では、レーザ発振を起こす最少の
駆動電流である閾値電流が高いものであり、スペクトル
線幅が安定して設定されない。 ［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、充
分に小形で且つ軽量に構成できるように１チップ集積化
外部共振型に構成すると共に、その閾値電流を充分に低
減することが可能とされ、さらに注入電流の増減に伴う
スペクトル線幅の変化が確実に抑制され、動作安定性と
共に信頼性が充分に高められるようにする半導体レーザ
装置を提供しようとするものである。 ［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る半導体レーザ装置にあって
は、半導体レーザと、半導体レーザで発生されたレーザ
光が結合される光導波路と、光導波路に光学的に結合さ
れて光導波路から伝搬される光を光導波路に反射する回
析格子と、を共に基板の主面側に備え、また、半導体レ
ーザ上に第１の電極、光導波路上に第２ので電極、回析
格子上に第３の電極をそれぞれ備える。更に半導体レー
ザを挟んで第１の電極と対向した位置、光導波路を挟ん
で第２の電極と対向した位置、および回析格子を挟んで
第３の電極と対向した位置に形成された対向電極を備
え、基板の上記主面側に形成された表面電極がその対向
電極に電気接続されるようにしている。 ［作用］ 上記のような半導体レーザ装置にあっては、回折格子
部の第３の電極と対応する対向電極との間に順方向ある
いは逆方向の電圧を印加することによって回折格子部の
光導波路の屈折率が制御されるようになり、発振波長を
利得曲線の最大になる波長に一致させることができ、閾
値電流の低減を可能とする。また光導波路の第２の電極
と対応する対向電極との間に順方向あるいは逆方向の電
圧を印加することによって、回折格子と半導体レーザと
を結ぶ光導波路の屈折率が制御される。これによって半
導体レーザに注入される電流が増減したときに生ずる光
学的な共振波長の変化を押えることができ、スペクトル
線幅を低減させることが可能とされる。また、上記対向
電極に対する電圧印加を基板の表面側に形成された対向
電極に電気接続された表面電極から行うものであるた
め、他の集積回路とのモノリシック化（同一基板上への
形成）が容易とされる。 ［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図はその構成を一部切り欠いて示したもので、
21は基板でありこの基板21上にレーザ22、光導波路23お
よび回折格子24が形成されるようになる。ここで、上記
基板21としては電極設計上の自由度から絶縁性基板ある
いは半絶縁性基板であることが望ましいものであるが、
一部の電極を共通にすれば導電性基板によって構成して
もよい。具体的な基板21の構成材料としては、InPある
いはGaAs等のIII−Ｖ族半導体、またはSiが用いられ
る。 上記レーザ22としては、上記基板21上にBH（埋め込み
型）レーザで構成され、このBHレーザ22に光導波路23が
作り込まれるようになっている。このBHレーザ22は、例
えばInGaAsP/InP系、AlGaAs/GaAs系、InGaAsP/GaAs系、
あるいはAlGaAsP/GaAs系の材料によって構成される。そ
して、このBHレーザ22の活性層221が光導波路23と光学
的に結合されるようになっているもので、この活性層22
1で発生した光は、光導波路23を伝搬して回折格子24に
到達し、この回折格子24で反射されて再び光導波路23を
伝搬して活性層221に戻るようになる。 活性層221は、BHレーザ22がInGaAsP/InP系材料で構成
される場合にはInGaAsPを用いて構成されるものであ
り、またAlGaAs/GaAs系材料の場合はGaAsを、InGaAsP/G
aAs系材料の場合はInGaAsPを、またAlGaAsP/GaAs系の場
合はAlGa/AsPをそれぞれ用いるようにする。 上記光導波路23は、基板21上に上記BHレーザ22に結合
されるように形成され、このBHレーザ22と回折格子24と
を結ぶように形成されている。この光導波路23はレーザ
22がInGaAsP/InP系材料の場合、その活性層221よりバン
ドギャップが広い材料であるInGaAsPを用いて構成され
るものであり、またAlGaAs/GaAs系材料の場合はAlGaAs
を、InGaAsP/GaAs系材料の場合はその活性層221よりバ
ンドギャップが広いInGaAsP、さらにAlGaAsP/GaAs系材
料の場合には活性層221よりバンドギャップが広いAlGaA
sPを用いて構成されるようにする。 回折格子24は、上記のように構成される光導波路22の
下側あるいは上側に、ホログラフィック露光、EB露光、
またはFIB露光等を用いて櫛の歯状に形成される。この
回折格子24は、その周期をＡ、光導波路23の屈折率をｎ
とした場合、 λ＝Ａ×n/2 条件を満たす波長λの光に対して鏡として作用するよう
になるものである。 そして、上記BHレーザ22部には制御用の第１の電極25
が形成され、さらに光導波路23および回折格子24に対応
する部分には、それぞれ屈折率を制御するための第２お
よび第３の電極26および27が形成されている。そして、
これら第１乃至第３の電極25〜27それぞれに共通となる
ようにして表面電極としての共通電極28が形成されるよ
うにしているもので、これら電極26〜28は多くの場合金
合金を用いて形成されている。 ここで、上記光導波路23および回折格子24と電極25お
よび26との間には、それぞれバッファ層29および30が形
成されているもので、このバッファ層29、30はそれぞれ
電極25、26を形成したことにより光導波路23の伝搬損失
の増加をできる限り防ぐために形成されるものである。
このバッファ層29、30の材料としては、光導波路材料と
の格子接合した上で、光導波路材料よりもエネルギーギ
ャップが大きく、また屈折率が小さな半導体材料が選定
される。例えばInGaAsP/InP系材料の場合はInPまたは光
導波路材料となるInGaAsPよりエネルギーギャップが大
きなInGaAsPが用いられる。 31〜33はそれぞれ高導電率で且つ上記バッファ層の条
件を満たす半導体層であり、それぞれBHレーザ22、光導
波路23および回折格子24部と、共通電極28とを電気的に
結合するように形成されているもので、さらに半導体層
31〜33により対向電極を形成している。 半導体レーザ22の利得は、温度の影響も受けるもので
あるが、ほぼ活性層221の材料のバンドギャップによっ
て決定される。第２図にその利得曲線の状態を示してい
るものであるが、この利得曲線の最大ピークをとる波長
λgpと回折格子24の周期Λに基づき決定されるブラック
条件を満たす波長λｂ（＝Λ×n/2、但しｎは光導波路2
3の屈折率）、ファブリ・ベロー型共振器において干渉
スペクトルが最大ピークをとるところの波長λrm（＝l/
m、但しｌは共振器長、ｍは正の整数）が一致した場合
に、最大のレーザ出力が得られるようになる。この状態
は第２図の実線で示す波形に対応する。 しかし、従来のこの種半導体レーザ装置にあっては、
回折格子の周期Λと共振器長ｌとを正確にコントロール
することは不可能であり、実際には第２図で破線で示す
ようにλｂがλｂ′のようにずれるものであり、さらに
λrmもλrm′のようにずれるようになる。したがって、
図で破線で示すように２本の発振線が得られるようにな
るものであり、これの大きい方が主モード、小さい方が
副モードと呼ばれている。そして、この場合副モードの
影響によって発振スペクトルの線幅が広がって観察され
るようになる。 またλrmがλgpおよびλｂ′と一致していないもので
あるため、発振スペクトルの強度が弱くなって発振効率
の悪い状態となる。 さらに半導体レーザの注入（駆動）電流を増加させる
と、プラズマ効果等によって半導体レーザの光学的な長
さが変化するようになる。このため、干渉スペクトルの
ピーク位置が移動する。このピークの移動による結果、
上記主モードと副モードの強度比の状態が変化するよう
になり、発振スペクトルの線幅が増減するようになる。 上記実施例で示した半導体レーザ装置にあっては、半
導体レーザ22と外部共振器を構成する回折格子24、さら
に半導体レーザ22と回折格子24とを結ぶ光導波路23が１
チップの基板21上に集積形成されているもので、回折格
子24の周期Λと共に共振長ｌを制御する電極27および26
が、回折格子24および光導波路23それぞれに対応して独
立的に形成されるようになっている。 BHレーザ22として、InGaAsP/InP系の材料を用いた場
合について、以下に説明する。回折格子24部および光導
波路23部は、いずれも上側から電極27および26、バッフ
ァ層30および29、そして光導波層および高導電半導体層
33および32の順に構成されている。そして、これらの層
状部においては、例えばAu−Zn、ｐ−InP、ｎ−InGaAsP
およびn+InPの材料がそれぞれ用いられている。ここでI
nPに代わって光導波層よりも屈折率の低いInGaAsPを用
いるようにしてもよい。 このように構成された状態で、回折格子24に設定され
る第３の電極27と共通電極28との間に、第３の電極に正
の電圧を設定し、共通電極28の負の電圧を設定する準バ
イアスを印加すると、回折格子24の上の光導波路の層に
キャリアが注入されるようになり、プラズマ効果が生じ
て光導波路部分の屈折率が減少する。また上記と逆のバ
イアスを印加すると、回折格子24の上の導波路層に高電
界がかかるようになり、フランツ−ケルディシュ効果に
よるバンドギャップの縮小現象が生ずるようになり、こ
の回折格子24部分の光導波層部分の屈折率が増加するよ
うになる。 このように回折格子24部分の光導波路層部分の屈折率
が、電極27に印加される順あるいは逆バイアスによって
Δｎだけ変化されるようになり、この屈折率の変化に伴
って、第２図で示した損失を最少にする波長をλｂ′
（＝Λ×n/2）からλｂ（＝Λ×8n＋Δｎ）/2）に変え
ることができるようになり、利得曲線のピークλgpと一
致させることができるようになる。 次に光導波路23部分の第２の電極26と共通電極28との
間にバイアス電圧を印加設定した場合を考えると、この
印加されたバイアスによってこの電極26の下の部分の光
導波層の屈折率を上記同様に変化させることができ、共
振波長ｌを制御することができるようになる。したがっ
て、干渉スペクトルのピークの波長をλrm′からλrmに
変化させるように制御できる。 すなわち、以上のことより発振スペクトルを利得曲線
のピーク位置に設定するようにする制御が、第２および
第３の電極26、27に印加されるバイアスによって実行で
きるものであり、高効率、すなわち閾値電流の低減化が
行なえるようになる。 また、第１の電極25によるBHレーザ22部への注入電流
の変化に基づくスペクトル線幅の変化も、光導波路23部
の第２の電極26へ印加されるバイアス電圧を制御するこ
とによって、干渉スペクトルのピーク値に対応する波長
をλrmに固定すれば容易におさえることができるように
なる。 ここで、バッファ層29および30、光導波路23を構成す
る光導波層および高導電伝導度半導体層31〜33として、
それぞれp-InP、n-−InGaAsPおよびn+−InPが用いられ
るものであるが、これはｎ−InP、n-−InGaAsP、および
P+−InPであってもよい。 上記のような半導体レーザ装置において、その各構成
素子であるBHレーザ22、光導波路23、および回折格子24
の各素子の分離は、例えば半絶縁性の基板21上の所望の
部分を残して溝を形成し、その溝の部分を高電導度の半
導体で埋め込むことによって達成できる。そして、さら
に完全な素子分離を行うためには、第１図に231、232等
で示す各素子間を結ぶ光導波層部分にFe等の遷移金属を
イオン注入等でドーピングし、これらの部分を半絶縁性
とするようにすると効果的である。 第３図は半導体レーザ装置の他の例を示しているもの
で、この実施例にあっては基板21部のBHレーザ22部と光
導波路23の電極26に対応する部分との間、さらにこの光
導波路23の電極26に対応する部分と回折格子24部との間
に、それぞれ絶縁層41および42を形成するようにしてい
る。この場合、基板43はｎ型あるいはｐ型の高電導度の
材料で構成し、この基板43の裏面に共通電極28が形成さ
れるようにしている。 第４図はさらに他の実施例を示しているもので、この
実施例にあっては共通電極28を、BHレーザ22、光導波路
23、および回折格子24にそれぞれの第１乃至第３の電極
25〜27にそれぞれ対応するようにして分離し、電極28
1、282、283が形成されるようにする。 したがって、このように共通電極が分離形成されるよ
うにすると特に回折格子24部および光導波路23部へのバ
イアス制御が自由度をもって行なえるようになり、より
効果的な共振器長の制御が可能となるものである。 ［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る半導体レーザ装置によれ
ば、外部共振型レーザが効果的に１チップで構成される
ようになると共に、バイアス制御によって回折格子部の
光導波層の屈折率、さらにこの回折格子とレーザとを結
ぶ光導波路の屈折率が効果的に制御されるようになり、
閾値電流を効果的に低減制御できるようになる。また光
導波路の屈折率もバイアス制御によって制御され、これ
によってレーザに注入される電流が増減したときに生ず
る光学的な共振器長の変化を抑制することができ、スペ
クトル線幅の変化を抑制できるようになる。すなわち、
充分に小形化した状態で、高能率で信頼性の高い半導体
レーザ装置が得られるようになるものである。さらに対
向電極に対する電圧印加を基板を表面側に形成された対
向電極に電気接続された表面電極から行うようにしてい
るものであるため、他の集積回路とのモノリシック化
（同一基板上への形成）が容易とされる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例に係る半導体レーザ装置を
説明するための一部を切り欠いて示した構成図、第２図
は半導体レーザ装置における利得、損失、透過率さらに
発振スペクトルの状態を説明する図、第３図および第４
図はそれぞれこの発明の他の実施例を説明する構成図、
第５図は外部共振器型半導体レーザ装置の一般的な構成
を説明する図である。 21……基板、22……BH（埋め込み型）レーザ、23……光
導波路、24……回折格子、25〜27……第１乃至第３の電
極、28……共通電極、221……活性層。
説明するための一部を切り欠いて示した構成図、第２図
は半導体レーザ装置における利得、損失、透過率さらに
発振スペクトルの状態を説明する図、第３図および第４
図はそれぞれこの発明の他の実施例を説明する構成図、
第５図は外部共振器型半導体レーザ装置の一般的な構成
を説明する図である。 21……基板、22……BH（埋め込み型）レーザ、23……光
導波路、24……回折格子、25〜27……第１乃至第３の電
極、28……共通電極、221……活性層。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．基板の主面側に形成された半導体レーザと、 上記基板の上記主面側に形成され、上記半導体レーザで
発生されたレーザ光が結合される光導波路と、 上記基板の上記主面側に形成され、上記光導波路に光学
的に結合され、上記光導波路から伝搬される光を上記光
導波路に反射する回析格子と、 上記半導体レーザ上に形成される第１の電極と、 上記光導波路上に形成される第２の電極と、 上記回析格子上に形成される第３の電極と、 上記半導体レーザを挟んで上記第１の電極と対向した位
置、上記光導波路を挟んで上記第２の電極と対向した位
置、および上記回析格子を挟んで上記第３の電極と対向
した位置に形成された対向電極と、 上記基板の上記主面側に形成され、上記対向電極に電気
接続された表面電極と、 を具備したことを特徴とする半導体レーザ装置。 ２．上記対向電極は、上記半導体レーザを挟んで上記第
１の電極と対向した位置、上記光導波路を挟んで上記第
２の電極と対向した位置、および上記回析格子を挟んで
上記第３の電極と対向した位置にそれぞれ形成された複
数の電極で構成されるようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。 ３．上記第１ないし第３の電極は、それぞれ独立的に制
御される電圧が印加される電極であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体レーザ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62219256A JP2663450B2 (ja) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62219256A JP2663450B2 (ja) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6464282A JPS6464282A (en) | 1989-03-10 |
| JP2663450B2 true JP2663450B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=16732669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62219256A Expired - Fee Related JP2663450B2 (ja) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663450B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000294870A (ja) * | 1999-04-08 | 2000-10-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光デバイス |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63237589A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-10-04 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
-
1987
- 1987-09-03 JP JP62219256A patent/JP2663450B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63237589A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-10-04 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6464282A (en) | 1989-03-10 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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