JP2713256B2 - 光通信等に用いる波長可変半導体レーザ - Google Patents
光通信等に用いる波長可変半導体レーザInfo
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- JP2713256B2 JP2713256B2 JP20765095A JP20765095A JP2713256B2 JP 2713256 B2 JP2713256 B2 JP 2713256B2 JP 20765095 A JP20765095 A JP 20765095A JP 20765095 A JP20765095 A JP 20765095A JP 2713256 B2 JP2713256 B2 JP 2713256B2
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、光通信等に用いる
波長可変半導体レーザに関する。
波長可変半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】波長多重（ＷＤＭ；Wavelength Divisio
n Multiplexing）光通信、光計測システム用光源として
の波長可変半導体レーザには、広い波長可変幅、連続的
に波長制御が可能であること、また波長制御のための制
御電流の駆動方法が簡単であること等が要求されてい
る。これまでに多くの波長可変半導体レーザが提案され
ているが、それらは大きく分けて、(1)電流注入型と、
(2)抵抗加熱型に分類することができる。
n Multiplexing）光通信、光計測システム用光源として
の波長可変半導体レーザには、広い波長可変幅、連続的
に波長制御が可能であること、また波長制御のための制
御電流の駆動方法が簡単であること等が要求されてい
る。これまでに多くの波長可変半導体レーザが提案され
ているが、それらは大きく分けて、(1)電流注入型と、
(2)抵抗加熱型に分類することができる。
【０００３】このうち、電流注入型波長可変半導体レー
ザは、応答速度が速いという利点を有するが、波長可変
幅は１０ｎｍ程度と比較的小さい。一方、抵抗加熱型波
長可変半導体レーザは、応答速度はミリ秒程度である
が、約３０ｎｍという広い波長可変幅が得られており、
主として波長可変幅そのものが重要な用途に対しては非
常に有望な光源といえる。
ザは、応答速度が速いという利点を有するが、波長可変
幅は１０ｎｍ程度と比較的小さい。一方、抵抗加熱型波
長可変半導体レーザは、応答速度はミリ秒程度である
が、約３０ｎｍという広い波長可変幅が得られており、
主として波長可変幅そのものが重要な用途に対しては非
常に有望な光源といえる。
【０００４】電流注入型波長可変半導体レーザの従来例
の一つとして、３電極波長可変ＤＢＲ（Distributed Br
agg Reflector；分布ブラッグ反射型）レーザが挙げら
れる。
の一つとして、３電極波長可変ＤＢＲ（Distributed Br
agg Reflector；分布ブラッグ反射型）レーザが挙げら
れる。
【０００５】この種の従来のレーザとしては、例えばＭ
ｕｒａｔａ等による報告（ＩＥＥＥＥｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．１０、ｐｐ．５７７
−５７９、１９８８、Ｓ．Ｍｕｒａｔａ他、「文献１」
という）等に記載されたものがある。
ｕｒａｔａ等による報告（ＩＥＥＥＥｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．１０、ｐｐ．５７７
−５７９、１９８８、Ｓ．Ｍｕｒａｔａ他、「文献１」
という）等に記載されたものがある。
【０００６】前記文献１に記載の波長可変ＤＢＲレーザ
は、電流注入によって利得を生じさせる活性領域、電流
注入によって屈折率変化の生じる位相調整領域、及び回
折格子分布反射器を有するＤＢＲ領域、を素子内部に有
し、ＤＢＲ領域へ電流を注入することによってＤＢＲ領
域の回折格子のブラッグ波長を変化させ、レーザの発振
波長を変化させることができる。また、ＤＢＲ領域への
注入電流とは別に、独立に位相調整領域への注入電流を
制御することで連続波長可変特性も実現できる。
は、電流注入によって利得を生じさせる活性領域、電流
注入によって屈折率変化の生じる位相調整領域、及び回
折格子分布反射器を有するＤＢＲ領域、を素子内部に有
し、ＤＢＲ領域へ電流を注入することによってＤＢＲ領
域の回折格子のブラッグ波長を変化させ、レーザの発振
波長を変化させることができる。また、ＤＢＲ領域への
注入電流とは別に、独立に位相調整領域への注入電流を
制御することで連続波長可変特性も実現できる。
【０００７】また、抵抗加熱型波長可変レーザの従来例
の一つとして、受動導波路加熱型（ＨＯＰＥ）ＤＢＲレ
ーザが挙げられ、例えばＭｏｒｉ等による報告（Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ＩＥＩＣＥ ＯＰ
Ｅ９４−１１２、ＬＱＥ９４−９１（１９９５−０
２）、ｐｐ．２５−３０頁、Ｈ．Ｍｏｒｉ他、「文献
２」という）等がある。
の一つとして、受動導波路加熱型（ＨＯＰＥ）ＤＢＲレ
ーザが挙げられ、例えばＭｏｒｉ等による報告（Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ＩＥＩＣＥ ＯＰ
Ｅ９４−１１２、ＬＱＥ９４−９１（１９９５−０
２）、ｐｐ．２５−３０頁、Ｈ．Ｍｏｒｉ他、「文献
２」という）等がある。
【０００８】このＨＯＰＥ−ＤＢＲレーザは、活性領
域、位相調整領域、及びＤＢＲ領域からなり、位相調整
領域とＤＢＲ領域の導波路上に形成された白金抵抗膜に
電流を流すことによって抵抗膜を発熱させ、位相調整領
域とＤＢＲ領域の媒質の温度上昇に伴う媒質の屈折率変
化を利用して発振波長を変化させるもので、約３０ｎｍ
程度の波長制御ができる。
域、位相調整領域、及びＤＢＲ領域からなり、位相調整
領域とＤＢＲ領域の導波路上に形成された白金抵抗膜に
電流を流すことによって抵抗膜を発熱させ、位相調整領
域とＤＢＲ領域の媒質の温度上昇に伴う媒質の屈折率変
化を利用して発振波長を変化させるもので、約３０ｎｍ
程度の波長制御ができる。
【０００９】これら電流注入型ＤＢＲレーザや、抵抗加
熱型ＤＢＲレーザにおいて、連続的な波長制御を得るた
めには、例えば特開昭６１−５４６９０号公報に記載さ
れているように、下記の関係式（１）を満たすように位
相調整領域及びＤＢＲ領域の注入電流、または各領域の
温度変化を調節する必要がある。
熱型ＤＢＲレーザにおいて、連続的な波長制御を得るた
めには、例えば特開昭６１−５４６９０号公報に記載さ
れているように、下記の関係式（１）を満たすように位
相調整領域及びＤＢＲ領域の注入電流、または各領域の
温度変化を調節する必要がある。
【００１０】 Δｎdbr／Δｎpc＝Ｌpc／（Ｌa＋Ｌpc） …（１）
【００１１】ここで、Δｎdbr、Δｎpcは、それぞれＤ
ＢＲ領域及び位相調整領域に電流注入した時、あるいは
各領域の温度を変化させた時の各領域での等価屈折率の
変化量を示し、Ｌpc、Ｌaは、それぞれ位相調整領域及
び活性領域の領域長を示している。
ＢＲ領域及び位相調整領域に電流注入した時、あるいは
各領域の温度を変化させた時の各領域での等価屈折率の
変化量を示し、Ｌpc、Ｌaは、それぞれ位相調整領域及
び活性領域の領域長を示している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の電流注入型
波長可変ＤＢＲレーザや、抵抗加熱型波長可変ＤＢＲレ
ーザは、単一電流を均一に位相調整領域、及びＤＢＲ領
域へ注入した場合、上式（１）の連続波長制御条件を満
足せず、波長変化が不連続となり、モード飛びの無い連
続波長制御のためには、独立した２つ以上の駆動電流を
必要とし、制御が複雑であるという問題を有していた。
波長可変ＤＢＲレーザや、抵抗加熱型波長可変ＤＢＲレ
ーザは、単一電流を均一に位相調整領域、及びＤＢＲ領
域へ注入した場合、上式（１）の連続波長制御条件を満
足せず、波長変化が不連続となり、モード飛びの無い連
続波長制御のためには、独立した２つ以上の駆動電流を
必要とし、制御が複雑であるという問題を有していた。
【００１３】従って、本発明の目的は、上記問題点を解
消し、電流注入、電圧印加、あるいは温度変化により屈
折率変化の生じる領域と、電流注入、電圧印加、あるい
は温度変化によって屈折率変化の生じない領域とによっ
て一周期が構成された周期構造をＤＢＲ領域に導入する
ことにより、単一電流でモード飛びのない連続波長制御
のできる波長可変ＤＢＲレーザを提供することにある。
消し、電流注入、電圧印加、あるいは温度変化により屈
折率変化の生じる領域と、電流注入、電圧印加、あるい
は温度変化によって屈折率変化の生じない領域とによっ
て一周期が構成された周期構造をＤＢＲ領域に導入する
ことにより、単一電流でモード飛びのない連続波長制御
のできる波長可変ＤＢＲレーザを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、半導体基板上に、電流注入により利得を
生じる活性層を含む活性領域と、電流注入、電圧印加、
及び温度変化のうちの少なくともいずれか一により屈折
率変化を生じるチューニング層を含む位相調整領域と、
ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector；分布ブラッグ
反射）領域とが、共振器方向に一列に配置され、前記Ｄ
ＢＲ領域は周期構造を有し、該周期構造が、電流注入、
電圧印加、及び温度変化のうちの少なくともいずれか一
により屈折率の変化が生じる第１の領域（Ｒ１）と、電
流注入、電圧印加、及び温度変化のいずれによっても屈
折率の変化が生じない第２の領域（Ｒ２）と、でその一
周期が構成されてなることを特徴とする波長可変半導体
レーザを提供する。
め、本発明は、半導体基板上に、電流注入により利得を
生じる活性層を含む活性領域と、電流注入、電圧印加、
及び温度変化のうちの少なくともいずれか一により屈折
率変化を生じるチューニング層を含む位相調整領域と、
ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector；分布ブラッグ
反射）領域とが、共振器方向に一列に配置され、前記Ｄ
ＢＲ領域は周期構造を有し、該周期構造が、電流注入、
電圧印加、及び温度変化のうちの少なくともいずれか一
により屈折率の変化が生じる第１の領域（Ｒ１）と、電
流注入、電圧印加、及び温度変化のいずれによっても屈
折率の変化が生じない第２の領域（Ｒ２）と、でその一
周期が構成されてなることを特徴とする波長可変半導体
レーザを提供する。
【００１５】本発明においては、前記ＤＢＲ領域の周期
構造は、その一周期が、発振光の媒質内波長の１／２の
整数倍の長さとされていることを特徴とする。
構造は、その一周期が、発振光の媒質内波長の１／２の
整数倍の長さとされていることを特徴とする。
【００１６】本発明においては、前記ＤＢＲ領域の周期
構造は、その一周期が次式（２）で規定される関係を満
たすことを特徴とする。
構造は、その一周期が次式（２）で規定される関係を満
たすことを特徴とする。
【００１７】
【数１】
【００１８】但し、Ｌa及びＬpcはそれぞれ活性領域及
び位相調整領域の長さを示し、Λ1、ｎ1は、それぞれ第
１の領域Ｒ１の長さ、第１の領域Ｒ１の等価屈折率を示
し、またΛ2、ｎ2はそれぞれ第２の領域Ｒ２の長さ、第
２の領域Ｒ２の等価屈折率を示している。
び位相調整領域の長さを示し、Λ1、ｎ1は、それぞれ第
１の領域Ｒ１の長さ、第１の領域Ｒ１の等価屈折率を示
し、またΛ2、ｎ2はそれぞれ第２の領域Ｒ２の長さ、第
２の領域Ｒ２の等価屈折率を示している。
【００１９】
【作用】以下、本発明の波長可変ＤＢＲレーザの原理に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００２０】波長可変ＤＢＲレーザにおいて、単一電流
で連続波長制御を実現するためには、上式（１）の連続
波長制御条件を満足するために、単一電流を均一に位相
調整領域、及びＤＢＲ領域に注入したとき、位相調整領
域の等価屈折率変化ΔｎpcをＤＢＲ領域の等価屈折率変
化Δｎdbrよりも大きくなるようにしなければならな
い。
で連続波長制御を実現するためには、上式（１）の連続
波長制御条件を満足するために、単一電流を均一に位相
調整領域、及びＤＢＲ領域に注入したとき、位相調整領
域の等価屈折率変化ΔｎpcをＤＢＲ領域の等価屈折率変
化Δｎdbrよりも大きくなるようにしなければならな
い。
【００２１】この条件は、ＤＢＲ領域に、電流注入、電
圧印加、あるいは温度変化により屈折率変化の生じる第
１の領域Ｒ１と、電流注入、電圧印加、あるいは温度変
化によって屈折率変化の生じない第２の領域Ｒ２とによ
って、一周期が構成された周期構造を導入することによ
り満足することができる。
圧印加、あるいは温度変化により屈折率変化の生じる第
１の領域Ｒ１と、電流注入、電圧印加、あるいは温度変
化によって屈折率変化の生じない第２の領域Ｒ２とによ
って、一周期が構成された周期構造を導入することによ
り満足することができる。
【００２２】更に、ＤＢＲ領域において、第１の領域Ｒ
１の長さΛ1と第２の領域Ｒ２の長さΛ2を上式（２）を
満足するようにした場合、上式（１）の連続波長制御条
件を満足することができる。
１の長さΛ1と第２の領域Ｒ２の長さΛ2を上式（２）を
満足するようにした場合、上式（１）の連続波長制御条
件を満足することができる。
【００２３】このため、本発明によれば、抵抗加熱型、
電流注入型のいずれの場合にも単一電流で連続波長制御
が可能であるため、その駆動回路の大幅な簡単化を計る
ことができる。更に、本発明においては、回折格子一周
期の反射率が例えば約３２％と大きいため、光の反射に
必要な回折格子数は約１０周期程度（長さ約４μｍ）で
あり、レーザの全共振器長を５０μｍ程度にマイクロ共
振器化することができ、極低しきい値発振が可能として
いる。
電流注入型のいずれの場合にも単一電流で連続波長制御
が可能であるため、その駆動回路の大幅な簡単化を計る
ことができる。更に、本発明においては、回折格子一周
期の反射率が例えば約３２％と大きいため、光の反射に
必要な回折格子数は約１０周期程度（長さ約４μｍ）で
あり、レーザの全共振器長を５０μｍ程度にマイクロ共
振器化することができ、極低しきい値発振が可能として
いる。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態例を図面を参
照して以下に説明する。
照して以下に説明する。
【００２５】
【実施形態１】 ＜電流注入型波長可変ＤＢＲレーザ＞ 図１は、本発明の第１の実施形態に係る１．５５μｍ帯
の電流注入型波長可変ＤＢＲレーザを製造工程順に模式
的に示した図である。
の電流注入型波長可変ＤＢＲレーザを製造工程順に模式
的に示した図である。
【００２６】まず、図１（Ａ）に示すように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１上に全面に、一回目のＭＯＶＰＥ（Metal Orga
nic Vapor Phase Epitaxial Grouth；有機金属気相エピ
タキシャル成長）で、組成波長１．２μｍ、層厚１００
ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰの第１の光閉じ込め層２、層
厚１０ｎｍのｎ−ＩｎＰエッチストップ層３、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰの１０ペアの多重量子井戸層
４、組成波長１．２μｍ、層厚１００ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰの第２の光閉じ込め層５、層厚１０ｎｍのｐ−Ｉｎ
Ｐ層６を順に成長する。
Ｐ基板１上に全面に、一回目のＭＯＶＰＥ（Metal Orga
nic Vapor Phase Epitaxial Grouth；有機金属気相エピ
タキシャル成長）で、組成波長１．２μｍ、層厚１００
ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰの第１の光閉じ込め層２、層
厚１０ｎｍのｎ−ＩｎＰエッチストップ層３、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰの１０ペアの多重量子井戸層
４、組成波長１．２μｍ、層厚１００ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰの第２の光閉じ込め層５、層厚１０ｎｍのｐ−Ｉｎ
Ｐ層６を順に成長する。
【００２７】この時、多重量子井戸層４は、組成波長
１．６μｍ、層厚７ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層
と、組成波長１．２μｍ、層厚１０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐバリア層とからなり、利得ピーク波長を１．５５μｍ
に設定した。
１．６μｍ、層厚７ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層
と、組成波長１．２μｍ、層厚１０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐバリア層とからなり、利得ピーク波長を１．５５μｍ
に設定した。
【００２８】次に、図１（Ｂ）に示すように、通常のフ
ォトリソグラフィーを用いて、位相調整領域とＤＢＲ領
域において、ｐ−ＩｎＰ層６、ＩｎＧａＡｓＰの第２の
光閉じ込め層５、及びＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸層４を選択的にエッチング除去する。
ォトリソグラフィーを用いて、位相調整領域とＤＢＲ領
域において、ｐ−ＩｎＰ層６、ＩｎＧａＡｓＰの第２の
光閉じ込め層５、及びＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸層４を選択的にエッチング除去する。
【００２９】次に、図１（Ｃ）に示すように、二回目の
ＭＯＶＰＥで、位相調整領域とＤＢＲ領域のみに、組成
１．３μｍ、層厚３７０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰチューニ
ング層７、ｐ−ＩｎＰ層６を選択的に成長する。次に、
電子ビーム露光法及び塩酸系エッチャントを用いたウエ
ットエッチングまたはドライエッチング等を用いて、Ｄ
ＢＲ領域に、周期３９０ｎｍのストライプ状回折格子パ
ターンを形成する。そして、ＤＢＲ領域の回折格子の谷
の部分に、ＳｉＯ2等の誘電体層８を埋め込む。
ＭＯＶＰＥで、位相調整領域とＤＢＲ領域のみに、組成
１．３μｍ、層厚３７０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰチューニ
ング層７、ｐ−ＩｎＰ層６を選択的に成長する。次に、
電子ビーム露光法及び塩酸系エッチャントを用いたウエ
ットエッチングまたはドライエッチング等を用いて、Ｄ
ＢＲ領域に、周期３９０ｎｍのストライプ状回折格子パ
ターンを形成する。そして、ＤＢＲ領域の回折格子の谷
の部分に、ＳｉＯ2等の誘電体層８を埋め込む。
【００３０】次に、図１（Ｄ）に示すように、三回目の
ＭＯＶＰＥで、全領域に、層厚５００ｎｍのｐ−ＩｎＰ
層６、層厚１００ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチスト
ップ層９、層厚１．５μｍのｐ−ＩｎＰクラッド層１
０、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１を成長する。
この時、ＤＢＲ領域の誘電体層８の部分は、最初のｐ−
ＩｎＰ層６によって完全に埋め込まれる。
ＭＯＶＰＥで、全領域に、層厚５００ｎｍのｐ−ＩｎＰ
層６、層厚１００ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチスト
ップ層９、層厚１．５μｍのｐ−ＩｎＰクラッド層１
０、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１を成長する。
この時、ＤＢＲ領域の誘電体層８の部分は、最初のｐ−
ＩｎＰ層６によって完全に埋め込まれる。
【００３１】次に、フォトリソグラフィーとウエットエ
ッチングあるいはドライエッチングによりリッジ導波路
を形成する。最後に、３００ｎｍ厚のＳｉＯ2膜１２を
熱ＣＶＤで成膜し、フォトリソグラフィーを用いて、各
領域に電流注入用の窓を開け、スパッタリング等を用い
て、ｐ側にＡｕ／Ｔｉ電極１３を、ｎ側にＡｕ／Ｔｉ電
極１４を形成して、波長１．５５μｍ帯の波長可変ＤＢ
Ｒレーザを実現することができた。
ッチングあるいはドライエッチングによりリッジ導波路
を形成する。最後に、３００ｎｍ厚のＳｉＯ2膜１２を
熱ＣＶＤで成膜し、フォトリソグラフィーを用いて、各
領域に電流注入用の窓を開け、スパッタリング等を用い
て、ｐ側にＡｕ／Ｔｉ電極１３を、ｎ側にＡｕ／Ｔｉ電
極１４を形成して、波長１．５５μｍ帯の波長可変ＤＢ
Ｒレーザを実現することができた。
【００３２】この波長可変ＤＢＲレーザは、ＤＢＲ領域
の回折格子２０が、組成波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐのチューニング層７（電流注入によって屈折率が変化
する層で、幅１２０ｎｍ）と、誘電体層８（屈折率が変
化しない層で、幅２７０ｎｍ）によって形成されている
ため、位相調整領域とＤＢＲ領域に均一に電流を注入し
た時、ＤＢＲ領域の等価屈折率変化Δｎdbrを、位相調
整領域の等価屈折率変化Δｎpcの１／２にすることがで
きる。
の回折格子２０が、組成波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐのチューニング層７（電流注入によって屈折率が変化
する層で、幅１２０ｎｍ）と、誘電体層８（屈折率が変
化しない層で、幅２７０ｎｍ）によって形成されている
ため、位相調整領域とＤＢＲ領域に均一に電流を注入し
た時、ＤＢＲ領域の等価屈折率変化Δｎdbrを、位相調
整領域の等価屈折率変化Δｎpcの１／２にすることがで
きる。
【００３３】その結果、連続波長制御条件式（１）を満
足するように、活性領域を３００μｍ、位相調整領域を
３００μｍ、ＤＢＲ領域を１００μｍに切り出した素子
において、両端面劈開の状態で、室温連続動作時、発振
しきい値電流１０ｍＡ、片側光出力３０ｍＷ、単一電流
を位相調整領域とＤＢＲ領域に流すことで連続波長可変
幅７ｎｍという良好な特性を得ることができた。
足するように、活性領域を３００μｍ、位相調整領域を
３００μｍ、ＤＢＲ領域を１００μｍに切り出した素子
において、両端面劈開の状態で、室温連続動作時、発振
しきい値電流１０ｍＡ、片側光出力３０ｍＷ、単一電流
を位相調整領域とＤＢＲ領域に流すことで連続波長可変
幅７ｎｍという良好な特性を得ることができた。
【００３４】
【実施形態２】 ＜マイクロ共振器波長可変ＤＢＲレー
ザ＞ 図２は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロ共振器
波長可変ＤＢＲレーザの構造を模式的に示す図である。
ザ＞ 図２は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロ共振器
波長可変ＤＢＲレーザの構造を模式的に示す図である。
【００３５】このＤＢＲレーザは、前記第１の実施形態
の電流注入型波長可変ＤＢＲレーザにおけるＤＢＲ領域
を、さらに活性領域を挟んで反対側にも設けた構造をし
ており、作製工程等は、前記第１の実施形態と同じであ
る。
の電流注入型波長可変ＤＢＲレーザにおけるＤＢＲ領域
を、さらに活性領域を挟んで反対側にも設けた構造をし
ており、作製工程等は、前記第１の実施形態と同じであ
る。
【００３６】前記第１の実施形態のＤＢＲレーザの回折
格子２０は、一周期当たり約３２％の反射率が得られる
ため、回折格子２０を５周期程度設けるだけで９０％以
上の分布反射器の反射率を得ることができる。
格子２０は、一周期当たり約３２％の反射率が得られる
ため、回折格子２０を５周期程度設けるだけで９０％以
上の分布反射器の反射率を得ることができる。
【００３７】その結果、素子の両側にＤＢＲ領域を有す
る図２のマイクロ共振器波長可変ＤＢＲレーザは、共振
器長を大幅に短くすることができた。
る図２のマイクロ共振器波長可変ＤＢＲレーザは、共振
器長を大幅に短くすることができた。
【００３８】作製したマイクロ共振器波長可変ＤＢＲレ
ーザは、素子両側のＤＢＲ領域長を１０μｍ、活性領域
長を２０μｍ、位相調整領域長を２０μｍで切り出した
ところ、両端面劈開状態で、発振しきい値電流２００μ
Ａで発振し、位相調整領域とＤＢＲ領域に均一に電流を
流すことで連続波長可変幅５ｎｍという良好な特性を得
ることができた。
ーザは、素子両側のＤＢＲ領域長を１０μｍ、活性領域
長を２０μｍ、位相調整領域長を２０μｍで切り出した
ところ、両端面劈開状態で、発振しきい値電流２００μ
Ａで発振し、位相調整領域とＤＢＲ領域に均一に電流を
流すことで連続波長可変幅５ｎｍという良好な特性を得
ることができた。
【００３９】また、自然放出光増大係数の増大というマ
イクロ共振器効果も観測された。
イクロ共振器効果も観測された。
【００４０】
【実施形態３】 ＜抵抗加熱型波長可変ＤＢＲレーザ＞ 図３は、本発明の第３の実施形態に係る抵抗加熱型波長
可変ＤＢＲレーザの構造を模式的に示す図である。
可変ＤＢＲレーザの構造を模式的に示す図である。
【００４１】本実施形態に係るレーザの作製方法は、基
本的に前記第１の実施形態と同じであるが、最後の電極
形成プロセスのみが異なり、次のようになる。
本的に前記第１の実施形態と同じであるが、最後の電極
形成プロセスのみが異なり、次のようになる。
【００４２】図３を参照して、３００ｎｍ厚のＳｉＯ2
膜１２を熱ＣＶＤ等で成膜し、フォトリソグラフィーを
用いて、活性領域のみに窓を開ける。位相調整領域とＤ
ＢＲ領域には窓を開けない。
膜１２を熱ＣＶＤ等で成膜し、フォトリソグラフィーを
用いて、活性領域のみに窓を開ける。位相調整領域とＤ
ＢＲ領域には窓を開けない。
【００４３】そして、スパッタリング等でｐ側に、Ａｕ
／Ｐｔ／Ｔｉ電極１５及び１６を、ｎ側にＡｕ／Ｔｉ電
極１４を形成する。
／Ｐｔ／Ｔｉ電極１５及び１６を、ｎ側にＡｕ／Ｔｉ電
極１４を形成する。
【００４４】そして、位相調整領域とＤＢＲ領域のｐ側
電極のＡｕ層１６をエッチングで除去し、Ｐｔ／Ｔｉ電
極１５とすることで、位相調整領域及びＤＢＲ領域に形
成されたＰｔ／Ｔｉ電極に電流を流したとき、Ｐｔの抵
抗で発熱するようにする。
電極のＡｕ層１６をエッチングで除去し、Ｐｔ／Ｔｉ電
極１５とすることで、位相調整領域及びＤＢＲ領域に形
成されたＰｔ／Ｔｉ電極に電流を流したとき、Ｐｔの抵
抗で発熱するようにする。
【００４５】このようにして、抵抗加熱型波長可変ＤＢ
Ｒレーザを実現することができた。
Ｒレーザを実現することができた。
【００４６】この波長可変ＤＢＲレーザでは、回折格子
２０を形成しているＳｉＯ2層の、温度変化に伴う屈折
率変化が、半導体層の屈折率変化に比べて十分小さいた
め、Ｐｔ／Ｔｉ電極が発熱したとき、位相調整領域とＤ
ＢＲ領域の温度上昇が同じでも、Δｎpc＝２×Δｎdbr
とすることができ、上式（１）の連続波長制御条件を満
足することができる。
２０を形成しているＳｉＯ2層の、温度変化に伴う屈折
率変化が、半導体層の屈折率変化に比べて十分小さいた
め、Ｐｔ／Ｔｉ電極が発熱したとき、位相調整領域とＤ
ＢＲ領域の温度上昇が同じでも、Δｎpc＝２×Δｎdbr
とすることができ、上式（１）の連続波長制御条件を満
足することができる。
【００４７】活性領域を３００μｍ、位相調整領域を３
００μｍ、ＤＢＲ領域を１００μｍに切り出した素子に
おいて、両端面劈開の状態で、室温連続動作時、発振し
きい値電流１０ｍＡ、片側光出力３０ｍＷ、単一電流を
Ｐｔ／Ｔｉ電極に流すことで連続波長可変幅１５ｎｍと
いう良好な特性を得ることができた。
００μｍ、ＤＢＲ領域を１００μｍに切り出した素子に
おいて、両端面劈開の状態で、室温連続動作時、発振し
きい値電流１０ｍＡ、片側光出力３０ｍＷ、単一電流を
Ｐｔ／Ｔｉ電極に流すことで連続波長可変幅１５ｎｍと
いう良好な特性を得ることができた。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように，本発明による波長
可変半導体レーザは、抵抗加熱型、電流注入型のいずれ
の場合にも単一電流で連続波長制御が可能であるため、
その駆動回路の大幅な簡単化を計ることができるという
利点を有する。
可変半導体レーザは、抵抗加熱型、電流注入型のいずれ
の場合にも単一電流で連続波長制御が可能であるため、
その駆動回路の大幅な簡単化を計ることができるという
利点を有する。
【００４９】更に、本発明の波長可変レーザは、回折格
子一周期の反射率が約３２％と大きいため、光の反射に
必要な回折格子数は約１０周期程度（長さ約４μｍ）と
され、レーザの全共振器長を５０μｍ程度にマイクロ共
振器化することができ、極低しきい値発振が可能であ
り、コンピュータ内のインターコネクション等にも応用
できるという利点を有する。
子一周期の反射率が約３２％と大きいため、光の反射に
必要な回折格子数は約１０周期程度（長さ約４μｍ）と
され、レーザの全共振器長を５０μｍ程度にマイクロ共
振器化することができ、極低しきい値発振が可能であ
り、コンピュータ内のインターコネクション等にも応用
できるという利点を有する。
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するために製造
工程順に模式的に示した図である。
工程順に模式的に示した図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成を説明するため
の図である。
の図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成を説明するため
の図である。
の図である。
１ ｎ−ＩｎＰ半導体基板 ２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ第１光閉じ込め層 ３ ｎ−ＩｎＰエッチストップ層 ４ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層 ５ ＩｎＧａＡｓＰ第２光閉じ込め層 ６ ｐ−ＩｎＰ層 ７ ＩｎＧａＡｓＰチューニング層 ８ 誘電体層 ９ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層 １０ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １１ ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １２ ＳｉＯ2膜 １３ ｐ側Ａｕ／Ｔｉ電極 １４ ｎ側Ａｕ／Ｔｉ電極 １５ Ｐｔ／Ｔｉ電極 １６ Ａｕ電極 ２０ 回折格子
Claims (6)
- 【請求項１】半導体基板上に、電流注入により利得を生
じる活性層を含む活性領域と、 電流注入、電圧印加、及び温度変化のうちの少なくとも
いずれか一により屈折率変化を生じるチューニング層を
含む位相調整領域と、 ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector；分布ブラッグ
反射）領域とが、 共振器方向に一列に配置され、 前記ＤＢＲ領域は周期構造を有し、 該周期構造が、電流注入、電圧印加、及び温度変化のう
ちの少なくともいずれか一により屈折率の変化が生じる
第１の領域（Ｒ１）と、 電流注入、電圧印加、及び温度変化のいずれによっても
屈折率の変化が生じない第２の領域（Ｒ２）と、でその
一周期が構成されてなることを特徴とする波長可変半導
体レーザ。 - 【請求項２】前記ＤＢＲ領域の周期構造は、その一周期
が、発振光の媒質内波長の１／２の整数倍の長さとされ
ていることを特徴とする請求項１記載の波長可変半導体
レーザ。 - 【請求項３】前記ＤＢＲ領域の周期構造は、その一周期
が、関係式、 Λ1ｎ1／（Λ1ｎ1＋Λ2ｎ2）＝Ｌpc／（Ｌa＋Ｌpc） （但し、Ｌa及びＬpcはそれぞれ活性領域及び位相調整
領域の長さを示し、Λ1、ｎ1は、それぞれ第１の領域Ｒ
１の長さ、第１の領域Ｒ１の等価屈折率を示し、またΛ
2、ｎ2はそれぞれ第２の領域Ｒ２の長さ、第２の領域Ｒ
２の等価屈折率を示している）を満足することを特徴と
する請求項１または２記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項４】前記周期構造一周期内の、電流注入、電圧
印加、及び温度変化のいずれによっても屈折率の変化が
生じない第２の領域（Ｒ２）が、誘電体からなることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の波長可変
半導体レーザ。 - 【請求項５】全共振器長が、マイクロ共振器効果の現れ
る程度の長さ以下とされたことを特徴とする請求項１〜
４のいずれか一に記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項６】前記誘電体が空気又はＳｉＯ2からなるこ
とを特徴とする請求項４記載の波長可変半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20765095A JP2713256B2 (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 光通信等に用いる波長可変半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20765095A JP2713256B2 (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 光通信等に用いる波長可変半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936495A JPH0936495A (ja) | 1997-02-07 |
| JP2713256B2 true JP2713256B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=16543294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20765095A Expired - Fee Related JP2713256B2 (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 光通信等に用いる波長可変半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2713256B2 (ja) |
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| US6724796B2 (en) * | 2000-12-06 | 2004-04-20 | Applied Optoelectronics, Inc. | Modified distributed bragg reflector (DBR) for vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) resonant wavelength tuning sensitivity control |
| US6636544B2 (en) | 2000-12-06 | 2003-10-21 | Applied Optoelectronics, Inc. | Overlapping wavelength-tunable vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) arrays |
| EP1813974B1 (en) | 2003-03-31 | 2019-02-27 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Integrated optical waveguide |
| CN101144873B (zh) * | 2003-03-31 | 2010-12-01 | 日本电信电话株式会社 | 光半导体元件和光半导体集成电路 |
| JP4833509B2 (ja) * | 2003-09-22 | 2011-12-07 | 古河電気工業株式会社 | 波長可変レーザ、波長可変レーザアレイ素子ならびにそれらの制御方法 |
| JP4231854B2 (ja) * | 2005-03-17 | 2009-03-04 | アンリツ株式会社 | 半導体レーザ素子及びガス検知装置 |
| JP2009246390A (ja) * | 2009-07-27 | 2009-10-22 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ装置 |
| US20120327965A1 (en) * | 2010-02-02 | 2012-12-27 | Kazunori Shinoda | Semiconductor laser element, method of manufacturing semiconductor laser element, and optical module |
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-
1995
- 1995-07-21 JP JP20765095A patent/JP2713256B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0936495A (ja) | 1997-02-07 |
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