JP2825508B2 - 半導体レーザ装置および光通信システム - Google Patents
半導体レーザ装置および光通信システムInfo
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- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ装置に係り、特に発振波長を
所定範囲で変化することができる波長可変の半導体レー
ザ装置に関する。本発明に係る半導体レーザ装置は、コ
ヒーレント光通信や大容量光通信における送信光源、若
しくは局部発振光源として用いて特に好適である。
所定範囲で変化することができる波長可変の半導体レー
ザ装置に関する。本発明に係る半導体レーザ装置は、コ
ヒーレント光通信や大容量光通信における送信光源、若
しくは局部発振光源として用いて特に好適である。
波長可変の半導体レーザとして、従来知られているも
のに例えば日本応用物理学会、1986年秋期講演会予稿集
29a−Ｔ−７のタイプの半導体レーザがある。この従来
技術の構造概略をFIG.2に示す。本図は半導体レーザを
横方向からみた断面図である。半導体基板201上に活性
領域ＩとDBR領域IIを設け、半導体基板201表面のDBR領
域IIには回折格子211を形成する。その上に光ガイド層2
02,バツフア層203を順次積層し、更に７ラツド層205等
を含む半導体層を積層して電流注入用の電極207（208）
及び209を形成する。その後活性領域ＩとDBR領域IIを電
気的に分離するための溝210を設ける。従つて半導体レ
ーザ上面部の電流注入電極は、活性領域に対応する電極
207とDBR領域に対応する電極208とに分離される。この
半導体レーザは電極207により活性領域Ｉに活性層204が
光発振するための励起電流を注入すると共に、電極208
により発振波長変化のための電流を、DBR領域IIに注入
する構造となつている。DBR領域IIに注入された電流
（キヤリア）は、DBR領域II内の光ガイド層202の屈折率
を変化される。これは光ガイド層202を構成する半導体
が、その中のキヤリア濃度によりその屈折率を変えると
いう現象−プラズマ効果−に基づくものである。従つ
て、活性領域Ｉで発生した光が、このDBR領域IIを通過
する際、上記光ガイド層202の屈折率変化に伴う回折格
子の光学的な摂動周期の変化を受けてその帰還波長が変
わるため、この半導体レーザは出射波長を可変とするこ
とができる。即ち、活性領域Ｉへの注入電流を一定とし
ても、DBR領域IIに注入するキヤリア数（電流）を変化
させることにより、波長可変となる。
のに例えば日本応用物理学会、1986年秋期講演会予稿集
29a−Ｔ−７のタイプの半導体レーザがある。この従来
技術の構造概略をFIG.2に示す。本図は半導体レーザを
横方向からみた断面図である。半導体基板201上に活性
領域ＩとDBR領域IIを設け、半導体基板201表面のDBR領
域IIには回折格子211を形成する。その上に光ガイド層2
02,バツフア層203を順次積層し、更に７ラツド層205等
を含む半導体層を積層して電流注入用の電極207（208）
及び209を形成する。その後活性領域ＩとDBR領域IIを電
気的に分離するための溝210を設ける。従つて半導体レ
ーザ上面部の電流注入電極は、活性領域に対応する電極
207とDBR領域に対応する電極208とに分離される。この
半導体レーザは電極207により活性領域Ｉに活性層204が
光発振するための励起電流を注入すると共に、電極208
により発振波長変化のための電流を、DBR領域IIに注入
する構造となつている。DBR領域IIに注入された電流
（キヤリア）は、DBR領域II内の光ガイド層202の屈折率
を変化される。これは光ガイド層202を構成する半導体
が、その中のキヤリア濃度によりその屈折率を変えると
いう現象−プラズマ効果−に基づくものである。従つ
て、活性領域Ｉで発生した光が、このDBR領域IIを通過
する際、上記光ガイド層202の屈折率変化に伴う回折格
子の光学的な摂動周期の変化を受けてその帰還波長が変
わるため、この半導体レーザは出射波長を可変とするこ
とができる。即ち、活性領域Ｉへの注入電流を一定とし
ても、DBR領域IIに注入するキヤリア数（電流）を変化
させることにより、波長可変となる。
しかしながら、上記半導体レーザに代表される従来の
技術においては、この波長の可変幅が小さいという問題
がある。上記の半導体レーザにおいても発振波長の可変
幅は高々数mmであり、半導体レーザ装置としてこの様な
狭い可変幅では必ずしも実際上有用では無い。そして例
えば少なくとも数十mmの可変幅を有する半導体レーザ装
置の開発が、上述した本発明の技術分野にとり不可欠な
ものであるが、これまでは、そのような実用的な半導体
レーザ装置が存在しなかつた。例えば、上記従来技術に
おいては、発振波長を可変とするためのパラメータは、
DBR領域II内の光ガイド層202の屈折率を変化するための
−換言すれば、DBR領域IIの光学的摂動周期を変化する
ための−キヤリア濃度というパラメータ１つのみであ
り、このため可変幅には自づと限界が存在する。
技術においては、この波長の可変幅が小さいという問題
がある。上記の半導体レーザにおいても発振波長の可変
幅は高々数mmであり、半導体レーザ装置としてこの様な
狭い可変幅では必ずしも実際上有用では無い。そして例
えば少なくとも数十mmの可変幅を有する半導体レーザ装
置の開発が、上述した本発明の技術分野にとり不可欠な
ものであるが、これまでは、そのような実用的な半導体
レーザ装置が存在しなかつた。例えば、上記従来技術に
おいては、発振波長を可変とするためのパラメータは、
DBR領域II内の光ガイド層202の屈折率を変化するための
−換言すれば、DBR領域IIの光学的摂動周期を変化する
ための−キヤリア濃度というパラメータ１つのみであ
り、このため可変幅には自づと限界が存在する。
本発明の目的は、波長可変幅の大きい半導体レーザ装
置を提供することにある。
置を提供することにある。
本発明の他の目的は、発振波長の幅広い範囲におい
て、連続的に若しくは断続的に発振波長幅を変化するこ
とが可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
て、連続的に若しくは断続的に発振波長幅を変化するこ
とが可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、発振波長の幅広い範囲において
任意の波長を制御性良く選択できる半導体レーザ装置を
提供することにある。
任意の波長を制御性良く選択できる半導体レーザ装置を
提供することにある。
本発明の一局面によれば、光を発生するための活性領
域と、この活性領域と光学的に結合した帰還領域であつ
て、帰還する光の波長を変化するための複数のパラメー
タを構造上有する帰還領域とを具備してなる半導体レー
ザ装置が提供される。そのような半導体レーザ装置の帰
還領域は、周期の変化した摂動部分を含んでいる。この
周期の変化した摂動部分は、上述した帰還する光の波長
を変化するための１つの構造上のパラメータを半導体レ
ーザ装置に提供する。上記複数の構造上のパラメータの
うち、他のパラメータとなるものとして、上記帰還領域
に注入するキヤリア濃度−即ち帰還領域への注入電流−
若しくは上記帰還領域に印加する電界強度等を使うこと
ができる。これらの複数のパラメータを組み合せること
により、半導体レーザ装置の発振波長可変幅を著しく大
きくすることが可能となる。又、このために本発明は、
周期の変化した摂動部分の一部領域と、上記帰還領域内
を伝播する光との光学的結合強度を選択的に変化させる
ことにより上述した如く波長可変マージンをかせぐもの
である。従つて、本発明に係る半導体レーザ装置は上記
光学的結合強度を選択的に変化するための手段を含んで
いる。これにより上述した複数のパラメータを組み合せ
てその効果を発揮することが可能となる。このような光
学的結合強度を選択的に変化するための手段としては、
上記摂動部分の各領域に対応して上記帰還領域に配設さ
れた複数の分割電極を用いることができる。
域と、この活性領域と光学的に結合した帰還領域であつ
て、帰還する光の波長を変化するための複数のパラメー
タを構造上有する帰還領域とを具備してなる半導体レー
ザ装置が提供される。そのような半導体レーザ装置の帰
還領域は、周期の変化した摂動部分を含んでいる。この
周期の変化した摂動部分は、上述した帰還する光の波長
を変化するための１つの構造上のパラメータを半導体レ
ーザ装置に提供する。上記複数の構造上のパラメータの
うち、他のパラメータとなるものとして、上記帰還領域
に注入するキヤリア濃度−即ち帰還領域への注入電流−
若しくは上記帰還領域に印加する電界強度等を使うこと
ができる。これらの複数のパラメータを組み合せること
により、半導体レーザ装置の発振波長可変幅を著しく大
きくすることが可能となる。又、このために本発明は、
周期の変化した摂動部分の一部領域と、上記帰還領域内
を伝播する光との光学的結合強度を選択的に変化させる
ことにより上述した如く波長可変マージンをかせぐもの
である。従つて、本発明に係る半導体レーザ装置は上記
光学的結合強度を選択的に変化するための手段を含んで
いる。これにより上述した複数のパラメータを組み合せ
てその効果を発揮することが可能となる。このような光
学的結合強度を選択的に変化するための手段としては、
上記摂動部分の各領域に対応して上記帰還領域に配設さ
れた複数の分割電極を用いることができる。
本発明の限定された局面によれば、上記摂動部分が、
異なる周期を有する複数の副摂動部分を含んでいる半導
体レーザ装置が提供される。この複数の副摂動部分にそ
れぞれ対応して上記光学的結合強度を選択的に変化する
ための手段を設けることにより、大きな発振波長可変幅
で連続的若しくは断続的に波長を変化させることができ
る。当然ながら、本発明に係る半導体レーザ装置の、帰
還領域内にある摂動部分は、その周期が除々に変化して
いても良く、周期分布パターンの態様は種々存在する。
本発明において重要なことは、この摂動部分の周期分布
の一部領域との光学的結合強度を変化すること及びその
ための構成にある。
異なる周期を有する複数の副摂動部分を含んでいる半導
体レーザ装置が提供される。この複数の副摂動部分にそ
れぞれ対応して上記光学的結合強度を選択的に変化する
ための手段を設けることにより、大きな発振波長可変幅
で連続的若しくは断続的に波長を変化させることができ
る。当然ながら、本発明に係る半導体レーザ装置の、帰
還領域内にある摂動部分は、その周期が除々に変化して
いても良く、周期分布パターンの態様は種々存在する。
本発明において重要なことは、この摂動部分の周期分布
の一部領域との光学的結合強度を変化すること及びその
ための構成にある。
本発明の限定された他の局面によれば、上記活性領域
と、上記帰還領域とが、位相調整領域を介して光学的に
結合している半導体レーザ装置が提供される。この位相
調整領域は本発明に係る大きな発振波長可変幅を有する
半導体レーザ装置に特に有効である。この位相調整領域
により、活性領域内を伝播する光の位相と、帰還領域内
を伝播する帰還光の位相を整合することにより、発振波
長のスペクトル線幅を小さくすることが可能である。こ
の位相調整手段による位相調整は、位相調整手段の光路
長を変化することにより行なう。半導体のキヤリア注入
による屈折率変化や、電気光学効果を用いることができ
る。
と、上記帰還領域とが、位相調整領域を介して光学的に
結合している半導体レーザ装置が提供される。この位相
調整領域は本発明に係る大きな発振波長可変幅を有する
半導体レーザ装置に特に有効である。この位相調整領域
により、活性領域内を伝播する光の位相と、帰還領域内
を伝播する帰還光の位相を整合することにより、発振波
長のスペクトル線幅を小さくすることが可能である。こ
の位相調整手段による位相調整は、位相調整手段の光路
長を変化することにより行なう。半導体のキヤリア注入
による屈折率変化や、電気光学効果を用いることができ
る。
本発明の他の局面によれば、基板と、この基板上に形
成された活性領域と、この活性領域と光学的に結合しか
つ上記基板に形成された帰還領域とを有し、上記帰還領
域が非一様周期分布を有する摂動部分と、この摂動部分
の一部領域との上記帰還領域内を伝播する光の光学的結
合強度を変化するための手段とを有する、半導体レーザ
装置が提供される。上記光学的結合強度を変化するため
の手段は、上記帰還領域内を伝播する光の強度分布を変
化するための手段と言い代えることができる。この手段
と、上記非一様周期分布を有する摂動部分と相互作用に
より、発振波長可変幅の大きい半導体レーザ装置を初め
て得ることができる。
成された活性領域と、この活性領域と光学的に結合しか
つ上記基板に形成された帰還領域とを有し、上記帰還領
域が非一様周期分布を有する摂動部分と、この摂動部分
の一部領域との上記帰還領域内を伝播する光の光学的結
合強度を変化するための手段とを有する、半導体レーザ
装置が提供される。上記光学的結合強度を変化するため
の手段は、上記帰還領域内を伝播する光の強度分布を変
化するための手段と言い代えることができる。この手段
と、上記非一様周期分布を有する摂動部分と相互作用に
より、発振波長可変幅の大きい半導体レーザ装置を初め
て得ることができる。
本発明の限定された他の局面によれば、上記帰還領域
は光導波領域を有し、この光導波領域が１つ若しくは複
数の光導波層を含んでいる半導体レーザ装置が提供され
る。これらの光導波層としていわゆるMQW層を用いるこ
とができる。MQW層による大きな屈折率変化を利用し
て、より効率の良い発振波長可変の半導体レーザ装置を
実現することができる。
は光導波領域を有し、この光導波領域が１つ若しくは複
数の光導波層を含んでいる半導体レーザ装置が提供され
る。これらの光導波層としていわゆるMQW層を用いるこ
とができる。MQW層による大きな屈折率変化を利用し
て、より効率の良い発振波長可変の半導体レーザ装置を
実現することができる。
第１図に言及して、本発明の基本的な動作原理を説明
する。本発明に係る半導体レーザ装置は、基板101上に
設けられた活性領域112及びこの活性領域と光学的に結
合する帰還領域113をその基本構成とする。活性領域112
は光を発生するための、比較的エネルギー・バンドギヤ
ツプの小さい半導体により構成された活性層103が必須
である。この活性層103を上下から挟んで、活性層103よ
りもエネルギー・バンドギヤツプの大きい半導体積層構
造102及び104が形成されている。これらの半導体積層構
造のうち、活性層に近い部分に比較的大きな屈折率を有
する半導体層（いわゆる光ガイド層と呼ばれるもの）を
設ける場合もある。この場合、活性層と光ガイド層によ
り、活性領域内部にオプテイカル・コンフアインメント
領域が形成されることとなり、活性層からの光はこのオ
プテイカル・コンフアインメント領域に強く分布する。
活性層103は、励起電流注入のための電極108により注入
されるキヤリアにより光を発生する。基板101に設けら
れた電極109とこの電極108間を流れる電流が活性層102
の光発生に寄与し、活性層103の上下に積層されている
半導体層の導電型により、電流の流れる方向が決まる。
する。本発明に係る半導体レーザ装置は、基板101上に
設けられた活性領域112及びこの活性領域と光学的に結
合する帰還領域113をその基本構成とする。活性領域112
は光を発生するための、比較的エネルギー・バンドギヤ
ツプの小さい半導体により構成された活性層103が必須
である。この活性層103を上下から挟んで、活性層103よ
りもエネルギー・バンドギヤツプの大きい半導体積層構
造102及び104が形成されている。これらの半導体積層構
造のうち、活性層に近い部分に比較的大きな屈折率を有
する半導体層（いわゆる光ガイド層と呼ばれるもの）を
設ける場合もある。この場合、活性層と光ガイド層によ
り、活性領域内部にオプテイカル・コンフアインメント
領域が形成されることとなり、活性層からの光はこのオ
プテイカル・コンフアインメント領域に強く分布する。
活性層103は、励起電流注入のための電極108により注入
されるキヤリアにより光を発生する。基板101に設けら
れた電極109とこの電極108間を流れる電流が活性層102
の光発生に寄与し、活性層103の上下に積層されている
半導体層の導電型により、電流の流れる方向が決まる。
この活性領域112と光学的に結合した位置に、帰還領
域113が配設される。帰還領域113には摂動部分111及び
光導波領域105が含まれる。上述した活性領域112と帰還
領域113の光学的結合は、この光導波領域105と、活性領
域112の前述した活性層103（若しくは前述したオプテイ
カル・コンフアインメント領域）との光学的結合により
担われる。当然ながら、活性領域112と帰還領域113との
光学的結合は、後に説明する様な位相調整領域等の他の
構造体や、空間を介しての光学的結合でも良い。光導波
領域105は、帰還領域113内に比較的屈折率の大きな構造
体を設けることにより形成される。この光導波領域105
は複数の光導波層を有していても良い。この光導波領域
105の近傍に、摂動部分111を設ける。摂動部分111は、
半導体層の上に形成した回折格子を用いるこができる。
本発明に係る半導体レーザ装置の特徴の１つは、この帰
還領域113に設けられた摂動部分が、非一様周期分布を
有する点である。図の摂動部分111は模式的に示したも
のであるが、非一様周期分布の例として摂動の周期を除
々に変化させたものを記載した。しかし、この摂動の周
期パターンは非一様であればいかなるものでも良く、例
えばそれぞれ固有の摂動周期を有する複数の副摂動部分
によりこの摂動部分が構成されていても良い、また、摂
動の周期パターンは、図に示す如くキヤビテイ方向に沿
つて変化するものでも良いし、これとは異る方向、例え
ばキヤビテイ方向に垂直な方向に沿つて変化するもので
あつても良い。なお図では摂動部分111を光導波領域105
の下部に隣接して設けた例を示しているが、摂動部分11
1は光導波領域105の上部に位置しても良いし、両方にそ
れぞれ位置していても良い。更に、摂動部分111と光導
波領域105との間には他の半導体層が介していても良
い。これら光導波層と、摂動部分の位置関係は、後に示
す条件を満足する限り、互いに近傍に位置していれば充
分である。
域113が配設される。帰還領域113には摂動部分111及び
光導波領域105が含まれる。上述した活性領域112と帰還
領域113の光学的結合は、この光導波領域105と、活性領
域112の前述した活性層103（若しくは前述したオプテイ
カル・コンフアインメント領域）との光学的結合により
担われる。当然ながら、活性領域112と帰還領域113との
光学的結合は、後に説明する様な位相調整領域等の他の
構造体や、空間を介しての光学的結合でも良い。光導波
領域105は、帰還領域113内に比較的屈折率の大きな構造
体を設けることにより形成される。この光導波領域105
は複数の光導波層を有していても良い。この光導波領域
105の近傍に、摂動部分111を設ける。摂動部分111は、
半導体層の上に形成した回折格子を用いるこができる。
本発明に係る半導体レーザ装置の特徴の１つは、この帰
還領域113に設けられた摂動部分が、非一様周期分布を
有する点である。図の摂動部分111は模式的に示したも
のであるが、非一様周期分布の例として摂動の周期を除
々に変化させたものを記載した。しかし、この摂動の周
期パターンは非一様であればいかなるものでも良く、例
えばそれぞれ固有の摂動周期を有する複数の副摂動部分
によりこの摂動部分が構成されていても良い、また、摂
動の周期パターンは、図に示す如くキヤビテイ方向に沿
つて変化するものでも良いし、これとは異る方向、例え
ばキヤビテイ方向に垂直な方向に沿つて変化するもので
あつても良い。なお図では摂動部分111を光導波領域105
の下部に隣接して設けた例を示しているが、摂動部分11
1は光導波領域105の上部に位置しても良いし、両方にそ
れぞれ位置していても良い。更に、摂動部分111と光導
波領域105との間には他の半導体層が介していても良
い。これら光導波層と、摂動部分の位置関係は、後に示
す条件を満足する限り、互いに近傍に位置していれば充
分である。
上述してきた光導波層105及び摂動部分111の上部に、
表面層を含む半導体積層構造106を形成した後、図では
複数の分離電極107を形成した例が示されている。この
分離電極（pl.）は、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の特徴の１つである、帰還領域113内を伝播する光の
強度分布を変化するための手段、即ち、上述してきた摂
動部分111の一部領域と帰還領域113内を伝播する光の光
学的結合強度を変化するための手段としい用いることが
できる。以下、この帰還領域113内を伝播する光の強度
分布を変化するための手段の作用について説明する。
表面層を含む半導体積層構造106を形成した後、図では
複数の分離電極107を形成した例が示されている。この
分離電極（pl.）は、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の特徴の１つである、帰還領域113内を伝播する光の
強度分布を変化するための手段、即ち、上述してきた摂
動部分111の一部領域と帰還領域113内を伝播する光の光
学的結合強度を変化するための手段としい用いることが
できる。以下、この帰還領域113内を伝播する光の強度
分布を変化するための手段の作用について説明する。
第7A図及び第7B図に言及して、本発明に係る半導体レ
ーザ装置の帰還領域の機能につき詳述する。図は、帰還
領域の一部を抜き出したものである。光学的分布強度を
変化するための手段、即ち複数の分離電極707により、
帰還領域内に一様に電界が印加されている場合、若しく
は一様に電流が注入されている場合第7A図、活性領域か
らの光は帰還領域内の主として光導波領域706にその強
度を大きくして分布するが、光の一部は摂動部分711に
もしみ出しており（715の領域）その光学的結合強度に
より定まる帰還波長で半導体レーザは発振する。今、分
離電極707の一部の印加電界若しくは注入電流を大きく
することにより、それに対応する部分の光ガイド層の屈
折率を小さくすると、第7B図に示す如く帰還領域内部の
光強度分布が変化し、結果的にその部分における光と摂
動部分711の光学的結合強度が変化する。図では、小さ
くなつた場合を示す。帰還領域内部を伝播する光と摂動
部分との光学的結合強度の変化により、帰還波長が変化
する結果、半導体レーザ装置の発振波長が変化する。本
発明では、摂動部分は非一様周期分布を有するため、帰
還領域内の光強度分布を変化させる位置を変えることに
より、発振波長の可変幅を著しく大きな範囲で変化させ
ることができる。以上の説明から理解されるように、本
発明に係る半導体レーザ装置では、帰還領域内の非一様
周期分布を有する摂動部分と伝播する光との光学的結合
強度が重要であり、又、更に単一モード発振を安定化す
る上でも光導波領域と摂動部分との間の距離は一定の条
件を満足することが好ましい。この条件は、帰還領域を
構成する各半導体層の屈折率にも依存するが、好ましく
は第7A図に示す距離ｌが0.5μｍ以下、理想的には0.2μ
ｍ以下が良い。次に、より具体的に本発明に係る半導体
レーザ装置を説明する。
ーザ装置の帰還領域の機能につき詳述する。図は、帰還
領域の一部を抜き出したものである。光学的分布強度を
変化するための手段、即ち複数の分離電極707により、
帰還領域内に一様に電界が印加されている場合、若しく
は一様に電流が注入されている場合第7A図、活性領域か
らの光は帰還領域内の主として光導波領域706にその強
度を大きくして分布するが、光の一部は摂動部分711に
もしみ出しており（715の領域）その光学的結合強度に
より定まる帰還波長で半導体レーザは発振する。今、分
離電極707の一部の印加電界若しくは注入電流を大きく
することにより、それに対応する部分の光ガイド層の屈
折率を小さくすると、第7B図に示す如く帰還領域内部の
光強度分布が変化し、結果的にその部分における光と摂
動部分711の光学的結合強度が変化する。図では、小さ
くなつた場合を示す。帰還領域内部を伝播する光と摂動
部分との光学的結合強度の変化により、帰還波長が変化
する結果、半導体レーザ装置の発振波長が変化する。本
発明では、摂動部分は非一様周期分布を有するため、帰
還領域内の光強度分布を変化させる位置を変えることに
より、発振波長の可変幅を著しく大きな範囲で変化させ
ることができる。以上の説明から理解されるように、本
発明に係る半導体レーザ装置では、帰還領域内の非一様
周期分布を有する摂動部分と伝播する光との光学的結合
強度が重要であり、又、更に単一モード発振を安定化す
る上でも光導波領域と摂動部分との間の距離は一定の条
件を満足することが好ましい。この条件は、帰還領域を
構成する各半導体層の屈折率にも依存するが、好ましく
は第7A図に示す距離ｌが0.5μｍ以下、理想的には0.2μ
ｍ以下が良い。次に、より具体的に本発明に係る半導体
レーザ装置を説明する。
第３図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
１実施例を説明する。本実施例は、左の活性領域と右の
帰還領域とに分かれ、それぞれ以下の多層構造を有して
いる。活性領域は、ｎ型InP基板301上に、ｎ型InGaAsP
光ガイド層302、InGaAsP活性層303、ｐ型InGaAsPアンチ
メルトバツク層304、ｐ型InPクラツド層305を順次エピ
タキシヤル成長した構造となつている。帰還領域はｎ型
InP基板301の表面に、周期が、235nm（副摂動部分ａ）,
240nm（副摂動部分ｂ）,245nm（副摂動部分ｃ）の３種
類の回折格子２を作製して、摂動部分311とした。その
後、ｎ型InP下部クラツド層306、ｎ型InGaAsP下部光ガ
イド307、ｎ型InGaAsP中部クラツド層308、InGaAsP−In
P多重量子井戸層309、ｐ型InP上部クラツド層310を、順
次エピタルキシヤル成長した構造となつている。基板30
1の底部には、ｎ側電極312を全面に、上部には、活性領
域に励起用の電極313および、帰還領域には個々の副摂
動部分に対応する位置に複数の分離したｐ側電極314を
設ける。副摂動部分ａ、即ち摂動周期が235nmの部分に
加える電界を調整することにより、本発導体レーザ装置
の発振波長を1.545μｍ〜1.549μｍまで、連続的に変化
させることができる。さらに、副摂動部分b,即ち摂動周
期が240nmの部分の電界を調整することにより1.548μｍ
〜1.552μｍまで、また副摂動部分c,即ち摂動周期が245
nmの部分の電界を調整することにより1.551μｍ〜1.555
μｍまで、連続的に発振波長を変化させることができ
る。このようにして、本実施例の半導体レーザ装置は1.
545μｍ〜1.555μｍの100Åの範囲にわたつて、発振波
長を変化させることができる。またこの100Åの波長範
囲にわたつて、常に単一モードに発振させるこができ
る。
１実施例を説明する。本実施例は、左の活性領域と右の
帰還領域とに分かれ、それぞれ以下の多層構造を有して
いる。活性領域は、ｎ型InP基板301上に、ｎ型InGaAsP
光ガイド層302、InGaAsP活性層303、ｐ型InGaAsPアンチ
メルトバツク層304、ｐ型InPクラツド層305を順次エピ
タキシヤル成長した構造となつている。帰還領域はｎ型
InP基板301の表面に、周期が、235nm（副摂動部分ａ）,
240nm（副摂動部分ｂ）,245nm（副摂動部分ｃ）の３種
類の回折格子２を作製して、摂動部分311とした。その
後、ｎ型InP下部クラツド層306、ｎ型InGaAsP下部光ガ
イド307、ｎ型InGaAsP中部クラツド層308、InGaAsP−In
P多重量子井戸層309、ｐ型InP上部クラツド層310を、順
次エピタルキシヤル成長した構造となつている。基板30
1の底部には、ｎ側電極312を全面に、上部には、活性領
域に励起用の電極313および、帰還領域には個々の副摂
動部分に対応する位置に複数の分離したｐ側電極314を
設ける。副摂動部分ａ、即ち摂動周期が235nmの部分に
加える電界を調整することにより、本発導体レーザ装置
の発振波長を1.545μｍ〜1.549μｍまで、連続的に変化
させることができる。さらに、副摂動部分b,即ち摂動周
期が240nmの部分の電界を調整することにより1.548μｍ
〜1.552μｍまで、また副摂動部分c,即ち摂動周期が245
nmの部分の電界を調整することにより1.551μｍ〜1.555
μｍまで、連続的に発振波長を変化させることができ
る。このようにして、本実施例の半導体レーザ装置は1.
545μｍ〜1.555μｍの100Åの範囲にわたつて、発振波
長を変化させることができる。またこの100Åの波長範
囲にわたつて、常に単一モードに発振させるこができ
る。
第４図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例を説明する。本発明例では第３図の多重量
子井戸層309の代わりに、ｐ型InGaAsP上部光ガイド層40
9をもうけ、また、位相調整領域415及び位相調整のため
の電極416を設けた点が、第３図の実施例と異なる。こ
の実施例においても、周期の異なる回折格子のそれぞれ
の領域に注入する電流を調整することにより100Åの範
囲にわたつて、連続的に発振波長を変化させることがで
きる。さらに、位相調整領域の電流を調整することによ
り、スペクトル線巾を常に、5MHz以下に抑えることがで
きる。なお第３図と同一符号は同一構成要素を表してい
る。
他の１実施例を説明する。本発明例では第３図の多重量
子井戸層309の代わりに、ｐ型InGaAsP上部光ガイド層40
9をもうけ、また、位相調整領域415及び位相調整のため
の電極416を設けた点が、第３図の実施例と異なる。こ
の実施例においても、周期の異なる回折格子のそれぞれ
の領域に注入する電流を調整することにより100Åの範
囲にわたつて、連続的に発振波長を変化させることがで
きる。さらに、位相調整領域の電流を調整することによ
り、スペクトル線巾を常に、5MHz以下に抑えることがで
きる。なお第３図と同一符号は同一構成要素を表してい
る。
上記２つの実施例においては、各発振波長を連続的に
変化させることができるが、副摂動部分a,b,cに加える
電界を適当に選択することにより、若しくは副摂動部分
の摂動周期の差を大きく選択すれば、断続的に発振波長
を幅広い範囲で変化させることができることはもちろん
である。
変化させることができるが、副摂動部分a,b,cに加える
電界を適当に選択することにより、若しくは副摂動部分
の摂動周期の差を大きく選択すれば、断続的に発振波長
を幅広い範囲で変化させることができることはもちろん
である。
第5A図及び第5B図を参照して、帰還領域内にある光導
波領域が、複数の光導波層を有する場合の本発明の動作
原理について説明する。既述した実施例のうち、第３図
及び第４図のタイプは、この動作原理に基づいている。
２つの図は共に本発明に係る半導体レーザ装置の帰還領
域の一部分の断面図である。本例では、摂動部分とし
て、基板501上に回折格子511を形成した。この構造体上
にグラツド層512,下部光ガイド層502クラツド層503,上
部光ガイド層504としてたとえばMQW層，及びクラツド層
505を順次成長する。本図では、帰還領域内を伝播する
光の強度分布を示すグラフを、重ねて描いてある。第5A
図は、外部から例えば電界（若しくは電流）を印加しな
い状態である。この場合、光は摂動部分にほとんど分布
しておらず、光と摂動との結合は弱い。この多層構造に
外部から電界若しくは電流等印加すると、MQW層504の屈
折率が大きく下がり、第5B図に示すように光の強度分布
が変化し、その中心は下部光ガイド層502側に移動す
る。その結果、光と摂動部分との結合が強くなる。特
に、上部光ガイド層504にMQW層を用いた場合、例えばMQ
W構造の電界による屈折率変化は他の層に比べて１桁以
上大きくなるため、その効果が著しい。この現象を利用
することにより非一様周期分布を有する摂動部分の各領
域ごとに対応して、光学的強度分布を変化するための手
段（例えば分離電極等）を設けることにより、光と特定
の周期を有する摂動とを選択的に結合させることが可能
となる。MQW層を用いづに、単一層の光ガイド層504を設
けても良いし、また、MQW層は上下の光ガイド層502及び
504のいずれに用いても又は両者に用いても同様の機能
を発揮する。
波領域が、複数の光導波層を有する場合の本発明の動作
原理について説明する。既述した実施例のうち、第３図
及び第４図のタイプは、この動作原理に基づいている。
２つの図は共に本発明に係る半導体レーザ装置の帰還領
域の一部分の断面図である。本例では、摂動部分とし
て、基板501上に回折格子511を形成した。この構造体上
にグラツド層512,下部光ガイド層502クラツド層503,上
部光ガイド層504としてたとえばMQW層，及びクラツド層
505を順次成長する。本図では、帰還領域内を伝播する
光の強度分布を示すグラフを、重ねて描いてある。第5A
図は、外部から例えば電界（若しくは電流）を印加しな
い状態である。この場合、光は摂動部分にほとんど分布
しておらず、光と摂動との結合は弱い。この多層構造に
外部から電界若しくは電流等印加すると、MQW層504の屈
折率が大きく下がり、第5B図に示すように光の強度分布
が変化し、その中心は下部光ガイド層502側に移動す
る。その結果、光と摂動部分との結合が強くなる。特
に、上部光ガイド層504にMQW層を用いた場合、例えばMQ
W構造の電界による屈折率変化は他の層に比べて１桁以
上大きくなるため、その効果が著しい。この現象を利用
することにより非一様周期分布を有する摂動部分の各領
域ごとに対応して、光学的強度分布を変化するための手
段（例えば分離電極等）を設けることにより、光と特定
の周期を有する摂動とを選択的に結合させることが可能
となる。MQW層を用いづに、単一層の光ガイド層504を設
けても良いし、また、MQW層は上下の光ガイド層502及び
504のいずれに用いても又は両者に用いても同様の機能
を発揮する。
第６図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例について説明する。本実施例は、左の活性
領域616,中央の位相調整領域617右の帰還領域618から成
り、それぞれ以下の多層構造を有している。活性領域61
6は、ｎ型InP基板601上に、ｎ型InGaAsP光ガイド層60
4、ノンドープInGaAsP活性層605、ｐ型InGaAsPアンチメ
ルトバツク層606、ｐ型InPクラツド層607を順次エピタ
キシヤル成長した構造となつている。位相調整領域617
は、ｎ型InGaAsP下部クラツド層602,ノンドープInGaAsP
下部光ガイド層612,ノンドープInGaAsP中部クラツド層6
13,ノンドープInGaAsP−InP多重量子井戸層Ｐ型InP上部
クラツド層603を順次エピタキシヤル成長した構造とな
つている。帰還領域618は、ｎ型InP基板601の表面に、
周期がA1＝237nm,A2＝238nm,A3＝239nmの回折格子15を
レーザ光を光源とした密着露法により作製して複数（３
つ）の副摂動部分を形成した後、位相調整領域617と全
く同様のエピタキシヤル成長を行なつた。当然ながら、
位相調整領域617と帰還領域618を構成する各半導体層
は、帰還領域の摂動部分611を形成した後同時に成長し
て形成しても良い。その後、ｎ側電極615およびｐ側電
極608,609及び610を蒸着することにより、所望の素子構
造を得る帰還領域618の３つのｐ側電極に加える電界の
比率を変えることにより、発振波長を1.540μｍ〜1.560
μｍまでの20mmの範囲にわたつて連続的に変化させるこ
とができる。主モードと副モードのパワー比は、20mmの
波長可変幅にわたつて常に35db以上であり、安定な縦モ
ード発振を行なつた。また、位相調整領域に加える電界
を調整することにより、スペクトル線幅を常に10MHz以
下に押えることができる。
他の１実施例について説明する。本実施例は、左の活性
領域616,中央の位相調整領域617右の帰還領域618から成
り、それぞれ以下の多層構造を有している。活性領域61
6は、ｎ型InP基板601上に、ｎ型InGaAsP光ガイド層60
4、ノンドープInGaAsP活性層605、ｐ型InGaAsPアンチメ
ルトバツク層606、ｐ型InPクラツド層607を順次エピタ
キシヤル成長した構造となつている。位相調整領域617
は、ｎ型InGaAsP下部クラツド層602,ノンドープInGaAsP
下部光ガイド層612,ノンドープInGaAsP中部クラツド層6
13,ノンドープInGaAsP−InP多重量子井戸層Ｐ型InP上部
クラツド層603を順次エピタキシヤル成長した構造とな
つている。帰還領域618は、ｎ型InP基板601の表面に、
周期がA1＝237nm,A2＝238nm,A3＝239nmの回折格子15を
レーザ光を光源とした密着露法により作製して複数（３
つ）の副摂動部分を形成した後、位相調整領域617と全
く同様のエピタキシヤル成長を行なつた。当然ながら、
位相調整領域617と帰還領域618を構成する各半導体層
は、帰還領域の摂動部分611を形成した後同時に成長し
て形成しても良い。その後、ｎ側電極615およびｐ側電
極608,609及び610を蒸着することにより、所望の素子構
造を得る帰還領域618の３つのｐ側電極に加える電界の
比率を変えることにより、発振波長を1.540μｍ〜1.560
μｍまでの20mmの範囲にわたつて連続的に変化させるこ
とができる。主モードと副モードのパワー比は、20mmの
波長可変幅にわたつて常に35db以上であり、安定な縦モ
ード発振を行なつた。また、位相調整領域に加える電界
を調整することにより、スペクトル線幅を常に10MHz以
下に押えることができる。
第８図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例を説明する。本実施例では位相調整領域を
設けなかつた点が第６図の実施例と大きく異なる。摂絢
部分811の周期をA1＝240nm,A2＝238nm,A3＝236nmとして
複数の副摂動部分を設け帰還領域618の３つのｐ側電極6
09に加える電界の比率を変えることにより、発振波長を
1.530μｍ〜1.570μｍまでの40nmの範囲にわたつて連続
的に変化させることができる。
他の１実施例を説明する。本実施例では位相調整領域を
設けなかつた点が第６図の実施例と大きく異なる。摂絢
部分811の周期をA1＝240nm,A2＝238nm,A3＝236nmとして
複数の副摂動部分を設け帰還領域618の３つのｐ側電極6
09に加える電界の比率を変えることにより、発振波長を
1.530μｍ〜1.570μｍまでの40nmの範囲にわたつて連続
的に変化させることができる。
第9A図及び第9B図を参照して、本発明に係る半導体レ
ーザ装置の他の１実施例について説明する。第9B図は、
第9A図のＡ−Ａ′での断面図である。積層構造はFIGURE
6の実施例とほぼ同じであるが、位相調整領域617及び帰
還領域618において、ノンドープInGaAsP−InP多重量子
井戸層614の変わりに、ｐ型InGaAsP上部光ガイド層914
を設けた点が異なる。各半導体層の多層成長後、第9B図
に示したように、位相調整領域617および帰還領域618
に、幅１μｍのストライプを形成するように両側の半導
体各層をエツチングし、ｐ型InP埋込み層902,n型InP埋
込み層903で埋め込み、ｐ電極609およびｎ電極615を蒸
着法で作製することにより、所望の素子構造を得る。こ
のような構造を形成することにより、２つの光ガイド層
612,914のうち、ｐ型InGaAsP上部ガイド層911にだけ、
電流を流してキヤリアを注入し、屈折率を低下させるこ
とができる。帰還領域618の３つのｐ側電極609に流す電
流の比率を変えることにより、発振波長を、1.540μｍ
〜1.560μｍまでの20nmの範囲にわたつて、連続的に変
化させることができる。
ーザ装置の他の１実施例について説明する。第9B図は、
第9A図のＡ−Ａ′での断面図である。積層構造はFIGURE
6の実施例とほぼ同じであるが、位相調整領域617及び帰
還領域618において、ノンドープInGaAsP−InP多重量子
井戸層614の変わりに、ｐ型InGaAsP上部光ガイド層914
を設けた点が異なる。各半導体層の多層成長後、第9B図
に示したように、位相調整領域617および帰還領域618
に、幅１μｍのストライプを形成するように両側の半導
体各層をエツチングし、ｐ型InP埋込み層902,n型InP埋
込み層903で埋め込み、ｐ電極609およびｎ電極615を蒸
着法で作製することにより、所望の素子構造を得る。こ
のような構造を形成することにより、２つの光ガイド層
612,914のうち、ｐ型InGaAsP上部ガイド層911にだけ、
電流を流してキヤリアを注入し、屈折率を低下させるこ
とができる。帰還領域618の３つのｐ側電極609に流す電
流の比率を変えることにより、発振波長を、1.540μｍ
〜1.560μｍまでの20nmの範囲にわたつて、連続的に変
化させることができる。
第10図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例について説明する。ｎ型InP基板1001の表
面に、周期が、A1＝238.0nm,A2＝238・2nm,A3＝238.4nm
の回折格子1011を作製して、複数の副摂動部分からなる
非一様周期分布を有する摂動部分1011を設けた。A1,A2,
A3のそれぞれの領域の中央には、回折格子の凹凸の位相
がπラジアンだけ変化した。いわゆるλ/4シフト1021を
それぞれ設けた。その後ｎ型InGaAsP光ガイド層1012,イ
ンドープInGaAsP活性層1013,p型InGaAsPアンチメルトバ
ツク層1014,p型InPクラツド層1012を順次エピタキシヤ
ル成長する。その後、複数のｐ側電極1008,n側電極1009
を蒸着法で作製することにより、所望のレーザ構造を得
る。本実施例では、３つの周期の異なる副摂動部分を設
けている。特定の副摂動部分の摂動と光を選択的に結合
させることにより、発振波長を変化させることができ
る。更に１つの領域において、電極を２つ設けて、電流
を非対称に流すことにより屈折率分布を生じさせ、細か
く波長を変化させることができる。６コのｐ側電極1008
に流す電流を調整することにより、発振波長を、1.540
μｍ〜1.546μｍまでの6nmの範囲で、連続的に発振波長
を変えることができる。また、この範囲で、主モードと
副モードのパワー比は、35dB以上であり、安定な縦単一
モード選択性を示す。
他の１実施例について説明する。ｎ型InP基板1001の表
面に、周期が、A1＝238.0nm,A2＝238・2nm,A3＝238.4nm
の回折格子1011を作製して、複数の副摂動部分からなる
非一様周期分布を有する摂動部分1011を設けた。A1,A2,
A3のそれぞれの領域の中央には、回折格子の凹凸の位相
がπラジアンだけ変化した。いわゆるλ/4シフト1021を
それぞれ設けた。その後ｎ型InGaAsP光ガイド層1012,イ
ンドープInGaAsP活性層1013,p型InGaAsPアンチメルトバ
ツク層1014,p型InPクラツド層1012を順次エピタキシヤ
ル成長する。その後、複数のｐ側電極1008,n側電極1009
を蒸着法で作製することにより、所望のレーザ構造を得
る。本実施例では、３つの周期の異なる副摂動部分を設
けている。特定の副摂動部分の摂動と光を選択的に結合
させることにより、発振波長を変化させることができ
る。更に１つの領域において、電極を２つ設けて、電流
を非対称に流すことにより屈折率分布を生じさせ、細か
く波長を変化させることができる。６コのｐ側電極1008
に流す電流を調整することにより、発振波長を、1.540
μｍ〜1.546μｍまでの6nmの範囲で、連続的に発振波長
を変えることができる。また、この範囲で、主モードと
副モードのパワー比は、35dB以上であり、安定な縦単一
モード選択性を示す。
第11図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例を説明する。本実施例は、左の活性領域11
25,中央の位相調整領域1126,右の帰還領域1127からな
る。活性領域1125はｎ型InP基板1101上に、ｎ型InGaAsP
光ガイド層1121,ノンドープInGaAsP活性層1122,p型InGa
AsPアンチメルトバツク層1123,p型InPクラツド層1124を
順次エピタキシヤル成長した構造となつている。位相調
整領域1126および、帰還領域1127は、ｎ型InGaAsP下部
クラツド層1102,ノンドープInGaAsP下部光ガイド層111
3,ノンドープInGaAsP中部クラツド層1114,ノンドープIn
GaAsP−InP多層量子井戸層1115,p型InGaAsP上部クラツ
ド層1116,p型InP上部クラツド層1103を順次エピタキシ
ヤル成長した構造となつている。帰還領域1127において
は、ｎ型InP基板1101の表面の一部分に、周期A2＝235.0
nmの回折格子を形成して副摂動部分1111とし、ｐ型InGa
AsP上部クラツド層1116の表面に、周期A1＝240.0nmの回
折格子を形成して副摂動部分1112とした。上述した各半
導体層の多層成長後、ｎ側電極1109およびｐ側電極110
7,1110,1108を蒸着法により形成し、所望の素子構造を
得た。帰還領域1127p側電極1108に加える電界の強さを
変えることにより、発振波長を1.540μｍ〜1.560μｍま
での20nmの範囲にわたつて、連続的に変化させることが
できる。主モードと副モードのパワー比は、20nmの波長
可変幅にわたつて、常に35dB以上であり、安定な縦モー
ド発振を行なう。また、電極1110により位相調整領域11
26に加える電界を調整することにより、スペクトル線幅
を常に10MHz以下に押えることができる。
他の１実施例を説明する。本実施例は、左の活性領域11
25,中央の位相調整領域1126,右の帰還領域1127からな
る。活性領域1125はｎ型InP基板1101上に、ｎ型InGaAsP
光ガイド層1121,ノンドープInGaAsP活性層1122,p型InGa
AsPアンチメルトバツク層1123,p型InPクラツド層1124を
順次エピタキシヤル成長した構造となつている。位相調
整領域1126および、帰還領域1127は、ｎ型InGaAsP下部
クラツド層1102,ノンドープInGaAsP下部光ガイド層111
3,ノンドープInGaAsP中部クラツド層1114,ノンドープIn
GaAsP−InP多層量子井戸層1115,p型InGaAsP上部クラツ
ド層1116,p型InP上部クラツド層1103を順次エピタキシ
ヤル成長した構造となつている。帰還領域1127において
は、ｎ型InP基板1101の表面の一部分に、周期A2＝235.0
nmの回折格子を形成して副摂動部分1111とし、ｐ型InGa
AsP上部クラツド層1116の表面に、周期A1＝240.0nmの回
折格子を形成して副摂動部分1112とした。上述した各半
導体層の多層成長後、ｎ側電極1109およびｐ側電極110
7,1110,1108を蒸着法により形成し、所望の素子構造を
得た。帰還領域1127p側電極1108に加える電界の強さを
変えることにより、発振波長を1.540μｍ〜1.560μｍま
での20nmの範囲にわたつて、連続的に変化させることが
できる。主モードと副モードのパワー比は、20nmの波長
可変幅にわたつて、常に35dB以上であり、安定な縦モー
ド発振を行なう。また、電極1110により位相調整領域11
26に加える電界を調整することにより、スペクトル線幅
を常に10MHz以下に押えることができる。
第12図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例を説明する。本実施例では、ある一定の周
期を有する副摂動部分の領域に、帰還領域の分離電極を
複数（例えば２個）設ける点が、第６図施例と異なる。
活性領域1225は、ｐ型InP基板1201上にｐ型InGaAsP光ガ
イド1204,ノンドープInGaAsP活性層1205,n型InGaAsPア
ンチメルトバツク層1206,n型InPクラツド層1207を順次
エピタキシヤル成長することにより形成する。位相調整
領域1226及び帰還領域1227は、上述した各半導体層の一
部をエツチング等により除去し、ｐ型InP基板1201上の
一部に周期A1＝238nm,A2＝239nmの副摂動部分をそれぞ
れ形成した後、以下の各層を成長して形成する。即ち、
上記複数の副摂動部分からなる摂動部分1211が形成され
た基板1201表面上に、ｐ型InGaAsP下部クラツド層1202,
ノンドープInGaAsP下部光ガイド層1212,ノンドープInGa
AsP中部クラツド層1213,ノンドープInGaAsP−InP MQW
構造の上部光ガイド層1214,n型InP上部クラツド層1203
を順次エプタキシヤル成長して形成する。２種の摂動周
期を有する摂動部分1211の各副摂動部分に対して、各々
複数のｎ側電極が対応するように、分離電極1208を蒸着
により形成する。活性領域1225,位相調整領域1226の電
極1207,1210,1207及び1210,基板裏面のｐ側電極1209の
形成は既述の各実施例と同様である。帰還領域1227の複
数の電極1208に加える電界の比率を変えることにより、
発振波長を、1.530μｍ〜1.550μｍの20nmの範囲にわた
つて連続的に変化させることができる。また、位相調整
領域に加える電界を調整することにより、スペクトル線
幅を常に10MHz以下に押えることができる。
他の１実施例を説明する。本実施例では、ある一定の周
期を有する副摂動部分の領域に、帰還領域の分離電極を
複数（例えば２個）設ける点が、第６図施例と異なる。
活性領域1225は、ｐ型InP基板1201上にｐ型InGaAsP光ガ
イド1204,ノンドープInGaAsP活性層1205,n型InGaAsPア
ンチメルトバツク層1206,n型InPクラツド層1207を順次
エピタキシヤル成長することにより形成する。位相調整
領域1226及び帰還領域1227は、上述した各半導体層の一
部をエツチング等により除去し、ｐ型InP基板1201上の
一部に周期A1＝238nm,A2＝239nmの副摂動部分をそれぞ
れ形成した後、以下の各層を成長して形成する。即ち、
上記複数の副摂動部分からなる摂動部分1211が形成され
た基板1201表面上に、ｐ型InGaAsP下部クラツド層1202,
ノンドープInGaAsP下部光ガイド層1212,ノンドープInGa
AsP中部クラツド層1213,ノンドープInGaAsP−InP MQW
構造の上部光ガイド層1214,n型InP上部クラツド層1203
を順次エプタキシヤル成長して形成する。２種の摂動周
期を有する摂動部分1211の各副摂動部分に対して、各々
複数のｎ側電極が対応するように、分離電極1208を蒸着
により形成する。活性領域1225,位相調整領域1226の電
極1207,1210,1207及び1210,基板裏面のｐ側電極1209の
形成は既述の各実施例と同様である。帰還領域1227の複
数の電極1208に加える電界の比率を変えることにより、
発振波長を、1.530μｍ〜1.550μｍの20nmの範囲にわた
つて連続的に変化させることができる。また、位相調整
領域に加える電界を調整することにより、スペクトル線
幅を常に10MHz以下に押えることができる。
第13図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例を説明する。本図は、本実施例である半導
体レーザ装置を上方からみたときの模式図である。３つ
に分岐した光導波路1302を基板1304上に形成し、各分岐
点には、光スイツチ1303を設けた。この光スイツチはキ
ヤリアを注入することにより、屈折率を変化させて、光
の進む方向を変化させるものである。光導波路1302の左
端には、レーザ1301を設け、分岐した３つの光導波路13
02の反対側の端には、回折格子による３つの副摂動部分
1311を設けた。回折格子の周期は、夫々238nm,240nm,24
2nmである。レーザ1301を駆動し、光スイツチ1303によ
り、光を任意の回折格子と結合させることにより、発振
波長を、1.530μｍ〜1.560μｍの30nmの範囲にわたつ
て、連続的に変化させることができる。
他の１実施例を説明する。本図は、本実施例である半導
体レーザ装置を上方からみたときの模式図である。３つ
に分岐した光導波路1302を基板1304上に形成し、各分岐
点には、光スイツチ1303を設けた。この光スイツチはキ
ヤリアを注入することにより、屈折率を変化させて、光
の進む方向を変化させるものである。光導波路1302の左
端には、レーザ1301を設け、分岐した３つの光導波路13
02の反対側の端には、回折格子による３つの副摂動部分
1311を設けた。回折格子の周期は、夫々238nm,240nm,24
2nmである。レーザ1301を駆動し、光スイツチ1303によ
り、光を任意の回折格子と結合させることにより、発振
波長を、1.530μｍ〜1.560μｍの30nmの範囲にわたつ
て、連続的に変化させることができる。
第14図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置を
光通信システムに応用する場合の１形態について説明す
る図は、多チヤンネル・ヘテロダインコヒーレント光通
信システムのブロツク図である。光源OS1,光源OS2,……
光源OS400からの光を、それぞれ変調器M1,変調器M2,…
…，変調器M400で変調した。変調速度は、1Gb/sであ
り、各光源間の波長間隔は、0.5Åとした。この光を、
光フアイバにより、100km伝送した後、受光器で電気信
号に変換し、増幅器，復調器により、増幅・復調を行な
い、信号を検出する。400個の信号を選択するために、
周波数制御回路及び局部発振光源LSを用いて、ヘテロダ
イン検波を行なつた。局部発振光源LSの波長可変幅は、
20nm以上である。このようにして、400Gb/s 100kmの大
容量長距離光通信が可能となる。この光通信システムの
局部発振光源LSとして、本発明の波長可変半導体レーザ
装置を使用できる。また、400コの光源も、0.5Åの波長
間隔で並べるために、波長を制御する必要があり、やは
り本発明の波長可変半導体レーザ装置を適用できる。
光通信システムに応用する場合の１形態について説明す
る図は、多チヤンネル・ヘテロダインコヒーレント光通
信システムのブロツク図である。光源OS1,光源OS2,……
光源OS400からの光を、それぞれ変調器M1,変調器M2,…
…，変調器M400で変調した。変調速度は、1Gb/sであ
り、各光源間の波長間隔は、0.5Åとした。この光を、
光フアイバにより、100km伝送した後、受光器で電気信
号に変換し、増幅器，復調器により、増幅・復調を行な
い、信号を検出する。400個の信号を選択するために、
周波数制御回路及び局部発振光源LSを用いて、ヘテロダ
イン検波を行なつた。局部発振光源LSの波長可変幅は、
20nm以上である。このようにして、400Gb/s 100kmの大
容量長距離光通信が可能となる。この光通信システムの
局部発振光源LSとして、本発明の波長可変半導体レーザ
装置を使用できる。また、400コの光源も、0.5Åの波長
間隔で並べるために、波長を制御する必要があり、やは
り本発明の波長可変半導体レーザ装置を適用できる。
以上、本発明をプレーナ型の活性領域を有する半導体
レーザ装置に言及して説明してきたが、他の活性領域−
例えばDHレーザタイプ,BHレーザタイプ等−の活性領域
を用いても同様である。また、本発明をInP,InGaAsPの
化合物半導体材料よりなる半導体レーザ装置に言及して
説明してきたが、他の半導体材料−例えば、GaAs,InGaA
s,InAlAs,InAlGaAs等−より成る半導体レーザ装置でも
良いことはもちろんである。
レーザ装置に言及して説明してきたが、他の活性領域−
例えばDHレーザタイプ,BHレーザタイプ等−の活性領域
を用いても同様である。また、本発明をInP,InGaAsPの
化合物半導体材料よりなる半導体レーザ装置に言及して
説明してきたが、他の半導体材料−例えば、GaAs,InGaA
s,InAlAs,InAlGaAs等−より成る半導体レーザ装置でも
良いことはもちろんである。
本発明によれば、発振波長可変幅の著しく大きい半導
体レーザ装置を実現することができる。
体レーザ装置を実現することができる。
第１図は、本発明に係る半導体レーザ装置の基本的構成
を説明するための図であり、キヤビテイ方向に平行な縦
断面図である。 第２図は、従来の波長可変型半導体レーザを説明するも
のである。 第３図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
説明するための図である。 第４図は、本発明に係る半導体レーザ装置の他の１実施
例を説明するための図である。本実施例は、発振波長の
狭スペクトル化のために特に好適な構造を有している。 第5A図及び第5B図は、本発明に係る半導体レーザ装置の
帰還領域の一部を示す断面図であり、帰還領域内部の光
強度分布を共に示している。本図は、帰還領域内の光導
波領域の有効な形態を示唆するものである。 第６図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
示す断面図である。 第7A図及び第7B図は、本発明に係る半導体レーザ装置の
帰還領域を示す図であり、光学的結合強度の変化を説明
するための概念図である。 第８図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
説明するための図である。 第9A図及び第9B図は、本発明に係る半導体レーザ装置の
更に他の１実施例を説明するための図であり、第9A図は
キヤビテイ方向に平行な縦断面図，第9B図は第9A図のＡ
−Ａ′断面図である。本実施例も、発振波長の狭スペク
トル化に特に有効な形態である。 第10図は、本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の１
実施例を説明するための図である。本実施例は、活性領
域と帰還領域とが明確に分離しておらず、全領域が両者
の機能を同時に発揮する構造を有する。 第11図は、本発明の更に他の１実施例を説明するための
図であり、本実施例も発振波長の狭スペクトル化に有効
な形態の１つであるが、本実施例の重要な示唆は、帰還
領域のとり得る形態である。具体的には、摂動部分が複
数存在する可能性及び摂動部分が帰還領域内でとりうる
位置の可能性を示唆するものである。 第12図は、本発明の更に他の１実施例を説明するための
図であり、やはり発振波長の狭スペクトル化に有効な形
態の１つであるが、本実施例の重要な示唆は、摂動部分
の形態と、帰還領域内を伝播する光の強度分布を変化さ
せるための手段との特殊な組み合せにある。この構成
は、第10図に示した実施例と共通の思想を含んでいる。 第13図は、本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の１
実施例を説明するための図であり、半導体レーザ装置を
上方からみたときの模式図である。本実施例の重要な示
唆は、分枝型光導波路，光スイツチ等の光学的機能素子
の利用である。 第14図は、本発明に係る半導体レーザ装置を光通信シス
テムに応用する場合の１実施例を説明するためのブロツ
ク図である。本発明に係る半導体レーザ装置を光通信シ
ステムに応用する場合の適用可能性を示唆する。 111……摂動部分、107……電極、113……帰還領域。
を説明するための図であり、キヤビテイ方向に平行な縦
断面図である。 第２図は、従来の波長可変型半導体レーザを説明するも
のである。 第３図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
説明するための図である。 第４図は、本発明に係る半導体レーザ装置の他の１実施
例を説明するための図である。本実施例は、発振波長の
狭スペクトル化のために特に好適な構造を有している。 第5A図及び第5B図は、本発明に係る半導体レーザ装置の
帰還領域の一部を示す断面図であり、帰還領域内部の光
強度分布を共に示している。本図は、帰還領域内の光導
波領域の有効な形態を示唆するものである。 第６図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
示す断面図である。 第7A図及び第7B図は、本発明に係る半導体レーザ装置の
帰還領域を示す図であり、光学的結合強度の変化を説明
するための概念図である。 第８図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
説明するための図である。 第9A図及び第9B図は、本発明に係る半導体レーザ装置の
更に他の１実施例を説明するための図であり、第9A図は
キヤビテイ方向に平行な縦断面図，第9B図は第9A図のＡ
−Ａ′断面図である。本実施例も、発振波長の狭スペク
トル化に特に有効な形態である。 第10図は、本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の１
実施例を説明するための図である。本実施例は、活性領
域と帰還領域とが明確に分離しておらず、全領域が両者
の機能を同時に発揮する構造を有する。 第11図は、本発明の更に他の１実施例を説明するための
図であり、本実施例も発振波長の狭スペクトル化に有効
な形態の１つであるが、本実施例の重要な示唆は、帰還
領域のとり得る形態である。具体的には、摂動部分が複
数存在する可能性及び摂動部分が帰還領域内でとりうる
位置の可能性を示唆するものである。 第12図は、本発明の更に他の１実施例を説明するための
図であり、やはり発振波長の狭スペクトル化に有効な形
態の１つであるが、本実施例の重要な示唆は、摂動部分
の形態と、帰還領域内を伝播する光の強度分布を変化さ
せるための手段との特殊な組み合せにある。この構成
は、第10図に示した実施例と共通の思想を含んでいる。 第13図は、本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の１
実施例を説明するための図であり、半導体レーザ装置を
上方からみたときの模式図である。本実施例の重要な示
唆は、分枝型光導波路，光スイツチ等の光学的機能素子
の利用である。 第14図は、本発明に係る半導体レーザ装置を光通信シス
テムに応用する場合の１実施例を説明するためのブロツ
ク図である。本発明に係る半導体レーザ装置を光通信シ
ステムに応用する場合の適用可能性を示唆する。 111……摂動部分、107……電極、113……帰還領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 茅野 直樹 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61−79283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−54690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−255087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−255085（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (4)
- 【請求項１】活性層領域と、この活性層領域にキャリア
を注入する為の一対の電極と、波長を可変ならしめる為
の帰還領域とを少なくとも有し、この帰還領域は、前記
活性層領域の光軸方向の端部に光学的に結合されて配さ
れ、かつ前記活性層領域からの光を導波する複数の光導
波層を有する光導波領域と、この光導波領域を伝播する
光に摂動を与え得る非一様な摂動周期分布領域と、この
帰還領域における光分布を変化せしめ得る手段とを少な
くとも有し、前記複数の光導波層の各々は前記非一様な
摂動周期分布領域と距離を異にして設けられ、前記光分
布を変化せしめ得る手段により前記帰還領域における光
分布を変化せしめ、前記光導波領域内の所望の光導波層
を主たる光導波層となすことにより、前記帰還領域を伝
播する光に対し前記非一様な摂動周期分布領域の一部と
の光学的結合強度を選択的に変化させ発振波長を可変な
らしめ得ることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】前記光導波層がMQW構造を有することを特
徴とする請求項１項記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】前記活性層領域と前記帰還領域とが、前記
活性層領域を伝播する光と前記帰還領域を伝播する光と
の位相を整合するための領域を介して光学的に結合して
いることを特徴とする請求項１又は２項記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項４】光源と、この光源よりの光を変調する変調
器と、当該光を伝送する光ファイバーとを少なくとも有
する光通信システムであって、前記光源はレーザ発振領
域と、このレーザ発振領域にキャリアを注入する為の電
極と、波長を可変ならしめる為の帰還領域とを少なくと
も有し、前記帰還領域は、前記レーザ発振領域の光軸方
向の端部に光学的に結合されて配されかつ前記レーザ発
振領域からの光を導波する複数の光導波層を有する光導
波領域と、この光導波領域を伝播する光に摂動を与え得
る非一様な摂動周期分布領域と、この帰還領域における
光分布を変化せしめ得る手段とを少なくとも有し、前記
複数の光導波層の各々は前記非一様な摂動周期分布領域
と距離を異にして設けられ、前記光分布を変化せしめ得
る手段により前記帰還領域における光分布を変化せし
め、前記光導波領域内の所望の光導波層を主たる光導波
層となすことを特徴とする光通信システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62-253617 | 1987-10-09 | ||
| JP25361787 | 1987-10-09 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22623697A Division JP2911856B2 (ja) | 1987-10-09 | 1997-08-22 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01199487A JPH01199487A (ja) | 1989-08-10 |
| JP2825508B2 true JP2825508B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=17253851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63247350A Expired - Lifetime JP2825508B2 (ja) | 1987-10-09 | 1988-10-03 | 半導体レーザ装置および光通信システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4885753A (ja) |
| JP (1) | JP2825508B2 (ja) |
Families Citing this family (45)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3836802A1 (de) * | 1988-10-28 | 1990-05-03 | Siemens Ag | Halbleiterlaseranordnung fuer hohe ausgangsleistungen im lateralen grundmodus |
| NL8803080A (nl) * | 1988-12-16 | 1990-07-16 | Philips Nv | Verstembare halfgeleiderdiodelaser met verdeelde reflectie en vervaardigingswijze van een dergelijke halfgeleiderdiodelaser. |
| NL9000135A (nl) * | 1989-01-30 | 1990-08-16 | Seiko Epson Corp | Focusseermechanisme en optische kop. |
| DE69011921T2 (de) * | 1989-04-04 | 1995-03-02 | Canon Kk | Halbleiterlaser mit veränderbarer Emissionswellenlänge und selektives Wellenlängenfitter und Verfahren zum Betrieb derselben. |
| US5091916A (en) * | 1990-09-28 | 1992-02-25 | At&T Bell Laboratories | Distributed reflector laser having improved side mode suppression |
| JP2914741B2 (ja) * | 1990-10-03 | 1999-07-05 | 株式会社東芝 | 分布帰還型半導体レーザ |
| JP2804838B2 (ja) * | 1990-10-11 | 1998-09-30 | 国際電信電話株式会社 | 波長可変半導体レーザ |
| DE59105787D1 (de) * | 1990-11-15 | 1995-07-27 | Sel Alcatel Ag | Vorrichtung für den optischen Überlagerungsempfang von Signalen. |
| US5164955A (en) * | 1991-06-17 | 1992-11-17 | Eastman Kodak Company | Laser diode with volume refractive index grating |
| DE69217344T2 (de) * | 1991-12-16 | 1997-08-21 | Ibm | Abstimmbarer Laser mit gekoppelter Quantumwell-Struktur |
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