JP2907234B2 - 半導体波長可変装置 - Google Patents
半導体波長可変装置Info
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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
- H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
-
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- 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
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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
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光伝送における信号源
として用いられる半導体レーザおよび光交換等に用いら
れる狭帯域波長フィルタに関するものである。特に、従
来の発明に関わるものより掃引波長の広い特性を有した
半導体波長可変装置を供給することに大きな特徴を有す
る。
として用いられる半導体レーザおよび光交換等に用いら
れる狭帯域波長フィルタに関するものである。特に、従
来の発明に関わるものより掃引波長の広い特性を有した
半導体波長可変装置を供給することに大きな特徴を有す
る。
【０００２】
【従来の技術】単一縦モードで発振する半導体レーザの
代表例として図２０に示すようなＤＦＢレーザ（ｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｅｒ ｄ
ｉｏｄｅ）と、図２１に示すようなＤＢＲレーザ（ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ
ｌａｓｅｒ）がある。図中、符号１はｎ形ＩｎＰ基板
であり、２はｎ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、３はＩｎ
ＧａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰバリア層とからなる
ノンドープＭＱＷ（ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅ
ｌｌ：多重量子井戸）活性層、４はＰ形ＩｎＧａＡｓＰ
光ガイド層、５はＰ形ＩｎＰクラッド層、６はＰ形Ｉｎ
ＧａＡｓＰ電極層、９はＰ形オーミック電極であり、２
０はＰ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４の上面を凸凹状に
加工して形成した回折格子である。ＤＦＢレーザは活性
層３の上もしくは下に設けられた回折格子２０により単
一縦モードを実現するとともに、電流注入によりその発
振波長を１ｎｍ程度連続に変化することができる（ｅ
ｘ．Ｙ．Ｉｔａｙａ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑ
ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ＱＥ−２０，（１
９８４）２３０−２３５．）。前記半導体レーザをその
Ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４の上方に溝１１を形成
することによって改良した図２２に示すような多電極Ｄ
ＦＢレーザ（ｅｘ．Ｙ． Ｙｏｓｈｉｋｕｎｉ ｅｔ
ａｌ．，Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．，ＬＴ−５，（１９８７）５１６−５２２．）で
は、各電極に注入する電流量を調節することにより連続
波長掃引幅を約６ｎｍまで広げることができる（ｅｘ．
Ｍ．Ｃ．Ｗｕ ｅｔ ａｌ．，ＣＰＤＰ３０，ＣＬＥ
Ｏ’９０，６６７−６６８．）。また、ＤＢＲレーザは
回折格子を非電流注入領域（ＤＢＲ領域）に設けて活性
領域で生じた光を単一縦モード化し、ＤＢＲ領域への電
流注入量を制御することにより非連続で１０ｎｍ程度波
長掃引することができるが、モード飛びが不可避であ
り、連続波長可変幅は３ｎｍに過ぎないので、使用法が
複雑となる（ｅｘ．Ｓ．Ｍｕｒａｔａ ｅｔａｌ．，Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２４，（１９８８）５７
７−５７４．）。
代表例として図２０に示すようなＤＦＢレーザ（ｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｅｒ ｄ
ｉｏｄｅ）と、図２１に示すようなＤＢＲレーザ（ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ
ｌａｓｅｒ）がある。図中、符号１はｎ形ＩｎＰ基板
であり、２はｎ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、３はＩｎ
ＧａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰバリア層とからなる
ノンドープＭＱＷ（ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅ
ｌｌ：多重量子井戸）活性層、４はＰ形ＩｎＧａＡｓＰ
光ガイド層、５はＰ形ＩｎＰクラッド層、６はＰ形Ｉｎ
ＧａＡｓＰ電極層、９はＰ形オーミック電極であり、２
０はＰ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４の上面を凸凹状に
加工して形成した回折格子である。ＤＦＢレーザは活性
層３の上もしくは下に設けられた回折格子２０により単
一縦モードを実現するとともに、電流注入によりその発
振波長を１ｎｍ程度連続に変化することができる（ｅ
ｘ．Ｙ．Ｉｔａｙａ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑ
ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ＱＥ−２０，（１
９８４）２３０−２３５．）。前記半導体レーザをその
Ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４の上方に溝１１を形成
することによって改良した図２２に示すような多電極Ｄ
ＦＢレーザ（ｅｘ．Ｙ． Ｙｏｓｈｉｋｕｎｉ ｅｔ
ａｌ．，Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．，ＬＴ−５，（１９８７）５１６−５２２．）で
は、各電極に注入する電流量を調節することにより連続
波長掃引幅を約６ｎｍまで広げることができる（ｅｘ．
Ｍ．Ｃ．Ｗｕ ｅｔ ａｌ．，ＣＰＤＰ３０，ＣＬＥ
Ｏ’９０，６６７−６６８．）。また、ＤＢＲレーザは
回折格子を非電流注入領域（ＤＢＲ領域）に設けて活性
領域で生じた光を単一縦モード化し、ＤＢＲ領域への電
流注入量を制御することにより非連続で１０ｎｍ程度波
長掃引することができるが、モード飛びが不可避であ
り、連続波長可変幅は３ｎｍに過ぎないので、使用法が
複雑となる（ｅｘ．Ｓ．Ｍｕｒａｔａ ｅｔａｌ．，Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２４，（１９８８）５７
７−５７４．）。
【０００３】しかし、光の有する約１０ＴＨｚという広
帯域性を生かした高性能光伝送方式として、波長間隔１
０ＧＨｚ程度で信号光を並べるＦＤＭ伝送方式が検討さ
れている。発振波長間隔を揃えるためには、歩留りを考
慮して波長掃引幅の大きな半導体レーザが必要となる。
半導体の利得帯域は５０ｎｍ程度であり、理想的にはこ
の帯域内では波長可変することが可能であると考えられ
るが、現在の波長可変幅はそれに比べて不十分である。
帯域性を生かした高性能光伝送方式として、波長間隔１
０ＧＨｚ程度で信号光を並べるＦＤＭ伝送方式が検討さ
れている。発振波長間隔を揃えるためには、歩留りを考
慮して波長掃引幅の大きな半導体レーザが必要となる。
半導体の利得帯域は５０ｎｍ程度であり、理想的にはこ
の帯域内では波長可変することが可能であると考えられ
るが、現在の波長可変幅はそれに比べて不十分である。
【０００４】一方、光交換における波長多重分割光交換
では、複数の波長多重された信号光の中から１つの波長
に対する信号光のみを狭帯域な波長フィルタで取り出
し、その選択された信号光を波長変換素子により所望の
波長に交換する（ｅｘ．後藤他、電子通信学会誌、６
８、（１９８５）１３３３−１３４１．）。１つの波長
のみを選択する波長フィルタは、その掃引波長が大きく
取れることが望ましい。この様な目的で開発された狭帯
域透過型波長フィルタにＤＦＢ形波長フィルタがある。
これはＤＦＢ形半導体レーザへのバイアス電流を発振し
きい値以下でかつその近傍に設定して使用することによ
り、回折格子に起因した狭帯域の増幅帯域を実現するこ
とができ、電流注入量の変化によりその増幅波長（帯
域）を変化できる。増幅帯域に一致した信号光のみ約２
０ｄＢ増幅されるため、その他の波長に対する消光比と
して約−２０ｄＢのフィルタ特性を実現できる。（ｅ
ｘ．Ｋ．Ｍａｇａｒｉ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，２４（１９８
８）２１７８−２１９０．）．ＤＦＢ形波長フィルタの
波長掃引幅としては約１ｎｍが実現されているが、この
掃引特性も十分なものとは言えない。
では、複数の波長多重された信号光の中から１つの波長
に対する信号光のみを狭帯域な波長フィルタで取り出
し、その選択された信号光を波長変換素子により所望の
波長に交換する（ｅｘ．後藤他、電子通信学会誌、６
８、（１９８５）１３３３−１３４１．）。１つの波長
のみを選択する波長フィルタは、その掃引波長が大きく
取れることが望ましい。この様な目的で開発された狭帯
域透過型波長フィルタにＤＦＢ形波長フィルタがある。
これはＤＦＢ形半導体レーザへのバイアス電流を発振し
きい値以下でかつその近傍に設定して使用することによ
り、回折格子に起因した狭帯域の増幅帯域を実現するこ
とができ、電流注入量の変化によりその増幅波長（帯
域）を変化できる。増幅帯域に一致した信号光のみ約２
０ｄＢ増幅されるため、その他の波長に対する消光比と
して約−２０ｄＢのフィルタ特性を実現できる。（ｅ
ｘ．Ｋ．Ｍａｇａｒｉ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，２４（１９８
８）２１７８−２１９０．）．ＤＦＢ形波長フィルタの
波長掃引幅としては約１ｎｍが実現されているが、この
掃引特性も十分なものとは言えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来素
子の有する波長掃引幅が狭いという欠点を改善するため
に成されたもので、連続波長掃引幅の広い半導体波長可
変装置を提供し、もって光伝送および光交換システムの
向上を可能にすることを課題とする。
子の有する波長掃引幅が狭いという欠点を改善するため
に成されたもので、連続波長掃引幅の広い半導体波長可
変装置を提供し、もって光伝送および光交換システムの
向上を可能にすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の半導体波長可変装置は、一様な回折格子を
有している点では従来の素子構造と同じであるが、１）
導波路がその光の進行する方向に連続的に曲がるととも
に、２）導波路幅がその曲率が大きくなる場所程大きく
なっていることを特徴とする。
め、本発明の半導体波長可変装置は、一様な回折格子を
有している点では従来の素子構造と同じであるが、１）
導波路がその光の進行する方向に連続的に曲がるととも
に、２）導波路幅がその曲率が大きくなる場所程大きく
なっていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本素子構造によって導波路の進行方向に沿って
ブラッグ条件が連続的に変化するチャープドグレーティ
ングが実現されるため、各電極への注入電流を調節する
ことにより全体としてのブラッグ条件を大きく変化する
ことができ、波長可変幅の大きな半導体装置を提供する
ことができる。さらに、本素子構造では、導波路幅をそ
の曲率が大きくなる場所程大きく構成しているので、ブ
ラッグ波長の変化を、導波路幅を一定にしたままと比べ
て、大きくとることができる。
ブラッグ条件が連続的に変化するチャープドグレーティ
ングが実現されるため、各電極への注入電流を調節する
ことにより全体としてのブラッグ条件を大きく変化する
ことができ、波長可変幅の大きな半導体装置を提供する
ことができる。さらに、本素子構造では、導波路幅をそ
の曲率が大きくなる場所程大きく構成しているので、ブ
ラッグ波長の変化を、導波路幅を一定にしたままと比べ
て、大きくとることができる。
【０００８】
【実施例】（実施例１）図１から図６は、本発明による
一実施例を示すものである。図１から図３は本発明の半
導体装置の製造過程の断面構成図、図４は本発明装置の
図５のＸ−Ｙ線に沿う断面図、図５は同装置の上から見
た図であり、図６は図５のＡ−Ｃ線に沿う断面図であ
る。また図７〜図１２は本発明における他の実施例を上
から見た時の図であり、図１３は本発明による半導体波
長可変装置を他の機能素子と集積した集積デバイスであ
る。図１４，１５は本発明による半導体波長可変装置を
アレイ状に集積化した例であり、図１６，１７は図１
４，１５に光合波回路を接続したものである。図１８，
１９は図１４，１５の構成に更に変調器を接続した例で
ある。
一実施例を示すものである。図１から図３は本発明の半
導体装置の製造過程の断面構成図、図４は本発明装置の
図５のＸ−Ｙ線に沿う断面図、図５は同装置の上から見
た図であり、図６は図５のＡ−Ｃ線に沿う断面図であ
る。また図７〜図１２は本発明における他の実施例を上
から見た時の図であり、図１３は本発明による半導体波
長可変装置を他の機能素子と集積した集積デバイスであ
る。図１４，１５は本発明による半導体波長可変装置を
アレイ状に集積化した例であり、図１６，１７は図１
４，１５に光合波回路を接続したものである。図１８，
１９は図１４，１５の構成に更に変調器を接続した例で
ある。
【０００９】以下、図面に沿って本発明の実施例につい
て説明する。なお、図１４，１６，１８は本発明に基ず
く素子構成の上から見た図であり、図１５，１７，１９
はそれぞれ図１４，１６，１８のＸ−Ｙ線に沿う断面構
成図である。
て説明する。なお、図１４，１６，１８は本発明に基ず
く素子構成の上から見た図であり、図１５，１７，１９
はそれぞれ図１４，１６，１８のＸ−Ｙ線に沿う断面構
成図である。
【００１０】本発明の半導体可変波長装置の作製は、１
回目の成長法として液相成長法（ＬＰＥ）、あるいは気
相成長法（ＭＯＣＶＤ）あるいは分子線エピタキシャル
法（ＭＢＥ）等により、図１に示すように、ｎ形ＩｎＰ
基板１上にｎ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（１．３μｍ
組成、０．０５μｍ厚）２、ノンドープＭＱＷ（ｍｕｌ
ｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ；多重量子井戸）活性
層３［ウエル層：ＩｎＧａＡｓ（１００Å）、バリア
層：ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組成１００Å）］、ｐ
形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（１．３μｍ組成、０．１
μｍ厚）４を連続成長させる。
回目の成長法として液相成長法（ＬＰＥ）、あるいは気
相成長法（ＭＯＣＶＤ）あるいは分子線エピタキシャル
法（ＭＢＥ）等により、図１に示すように、ｎ形ＩｎＰ
基板１上にｎ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（１．３μｍ
組成、０．０５μｍ厚）２、ノンドープＭＱＷ（ｍｕｌ
ｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ；多重量子井戸）活性
層３［ウエル層：ＩｎＧａＡｓ（１００Å）、バリア
層：ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組成１００Å）］、ｐ
形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（１．３μｍ組成、０．１
μｍ厚）４を連続成長させる。
【００１１】このｐ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４の上
に電子線露光法でピッチ２３６０Åの回折格子パターン
を書込み、エッチングで結合係数κ〜５０ｃｍ-1の凹凸
状に加工する。この回折格子２０は基板全面に同一方向
に（例えば＜１１０＞方向に回折格子の周期が）形成さ
れている。続いて、２回目の成長としてＬＰＥまたはＭ
ＯＣＶＤ法により、ｐ形ＩｎＰクラッド層（１．５μｍ
厚）５、ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ電極層（１．１μｍ組成、
０．５μｍ厚）６を連続成長させる。
に電子線露光法でピッチ２３６０Åの回折格子パターン
を書込み、エッチングで結合係数κ〜５０ｃｍ-1の凹凸
状に加工する。この回折格子２０は基板全面に同一方向
に（例えば＜１１０＞方向に回折格子の周期が）形成さ
れている。続いて、２回目の成長としてＬＰＥまたはＭ
ＯＣＶＤ法により、ｐ形ＩｎＰクラッド層（１．５μｍ
厚）５、ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ電極層（１．１μｍ組成、
０．５μｍ厚）６を連続成長させる。
【００１２】次に、スパッタ法またはＣＶＤ法等により
ＳｉＯ2 もしくはＳｉ3 Ｎ4 の薄膜Ｒを全表面に形成す
る。その後、上面から見た図２に示すように活性層を埋
め込むために、フォトエッチング技術を用いてこの薄膜
Ｒを＜１１０＞方向に沿った幅４−５μｍ、半径３ｍｍ
で長さ約６００μｍに渡るカーブした帯状（ストライプ
状）に形成する。このＳｉＯ2 もしくはＳｉ3 Ｎ4 の加
工された薄膜Ｒをマスクとし、ブロムメタノール２．５
％溶液により、図３に示すように、基板１に達するまで
エッチングして逆メサ状の積層体（図６）を形成する。
ＳｉＯ2 もしくはＳｉ3 Ｎ4 の薄膜Ｒを全表面に形成す
る。その後、上面から見た図２に示すように活性層を埋
め込むために、フォトエッチング技術を用いてこの薄膜
Ｒを＜１１０＞方向に沿った幅４−５μｍ、半径３ｍｍ
で長さ約６００μｍに渡るカーブした帯状（ストライプ
状）に形成する。このＳｉＯ2 もしくはＳｉ3 Ｎ4 の加
工された薄膜Ｒをマスクとし、ブロムメタノール２．５
％溶液により、図３に示すように、基板１に達するまで
エッチングして逆メサ状の積層体（図６）を形成する。
【００１３】図４に示すように、３回目の成長として周
知のＬＰＥまたはＭＯＣＶＤ法により、上記エッチング
により取り除いた部分にｐ形ＩｎＰ層７、およびｎ形Ｉ
ｎＰ層８を電流狭さく用埋め込み成長によって形成す
る。
知のＬＰＥまたはＭＯＣＶＤ法により、上記エッチング
により取り除いた部分にｐ形ＩｎＰ層７、およびｎ形Ｉ
ｎＰ層８を電流狭さく用埋め込み成長によって形成す
る。
【００１４】こうして得たウエハの上面にＡｕ−Ｚｎを
蒸着することにより、ｐ形オーミック電極９を全面に形
成した。基板側は全体の厚みが８０μｍ程度になるまで
研磨した後、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉを蒸着し、ｎ形オーミッ
ク電極１０を全面に形成した。続いて、スパッタ法また
はＣＶＤ法等によりＳｉＯ2 もしくはＳｉ3 Ｎ4 の薄膜
をｐ側の全表面に形成し、電極分離のためフォトエッチ
ング技術を用いて、この薄膜を幅２０μｍのストライプ
部のみ除去してマスクとし、反応性イオンエッチングに
より、図４，５に示すように電極間の電気的分離を図る
ための溝１１を形成する。
蒸着することにより、ｐ形オーミック電極９を全面に形
成した。基板側は全体の厚みが８０μｍ程度になるまで
研磨した後、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉを蒸着し、ｎ形オーミッ
ク電極１０を全面に形成した。続いて、スパッタ法また
はＣＶＤ法等によりＳｉＯ2 もしくはＳｉ3 Ｎ4 の薄膜
をｐ側の全表面に形成し、電極分離のためフォトエッチ
ング技術を用いて、この薄膜を幅２０μｍのストライプ
部のみ除去してマスクとし、反応性イオンエッチングに
より、図４，５に示すように電極間の電気的分離を図る
ための溝１１を形成する。
【００１５】以上の様にして作製された素子を電極が２
分割された素子長６００μｍ、素子幅４００μｍのペレ
ットにウエハの劈開を行なった後、ｐ−サイドアップで
ダイヤモンドヒートシンクにマウントし、更にＯ形ヘッ
ダにマウントした後に分割された２つの電極にＡｕ線で
ボンディングした。
分割された素子長６００μｍ、素子幅４００μｍのペレ
ットにウエハの劈開を行なった後、ｐ−サイドアップで
ダイヤモンドヒートシンクにマウントし、更にＯ形ヘッ
ダにマウントした後に分割された２つの電極にＡｕ線で
ボンディングした。
【００１６】尚、上記の数値に対して、回折格子のピッ
チ長が２４００Åにおいてブラッグ波長が１．５５μｍ
になる様に導波路の構造を定めてある。このことは以下
で述べる他の実施例においても同様である。
チ長が２４００Åにおいてブラッグ波長が１．５５μｍ
になる様に導波路の構造を定めてある。このことは以下
で述べる他の実施例においても同様である。
【００１７】導波路に湾曲を設けて素子端面に垂直方向
と導波路とのなす角をθとなるように設定すれば、ブラ
ッグ波長がΛからΛ／ｃｏｓθに変化した様に導波路内
を伝搬する光が感じるため、ブラッグ波長が長波長側に
シフトする。従って、例えば円弧等の形状に連続的に湾
曲を導波路に導入すれば、導波路中を伝搬する光に対し
て損失を付加することなくチャープド回折格子を作製で
きることになる。これにより広い波長範囲に対してブラ
ッグ条件を満たす回折格子ピッチを実現できる。その結
果、電流注入量の調節により波長掃引幅を十分に拡張す
ることができ、連続波長掃引幅約２０ｎｍを実現した。
と導波路とのなす角をθとなるように設定すれば、ブラ
ッグ波長がΛからΛ／ｃｏｓθに変化した様に導波路内
を伝搬する光が感じるため、ブラッグ波長が長波長側に
シフトする。従って、例えば円弧等の形状に連続的に湾
曲を導波路に導入すれば、導波路中を伝搬する光に対し
て損失を付加することなくチャープド回折格子を作製で
きることになる。これにより広い波長範囲に対してブラ
ッグ条件を満たす回折格子ピッチを実現できる。その結
果、電流注入量の調節により波長掃引幅を十分に拡張す
ることができ、連続波長掃引幅約２０ｎｍを実現した。
【００１８】尚、作製した素子の導波路Ｇの活性層にＭ
ＱＷ構造を導入したが、その状態密度の相違に起因して
バルク構造に比べて高電流注入状態でも広い波長範囲に
渡って利得帯域を平坦化することができ、バルク活性層
［例えば、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層（１．５８
μｍ組成、０．１５μｍ厚）］よりも有利である。
ＱＷ構造を導入したが、その状態密度の相違に起因して
バルク構造に比べて高電流注入状態でも広い波長範囲に
渡って利得帯域を平坦化することができ、バルク活性層
［例えば、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層（１．５８
μｍ組成、０．１５μｍ厚）］よりも有利である。
【００１９】（実施例２）図７，８は図４，５，６の装
置に窓構造を導入した実施例である。導波路Ｇを埋め込
む時にフォトエッチング技術を用いるが、その時に導波
路Ｇの一部もエッチングを行ない、その後、埋め込み成
長を行なうことにより、導波路Ｇ中の光の伝搬方向の一
部に導波路の形成されていない窓領域Ｗを形成した。こ
の方法は、電極分離用に溝１１を作製した部分を用いる
ことにより、窓構造＋電極分離という形で電気的分離を
更に向上させたものである。
置に窓構造を導入した実施例である。導波路Ｇを埋め込
む時にフォトエッチング技術を用いるが、その時に導波
路Ｇの一部もエッチングを行ない、その後、埋め込み成
長を行なうことにより、導波路Ｇ中の光の伝搬方向の一
部に導波路の形成されていない窓領域Ｗを形成した。こ
の方法は、電極分離用に溝１１を作製した部分を用いる
ことにより、窓構造＋電極分離という形で電気的分離を
更に向上させたものである。
【００２０】（実施例３）前記図４，５，６の装置では
導波路側面を形成する曲線の曲率を一定にしているが、
図９に示した装置では、導波路Ｇの曲率が大きくなる場
所程、導波路Ｇの幅（Ｗ1 、Ｗ2 ）が広くなるように、
導波路Ｇの側面を形成する曲率を両側で変化させたもの
である（Ｗ1＜Ｗ2 ）。また導波路Ｇと端面に対して垂
直方向とのなす角θが大きくなるほど導波路幅を広げる
のは、導波路Ｇの幅が広いほど光導波路の等価屈折率が
大きくなるためである。このためブラッグ波長の変化
を、導波路Ｇの幅を一定にしたままと比べて大きく取る
ことが出来る。
導波路側面を形成する曲線の曲率を一定にしているが、
図９に示した装置では、導波路Ｇの曲率が大きくなる場
所程、導波路Ｇの幅（Ｗ1 、Ｗ2 ）が広くなるように、
導波路Ｇの側面を形成する曲率を両側で変化させたもの
である（Ｗ1＜Ｗ2 ）。また導波路Ｇと端面に対して垂
直方向とのなす角θが大きくなるほど導波路幅を広げる
のは、導波路Ｇの幅が広いほど光導波路の等価屈折率が
大きくなるためである。このためブラッグ波長の変化
を、導波路Ｇの幅を一定にしたままと比べて大きく取る
ことが出来る。
【００２１】（実施例４）前記図４，５，６の装置では
導波路側面を形成する曲線が滑らかに形成されていた
が、図１０に示した装置では、導波路Ｇの曲率を段階的
に変化させて、導波路Ｇを直線部の集合よりなる多角形
状に形成したものである。
導波路側面を形成する曲線が滑らかに形成されていた
が、図１０に示した装置では、導波路Ｇの曲率を段階的
に変化させて、導波路Ｇを直線部の集合よりなる多角形
状に形成したものである。
【００２２】（実施例５）図１１は、導波路Ｇの一部分
Ｇ′だけが湾曲された素子構造の装置を示すものであ
る。この湾曲した部分Ｇ′の長さを適切に選定すること
によりレーザの共振器内に任意の波長シフトを導入する
ことができる。
Ｇ′だけが湾曲された素子構造の装置を示すものであ
る。この湾曲した部分Ｇ′の長さを適切に選定すること
によりレーザの共振器内に任意の波長シフトを導入する
ことができる。
【００２３】（実施例６）図１２の装置は、前記４，
５，６の装置の構成を２つ連結した形を採っており、素
子の両端面で導波路と直交させることが出来るため、波
長フィルタとして動作させる場合に、素子両端面で光フ
ァイバとの結合を行う際に有利となる。
５，６の装置の構成を２つ連結した形を採っており、素
子の両端面で導波路と直交させることが出来るため、波
長フィルタとして動作させる場合に、素子両端面で光フ
ァイバとの結合を行う際に有利となる。
【００２４】（実施例７）図１３の装置は、前記図４，
５，６で作製された半導体可変波長装置をレーザ素子Ｌ
として用い、これに更に混晶導波路ＷＧとＭＱＷ構造の
光増幅器ＰＡとを集積化したものである。例えば＜１１
０＞方向にピッチ２２１０Åで回折格子を全面に一様に
形成する。ＭＱＷ光増幅器ＰＡとして動作する領域にお
いては導波路Ｇが素子端面に垂直に交差する様な半径
４．２ｍｍの曲率を有する曲線で導波路の両側面を形成
する。多電極可変波長レーザ（素子長６００μｍ）部Ｌ
はレーザ部端面と導波路Ｇとのなす角がθ3 ＝１５．９
°とθ4 ＝２３．２°となるため、ブラッグ条件を満た
す波長帯として１．４９〜１．５８μｍ付近を掃引する
ことができる。ＭＱＷ光増幅器（素子長６００μｍ）Ｐ
Ａとしては１．４２〜１．４４μｍ附近でのブラッグ条
件となり（ＭＱＷ光増幅器ＰＡ端面と導波路Ｇとのなす
角としてθ1 ＝０°とθ2 ＝１３°）、多電極可変波長
レーザＬからの発振光を増幅することに回折格子は影響
を与えない。尚、多電極可変波長レーザＬと混晶化導波
路ＷＧおよびＭＱＷ光増幅器ＰＡと混晶化導波路ＷＧと
の結合部は窓領域Ｗ（長さ５０μｍ）とし、混晶化によ
るバンド端波長の短波側へのシフトに伴う屈折率の減少
を用いることでレーザと光増幅器とは全く独立に導波路
領域を形成することができる。また、導波路Ｇとして混
晶化導波路（長さ５００μｍ）を用いることにより、結
晶成長回数は３回となり、可変波長レーザと同回数で作
製できるとともに、従来用いられていたプロセス技術を
そのまま適用できるという特徴を有する。ＭＱＷ光増幅
器ＰＡをブースタ増幅器として用いることにより、広帯
域に渡って高出力な単一縦モード発振光が得られる。更
に導波路Ｇの両側面を形成する曲線の曲率半径を小さく
することにより、混晶化導波路を用いることなく多電極
可変波長レーザＬとＭＱＷ光増幅器ＰＡを直接もしくは
窓領域Ｗを挟んで結合した集積化光源として作製するこ
とも出来る。
５，６で作製された半導体可変波長装置をレーザ素子Ｌ
として用い、これに更に混晶導波路ＷＧとＭＱＷ構造の
光増幅器ＰＡとを集積化したものである。例えば＜１１
０＞方向にピッチ２２１０Åで回折格子を全面に一様に
形成する。ＭＱＷ光増幅器ＰＡとして動作する領域にお
いては導波路Ｇが素子端面に垂直に交差する様な半径
４．２ｍｍの曲率を有する曲線で導波路の両側面を形成
する。多電極可変波長レーザ（素子長６００μｍ）部Ｌ
はレーザ部端面と導波路Ｇとのなす角がθ3 ＝１５．９
°とθ4 ＝２３．２°となるため、ブラッグ条件を満た
す波長帯として１．４９〜１．５８μｍ付近を掃引する
ことができる。ＭＱＷ光増幅器（素子長６００μｍ）Ｐ
Ａとしては１．４２〜１．４４μｍ附近でのブラッグ条
件となり（ＭＱＷ光増幅器ＰＡ端面と導波路Ｇとのなす
角としてθ1 ＝０°とθ2 ＝１３°）、多電極可変波長
レーザＬからの発振光を増幅することに回折格子は影響
を与えない。尚、多電極可変波長レーザＬと混晶化導波
路ＷＧおよびＭＱＷ光増幅器ＰＡと混晶化導波路ＷＧと
の結合部は窓領域Ｗ（長さ５０μｍ）とし、混晶化によ
るバンド端波長の短波側へのシフトに伴う屈折率の減少
を用いることでレーザと光増幅器とは全く独立に導波路
領域を形成することができる。また、導波路Ｇとして混
晶化導波路（長さ５００μｍ）を用いることにより、結
晶成長回数は３回となり、可変波長レーザと同回数で作
製できるとともに、従来用いられていたプロセス技術を
そのまま適用できるという特徴を有する。ＭＱＷ光増幅
器ＰＡをブースタ増幅器として用いることにより、広帯
域に渡って高出力な単一縦モード発振光が得られる。更
に導波路Ｇの両側面を形成する曲線の曲率半径を小さく
することにより、混晶化導波路を用いることなく多電極
可変波長レーザＬとＭＱＷ光増幅器ＰＡを直接もしくは
窓領域Ｗを挟んで結合した集積化光源として作製するこ
とも出来る。
【００２５】（実施例８）図１４の装置は、曲率半径が
異なる前記図４，５，６に示した装置のレーザ３個をア
レイ状に集積化したものである。
異なる前記図４，５，６に示した装置のレーザ３個をア
レイ状に集積化したものである。
【００２６】（実施例９）図１６，１７の装置は前記図
１４，１５に示した素子Ｌに半導体光導波路による光合
波回路Ｃを接続したものである。この素子作製にあたっ
ては、上記に示した半導体レーザＬの作製プロセスのｐ
形ＩｎＰクラッド層５を形成後、フォトエッチング技術
を用いてＩｎＰ基板１まで導波路形成部の薄膜を除去す
る。その後、１．３μｍ組成ノンドープＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層３０を０．３μｍ成長する。その後は、再びレ
ーザの作製プロセスに基づいてｐ形ＩｎＧａＡｓＰ電極
層６を形成して、以降同様の手順で作製した。
１４，１５に示した素子Ｌに半導体光導波路による光合
波回路Ｃを接続したものである。この素子作製にあたっ
ては、上記に示した半導体レーザＬの作製プロセスのｐ
形ＩｎＰクラッド層５を形成後、フォトエッチング技術
を用いてＩｎＰ基板１まで導波路形成部の薄膜を除去す
る。その後、１．３μｍ組成ノンドープＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層３０を０．３μｍ成長する。その後は、再びレ
ーザの作製プロセスに基づいてｐ形ＩｎＧａＡｓＰ電極
層６を形成して、以降同様の手順で作製した。
【００２７】（実施例１０）図１８，１９の装置は、前
記図１４，１５に示した素子Ｌに更に変調器Ｍをレーザ
アレイを構成する各レーザと半導体光導波路による光合
波回路Ｃとの間に集積化したものである。前記変調器部
Ｍの作製は、上記に示した半導体レーザの作製プロセス
でグレーティング作製をレーザ部に限定し、変調器部Ｍ
には作製しない。その後は、図１６，１７で述べた手順
と同様に行なった。
記図１４，１５に示した素子Ｌに更に変調器Ｍをレーザ
アレイを構成する各レーザと半導体光導波路による光合
波回路Ｃとの間に集積化したものである。前記変調器部
Ｍの作製は、上記に示した半導体レーザの作製プロセス
でグレーティング作製をレーザ部に限定し、変調器部Ｍ
には作製しない。その後は、図１６，１７で述べた手順
と同様に行なった。
【００２８】また、図９から図１３においては、素子分
離部を図４，５，６と同様な電極分離を用いた場合につ
いて示してあるが、図７，８と同様に窓領域によって電
気的ならびに光学的に分離を行う方法に対しても同様な
効果が得られる。
離部を図４，５，６と同様な電極分離を用いた場合につ
いて示してあるが、図７，８と同様に窓領域によって電
気的ならびに光学的に分離を行う方法に対しても同様な
効果が得られる。
【００２９】尚、本発明はｎ形ＩｎＰ基板を用いた例に
ついて説明したが、ｐ形ＩｎＰ基板を使用しても効果は
同じであり、その場合は各構造においてｎ形領域とｐ形
領域を入れ替えれば良い。また実施例では、埋め込みへ
テロ構造（ＢＨ）タイプについて述べたが、他の二重チ
ャンネル埋め込みへテロ構造（ＤＣ−ＰＢＨ）等のタイ
プでも同様の効果が得られる。
ついて説明したが、ｐ形ＩｎＰ基板を使用しても効果は
同じであり、その場合は各構造においてｎ形領域とｐ形
領域を入れ替えれば良い。また実施例では、埋め込みへ
テロ構造（ＢＨ）タイプについて述べたが、他の二重チ
ャンネル埋め込みへテロ構造（ＤＣ−ＰＢＨ）等のタイ
プでも同様の効果が得られる。
【００３０】更に上記説明においては、ＩｎＰ系につい
て行なったが、他の半導体材料（ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡ
ｓ系等）を用いた場合においても本発明が応用できるこ
とは明らかである。
て行なったが、他の半導体材料（ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡ
ｓ系等）を用いた場合においても本発明が応用できるこ
とは明らかである。
【００３１】また上記において、ｐ形電極が２分割され
た場合について説明したが、電極の数が３つ以上に分割
されていても、また単電極になっていても本発明が応用
できることは明らかである。
た場合について説明したが、電極の数が３つ以上に分割
されていても、また単電極になっていても本発明が応用
できることは明らかである。
【００３２】また上記説明においては、一様な周期を有
し、かつ一方向に形成された回折格子を内蔵する単一縦
モード発振する半導体レーザとしてＤＦＢレーザに関し
て行なってきたが、ＤＢＲレーザおよびＤＲ（ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザに関して
も本発明による効果は全く変らず有効である。
し、かつ一方向に形成された回折格子を内蔵する単一縦
モード発振する半導体レーザとしてＤＦＢレーザに関し
て行なってきたが、ＤＢＲレーザおよびＤＲ（ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザに関して
も本発明による効果は全く変らず有効である。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたごとく本発明によれば、導波
路の進行方向に沿ってブラッグ条件が連続的に変化する
チャープドグレーティングが実現されるため、各電極へ
の注入電流を調節することにより全体としてのブラッグ
条件を大きく変化することができ、波長可変幅の大きな
半導体装置を提供することが出来る。
路の進行方向に沿ってブラッグ条件が連続的に変化する
チャープドグレーティングが実現されるため、各電極へ
の注入電流を調節することにより全体としてのブラッグ
条件を大きく変化することができ、波長可変幅の大きな
半導体装置を提供することが出来る。
【図１】本発明の第１の実施例の半導体波長可変装置の
製造過程にある断面構成図である。
製造過程にある断面構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例装置の製造過程にある上
面構成図である。
面構成図である。
【図３】本発明の第１の実施例装置の製造過程にある断
面構成図である。
面構成図である。
【図４】本発明の第１の実施例装置の断面構成図（図５
のＸ−Ｙ線に沿う断面図）である。
のＸ−Ｙ線に沿う断面図）である。
【図５】本発明の第１の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図６】本発明の第１の実施例装置の断面構成を示すも
ので、図５のＡ−Ｃ線に沿う断面図である。
ので、図５のＡ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図８】本発明の第２の実施例装置の断面構成を示すも
ので、図７のＸ−Ｙ線に沿う断面図である。
ので、図７のＸ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図９】本発明の第３の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図１０】本発明の第４の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図１１】本発明の第５の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図１２】本発明の第６の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図１３】本発明の第７の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図１４】本発明の第８の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図１５】本発明の第８の実施例装置の断面構成を示す
もので、図１４のＸ−Ｙ線に沿う断面図である。
もので、図１４のＸ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図１６】本発明の第９の実施例装置の上面構成図であ
る。
る。
【図１７】本発明の第９の実施例装置の断面構成を示す
もので、図１６のＸ−Ｙ線に沿う断面図である。
もので、図１６のＸ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図１８】本発明の第１０の実施例装置の上面構成図で
ある。
ある。
【図１９】本発明の第１０の実施例装置の断面構成を示
すもので、図１８のＸ−Ｙ線に沿う断面図である。
すもので、図１８のＸ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図２０】従来のＤＦＢレーザの断面構成図である。
【図２１】従来のＤＢＲレーザの断面構成図である。
【図２２】従来の多電極ＤＦＢレーザの断面構成図であ
る。
る。
１ ｎ形ＩｎＰ基板 ２ ｎ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（１．３μｍ組成、
０．０５μｍ厚） ３ ノンドープＭＱＷ活性層 ｗｅｌｌ層：ＩｎＧａＡｓ（１００Å） ｂａｒｒｉｅｒ層：ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組成
１００Å） ４ ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（１．３μｍ組成、
０．１μｍ厚） ５ ｐ形ＩｎＰクラッド層（１．５μｍ厚） ６ ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ電極層（１．１μｍ組成、０．
５μｍ厚） ７ ｐ形ＩｎＰ層 ８ ｎ形ＩｎＰ層 ９ ｐ形オーミック電極 １０ ｎ形オーミック電極 １１ 電極分離用溝 ２０ 回折格子 ３０ ノンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層（１．３μ
ｍ、０．３μｍ厚） Ｇ 導波路 Ｒ ＳｉＯ2 もしくはＳｉ3 Ｎ4 の薄膜 Ｗ 窓領域 Ｌ レーザ素子 ＰＡ 光増幅器 ＷＧ 混晶化導波路 Ｃ 光合波路 Ｍ 変調器
０．０５μｍ厚） ３ ノンドープＭＱＷ活性層 ｗｅｌｌ層：ＩｎＧａＡｓ（１００Å） ｂａｒｒｉｅｒ層：ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組成
１００Å） ４ ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（１．３μｍ組成、
０．１μｍ厚） ５ ｐ形ＩｎＰクラッド層（１．５μｍ厚） ６ ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ電極層（１．１μｍ組成、０．
５μｍ厚） ７ ｐ形ＩｎＰ層 ８ ｎ形ＩｎＰ層 ９ ｐ形オーミック電極 １０ ｎ形オーミック電極 １１ 電極分離用溝 ２０ 回折格子 ３０ ノンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層（１．３μ
ｍ、０．３μｍ厚） Ｇ 導波路 Ｒ ＳｉＯ2 もしくはＳｉ3 Ｎ4 の薄膜 Ｗ 窓領域 Ｌ レーザ素子 ＰＡ 光増幅器 ＷＧ 混晶化導波路 Ｃ 光合波路 Ｍ 変調器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三上 修 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−96983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−288480（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ. Ｌｅｔｔ．５［１］（1993）ｐ．10−12 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (1)
- 【請求項１】 一様な周期を有しかつ一方向に形成され
た回折格子を内蔵し、単一縦モード発振を可能にする回
折格子型の半導体波長可変装置において、前記回折格子
を含む導波路部分が帯状に形成されるとともに、この帯
状導波路の少なくとも一部分が光を導波する方向に対し
て曲げられ、前記帯状に形成されている導波路の幅がそ
の曲率が大きくなる場所程大きく構成されていることを
特徴とする半導体波長可変装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2405191A JP2907234B2 (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 半導体波長可変装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2405191A JP2907234B2 (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 半導体波長可変装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04221872A JPH04221872A (ja) | 1992-08-12 |
| JP2907234B2 true JP2907234B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=18514818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2405191A Expired - Fee Related JP2907234B2 (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 半導体波長可変装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2907234B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4432410B4 (de) * | 1994-08-31 | 2007-06-21 | ADC Telecommunications, Inc., Eden Prairie | Optoelektronisches Multi-Wellenlängen-Bauelement |
| JP4660999B2 (ja) * | 2001-08-01 | 2011-03-30 | パナソニック株式会社 | 光導波路デバイス及びコヒーレント光源及び光学装置 |
| JP2008205409A (ja) * | 2007-02-23 | 2008-09-04 | Anritsu Corp | 半導体レーザ，半導体レーザ・モジュールおよびラマン増幅器 |
| JP2009147154A (ja) * | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Anritsu Corp | アレイ型半導体レーザ，半導体レーザ装置，半導体レーザ・モジュール，およびラマン増幅器 |
| JP5243058B2 (ja) * | 2008-02-20 | 2013-07-24 | アンリツ株式会社 | 波長走査型光源およびそれを用いた波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置 |
-
1990
- 1990-12-21 JP JP2405191A patent/JP2907234B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．５［１］（１９９３）ｐ．１０−１２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04221872A (ja) | 1992-08-12 |
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|---|---|---|---|
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