JP2913922B2 - 量子井戸分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
量子井戸分布帰還型半導体レーザInfo
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- JP2913922B2 JP2913922B2 JP22476291A JP22476291A JP2913922B2 JP 2913922 B2 JP2913922 B2 JP 2913922B2 JP 22476291 A JP22476291 A JP 22476291A JP 22476291 A JP22476291 A JP 22476291A JP 2913922 B2 JP2913922 B2 JP 2913922B2
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- Japan
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- semiconductor laser
- distributed feedback
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ通信に用いら
れる単一軸モード発振の分布帰還型半導体レーザに関す
る。
れる単一軸モード発振の分布帰還型半導体レーザに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】コヒーレント光通信システムは大容量の
通信が可能であり、現在精力的に研究が行われている。
このようなシステムに要求される光源としては周波数変
調（ＦＭ）効率が高く、平坦なＦＭ応答特性と狭スペク
トル線幅動作を同時に実現する半導体レーザが要求され
る。量子井戸分布帰還型半導体レーザは狭スペクトル線
幅動作が可能なことからコヒーレント光通信用光源とし
て魅力的であり、注目を集めている。
通信が可能であり、現在精力的に研究が行われている。
このようなシステムに要求される光源としては周波数変
調（ＦＭ）効率が高く、平坦なＦＭ応答特性と狭スペク
トル線幅動作を同時に実現する半導体レーザが要求され
る。量子井戸分布帰還型半導体レーザは狭スペクトル線
幅動作が可能なことからコヒーレント光通信用光源とし
て魅力的であり、注目を集めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザのＦＭ変
調特性において、一般に変調周波数が数百ｋＨｚ以下の
低減では電流注入による発熱効果に起因するＦＭ変調が
支配的であり、それ以上の高域では活性層内にキャリア
を注入したことによるＦＭ変調が支配的となる。コヒー
レント光通信用光源としてはそれらの効果が相殺しあう
周波数（以下ＦＭディップ周波数と呼ぶ）が十分低く、
且つ高周波領域にわたって平坦なＦＭ応答特性を有する
ことが要求される。実用性が高いと考えられるＣＰＦＳ
Ｋ伝送方式で、例えば２．５Ｇｂｉｔ／ｓのシステムを
考えた場合、ＦＭディップ周波数として約１００ｋＨｚ
以下、高域（数十ＭＨｚから数ＧＨｚの変調周波数域）
で２００〜３００ＭＨｚ／ｍＡ程度以上のＦＭ変調効率
が要求性能の目安となる。量子井戸分布帰還型半導体レ
ーザは多くの素子が狭スペクトル線幅動作し、良好なＦ
Ｍ応答特性を有するが、中にはＦＭディップ周波数が高
く、さらにＧＨｚ帯でのＦＭ変調効率が１００〜１５０
ＭＨｚ／ｍＡ程度と低い値を示すものや高周波域でＦＭ
変調効率が急激に低下するものも認められた。良好なＦ
Ｍ応答特性を有するＤＦＢ−ＬＤを安定に実現すること
が課題となっている。
調特性において、一般に変調周波数が数百ｋＨｚ以下の
低減では電流注入による発熱効果に起因するＦＭ変調が
支配的であり、それ以上の高域では活性層内にキャリア
を注入したことによるＦＭ変調が支配的となる。コヒー
レント光通信用光源としてはそれらの効果が相殺しあう
周波数（以下ＦＭディップ周波数と呼ぶ）が十分低く、
且つ高周波領域にわたって平坦なＦＭ応答特性を有する
ことが要求される。実用性が高いと考えられるＣＰＦＳ
Ｋ伝送方式で、例えば２．５Ｇｂｉｔ／ｓのシステムを
考えた場合、ＦＭディップ周波数として約１００ｋＨｚ
以下、高域（数十ＭＨｚから数ＧＨｚの変調周波数域）
で２００〜３００ＭＨｚ／ｍＡ程度以上のＦＭ変調効率
が要求性能の目安となる。量子井戸分布帰還型半導体レ
ーザは多くの素子が狭スペクトル線幅動作し、良好なＦ
Ｍ応答特性を有するが、中にはＦＭディップ周波数が高
く、さらにＧＨｚ帯でのＦＭ変調効率が１００〜１５０
ＭＨｚ／ｍＡ程度と低い値を示すものや高周波域でＦＭ
変調効率が急激に低下するものも認められた。良好なＦ
Ｍ応答特性を有するＤＦＢ−ＬＤを安定に実現すること
が課題となっている。
【０００４】本発明の目的は量子井戸活性層脇の厚い光
ガイド層にキャリアオーバーフローによってエレクトロ
ンを注入して屈折率を変化させ波長変化を大きくするこ
とによってＦＭ変調効率を増加させコヒーレント光通信
システム用光源として十分な特性を有する量子井戸分布
帰還型半導体レーザを安定に提供することにある。
ガイド層にキャリアオーバーフローによってエレクトロ
ンを注入して屈折率を変化させ波長変化を大きくするこ
とによってＦＭ変調効率を増加させコヒーレント光通信
システム用光源として十分な特性を有する量子井戸分布
帰還型半導体レーザを安定に提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明により下記の構成
の量子井戸分布帰還型半導体レーザを提供する。
の量子井戸分布帰還型半導体レーザを提供する。
【０００６】（１）ＩｎＧａＡｓ活性層、ＩｎＧａＡｓ
Ｐバリア層からなる量子井戸活性層を有し、量子井戸活
性層の両脇に光ガイド層を有している量子井戸分布帰還
型半導体レーザにおいて、前記光ガイド層の合計膜厚が
２０００Å以上であることを特徴とする量子井戸分布帰
還型半導体レーザ。
Ｐバリア層からなる量子井戸活性層を有し、量子井戸活
性層の両脇に光ガイド層を有している量子井戸分布帰還
型半導体レーザにおいて、前記光ガイド層の合計膜厚が
２０００Å以上であることを特徴とする量子井戸分布帰
還型半導体レーザ。
【０００７】（２）前記光ガイド層が量子井戸構造また
は歪量子井戸構造を有している前記（１）に記載の量子
井戸分布帰還型半導体レーザ。
は歪量子井戸構造を有している前記（１）に記載の量子
井戸分布帰還型半導体レーザ。
【０００８】（３）前記光ガイド層のエネルギーギャッ
プがバリア層のエネルギーギャップよりも小さく、伝導
帯下端がバリア層よりも前記光ガイド層において低いこ
とを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の量子井戸
分布帰還型半導体レーザ。
プがバリア層のエネルギーギャップよりも小さく、伝導
帯下端がバリア層よりも前記光ガイド層において低いこ
とを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の量子井戸
分布帰還型半導体レーザ。
【０００９】
【作用】量子井戸分布帰還型半導体レーザでは量子井戸
活性層内に注入されたキャリアの一部がバリア層もしく
は光ガイド層に漏れ出し屈折率の変化を生じさせる。キ
ャリアの漏れる領域が大きいと波長の変化も大きくな
り、大きなＦＭ変調効率が得られることを本願の発明者
は見いだした。さらにＦＭ応答特性のκＬ依存性を評価
したところ、κＬが小さい素子は軸方向のホールバーニ
ングの影響が小さく、ＦＭ応答特性が平坦になることも
判明した。
活性層内に注入されたキャリアの一部がバリア層もしく
は光ガイド層に漏れ出し屈折率の変化を生じさせる。キ
ャリアの漏れる領域が大きいと波長の変化も大きくな
り、大きなＦＭ変調効率が得られることを本願の発明者
は見いだした。さらにＦＭ応答特性のκＬ依存性を評価
したところ、κＬが小さい素子は軸方向のホールバーニ
ングの影響が小さく、ＦＭ応答特性が平坦になることも
判明した。
【００１０】本発明の主旨は量子井戸活性層両脇の光ガ
イド層の膜厚の合計を２０００Å以上と厚くしてこの領
域での光閉じ込め係数を大きくし、バリア層へのキャリ
アオーバーフローにより光ガイド層に注入されたエレク
トロンによって大きな波長変化を生じさせＦＭ変調効率
を増大させるものである。ＧａＡｓ系の半導体レーザで
は伝導帯におけるウエル層とバリア層のエネルギーギャ
ップ差ΔＥc が大きいのでエレクトロンのバリア層への
オーバーフローが小さいと考えられるが、ＩｎＰ系では
ΔＥc が小さいためＧａＡｓ系に比べて多くのキャリア
がオーバーフローによってバリア層もしくは光ガイド層
に多く注入され本発明の効果がより大きくなるものと考
えられる。
イド層の膜厚の合計を２０００Å以上と厚くしてこの領
域での光閉じ込め係数を大きくし、バリア層へのキャリ
アオーバーフローにより光ガイド層に注入されたエレク
トロンによって大きな波長変化を生じさせＦＭ変調効率
を増大させるものである。ＧａＡｓ系の半導体レーザで
は伝導帯におけるウエル層とバリア層のエネルギーギャ
ップ差ΔＥc が大きいのでエレクトロンのバリア層への
オーバーフローが小さいと考えられるが、ＩｎＰ系では
ΔＥc が小さいためＧａＡｓ系に比べて多くのキャリア
がオーバーフローによってバリア層もしくは光ガイド層
に多く注入され本発明の効果がより大きくなるものと考
えられる。
【００１１】さらに上記光ガイド層を量子井戸構造とす
ればキャリア密度の変化に対する屈折率変化が大きくな
ることから、より大きなＦＭ変調効率が得られると思わ
れる。
ればキャリア密度の変化に対する屈折率変化が大きくな
ることから、より大きなＦＭ変調効率が得られると思わ
れる。
【００１２】キャリアオーバーフローを考慮してＦＭ変
調効率の計算を行った結果を図４に示す。光ガイド層が
厚くなるに従ってＦＭ変調効率が上昇し、２０００Å以
上で３００ＭＨｚ／ｍＡ以上の変調効率が得られている
ことが判る。さらに光ガイド層に量子井戸構造を導入す
ればこの効果はより大きくなるものと考えられる。さら
に上記のことに加え、κＬの値を軸方向ホールバーニン
グの影響が最も少ない１．２５前後に設定すれば、ＦＭ
変調効率が大きく、且つＦＭ応答特性が平坦な特性が実
現できると考えられる。
調効率の計算を行った結果を図４に示す。光ガイド層が
厚くなるに従ってＦＭ変調効率が上昇し、２０００Å以
上で３００ＭＨｚ／ｍＡ以上の変調効率が得られている
ことが判る。さらに光ガイド層に量子井戸構造を導入す
ればこの効果はより大きくなるものと考えられる。さら
に上記のことに加え、κＬの値を軸方向ホールバーニン
グの影響が最も少ない１．２５前後に設定すれば、ＦＭ
変調効率が大きく、且つＦＭ応答特性が平坦な特性が実
現できると考えられる。
【００１３】
【実施例】以下実施例を示す。図面を用いて本発明を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１４】図１は本発明請求項１の実施例であり、量
子井戸分布帰還型半導体レーザの断面構造図である。回
折格子の形成されたｎ−ＩｎＰ層２上に５×１０-17 ｃ
ｍ-3ドナーをドーピングした１．１５μｍ組成のＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層３を１０００Å、５×１０-17 ｃｍ
-3ドナーをドープしたＩｎＰスペーサ層４を５００Å、
ノンドープの１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層５を２０００Å、７０ÅのＩｎＧａＡｓウエル層９と
１５０Åの１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰバリア層６
からなる量子井戸活性層、ノンドープの１．３μｍ組成
のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５を２０００Å、１×１０
18ｃｍ-3アクセプターをドーピングしたｐ−ＩｎＰ層を
ＭＯＶＰＥ法により順次結晶成長して、ＤＣ−ＰＢＨ埋
め込み構造に加工してレーザを作製する。回折格子深さ
は２００Åである。
子井戸分布帰還型半導体レーザの断面構造図である。回
折格子の形成されたｎ−ＩｎＰ層２上に５×１０-17 ｃ
ｍ-3ドナーをドーピングした１．１５μｍ組成のＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層３を１０００Å、５×１０-17 ｃｍ
-3ドナーをドープしたＩｎＰスペーサ層４を５００Å、
ノンドープの１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層５を２０００Å、７０ÅのＩｎＧａＡｓウエル層９と
１５０Åの１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰバリア層６
からなる量子井戸活性層、ノンドープの１．３μｍ組成
のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５を２０００Å、１×１０
18ｃｍ-3アクセプターをドーピングしたｐ−ＩｎＰ層を
ＭＯＶＰＥ法により順次結晶成長して、ＤＣ−ＰＢＨ埋
め込み構造に加工してレーザを作製する。回折格子深さ
は２００Åである。
【００１５】図２は本発明請求項２の実施例であり、量
子井戸分布帰還型半導体レーザの断面構造図である。回
折格子の形成されたｎ−ＩｎＰ基板２上に５×１０-17
ｃｍ-3のドナーをドーピングした１．１５μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰ層３、５×１０-17 ｃｍ-3のドナードーピ
ングしたＩｎＰスペーサ層４、１．４μｍ組成のＩｎＧ
ａＡｓＰ層１１と１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層
からなる量子井戸光ガイド層１０、ＩｎＧａＡｓウエル
層９と１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰバリア層６から
なる量子井戸活性層、１．４μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ
層１１と１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層１０から
なる量子井戸光ガイド層、１×１０-17 ｃｍ-3のアクセ
プタードープしたｐ−ＩｎＰ層７をＭＯＶＰＥ法により
順次結晶成長し、ＤＣ−ＰＢＨ埋め込み構造に加工して
レーザを試作する。
子井戸分布帰還型半導体レーザの断面構造図である。回
折格子の形成されたｎ−ＩｎＰ基板２上に５×１０-17
ｃｍ-3のドナーをドーピングした１．１５μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰ層３、５×１０-17 ｃｍ-3のドナードーピ
ングしたＩｎＰスペーサ層４、１．４μｍ組成のＩｎＧ
ａＡｓＰ層１１と１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層
からなる量子井戸光ガイド層１０、ＩｎＧａＡｓウエル
層９と１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰバリア層６から
なる量子井戸活性層、１．４μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ
層１１と１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層１０から
なる量子井戸光ガイド層、１×１０-17 ｃｍ-3のアクセ
プタードープしたｐ−ＩｎＰ層７をＭＯＶＰＥ法により
順次結晶成長し、ＤＣ−ＰＢＨ埋め込み構造に加工して
レーザを試作する。
【００１６】さらに本請求項３の構造に関して実施例を
図３に示す。回折格子の形成されたｎ−ＩｎＰ基板２上
に５×１０-17 ｃｍ-3のドナーをドーピングした１．１
５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層３、５×１０-17 ｃｍ-3
ドナーをドーピングしたＩｎＰスペーサ層４、ノンドー
プの１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５、ノ
ンドープの１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層３、Ｉ
ｎＧａＡｓウエル層９と１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層６からなる量子井戸活性層、ノンドープの
１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層３、ノンドープの
１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５、１×１
０-17 ｃｍ-3アクセプターをドーピングしたｐ−ＩｎＰ
層７をＭＯＶＰＥ法により順次結晶成長し、ＤＣ−ＰＢ
Ｈ埋め込み構造に加工してレーザを試作する。
図３に示す。回折格子の形成されたｎ−ＩｎＰ基板２上
に５×１０-17 ｃｍ-3のドナーをドーピングした１．１
５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層３、５×１０-17 ｃｍ-3
ドナーをドーピングしたＩｎＰスペーサ層４、ノンドー
プの１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５、ノ
ンドープの１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層３、Ｉ
ｎＧａＡｓウエル層９と１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層６からなる量子井戸活性層、ノンドープの
１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層３、ノンドープの
１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５、１×１
０-17 ｃｍ-3アクセプターをドーピングしたｐ−ＩｎＰ
層７をＭＯＶＰＥ法により順次結晶成長し、ＤＣ−ＰＢ
Ｈ埋め込み構造に加工してレーザを試作する。
【００１７】この様にして作製したレーザを共振器長１
０００μｍに切り出して評価を行えば、室温ＣＷにおい
て５０ｍＷ程度の光出力が得られる。ＦＭ変調効率は３
００ＭＨｚ／ｍＡ程度の素子が安定に得られＦＭ変調特
性も平坦なものが得られる。さらにスペクトル線幅に関
しても５００ｋＨｚ以下とコヒーレント光通信用光源と
して十分な特性が得られる。
０００μｍに切り出して評価を行えば、室温ＣＷにおい
て５０ｍＷ程度の光出力が得られる。ＦＭ変調効率は３
００ＭＨｚ／ｍＡ程度の素子が安定に得られＦＭ変調特
性も平坦なものが得られる。さらにスペクトル線幅に関
しても５００ｋＨｚ以下とコヒーレント光通信用光源と
して十分な特性が得られる。
【００１８】なお本実施例では光ガイド層に量子井戸構
造を導入したが、これを歪量子井戸構造としても何等問
題なく、さらなるＦＭ変調効率の増大が期待される。
造を導入したが、これを歪量子井戸構造としても何等問
題なく、さらなるＦＭ変調効率の増大が期待される。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の特長はＩｎ
ＧａＡｓ活性層、ＩｎＧａＡｓＰバリア層からなる量子
井戸活性層を有し、量子井戸活性層の両脇に光ガイド層
を有している量子井戸分布帰還型半導体レーザにおいて
２０００Å以上の光ガイド層厚を有する量子井戸分布帰
還半導体レーザ、同半導体レーザにおいて光ガイド層が
量子井戸構造を有していることを特長とする量子井戸分
布帰還型半導体レーザ、バリア層よりも長波長の波長組
成のバリア層を有する量子井戸型分布帰還半導体レーザ
である。これによって大きなＦＭ変調効率が得られ、さ
らに平坦なＦＭ変調特性の素子が安定に得られる。
ＧａＡｓ活性層、ＩｎＧａＡｓＰバリア層からなる量子
井戸活性層を有し、量子井戸活性層の両脇に光ガイド層
を有している量子井戸分布帰還型半導体レーザにおいて
２０００Å以上の光ガイド層厚を有する量子井戸分布帰
還半導体レーザ、同半導体レーザにおいて光ガイド層が
量子井戸構造を有していることを特長とする量子井戸分
布帰還型半導体レーザ、バリア層よりも長波長の波長組
成のバリア層を有する量子井戸型分布帰還半導体レーザ
である。これによって大きなＦＭ変調効率が得られ、さ
らに平坦なＦＭ変調特性の素子が安定に得られる。
【図１】本発明請求項１の実施例である量子井戸分布帰
還型半導体レーザの断面図である。
還型半導体レーザの断面図である。
【図２】本発明請求項２の実施例である量子井戸分布帰
還型半導体レーザの断面図である。
還型半導体レーザの断面図である。
【図３】本発明請求項３の実施例である量子井戸分布帰
還型半導体レーザの断面図である。
還型半導体レーザの断面図である。
【図４】ＦＭ変調効率の光ガイド厚依存性を説明するた
めの図である。
めの図である。
１ ｎ電極 ２ ｎ−ＩｎＰ層 ３ １．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層 ４ ＩｎＰスペーサ層 ５ １．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層 ６ １．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰバリア層 ７ ｐ−ＩｎＰ層 ８ ｐ電極 ９ ＩｎＧａＡｓウエル層 １０ １．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層 １１ １．４μｍ組成のＩｎＧａＡｓ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (3)
- 【請求項１】 ＩｎＧａＡｓ活性層、ＩｎＧａＡｓＰバ
リア層からなる量子井戸活性層を有し、量子井戸活性層
の両脇に光ガイド層を有している量子井戸分布帰還型半
導体レーザにおいて、前記光ガイド層の合計膜厚が２０
００Å以上であることを特徴とする量子井戸分布帰還型
半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記光ガイド層が量子井戸構造または歪
量子井戸構造を有している請求項１に記載の量子井戸分
布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記光ガイド層のエネルギーギャップが
バリア層のエネルギーギャップよりも小さく、伝導帯下
端がバリア層よりも前記光ガイド層において低いことを
特徴とする請求項１又は２に記載の量子井戸分布帰還型
半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22476291A JP2913922B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 量子井戸分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22476291A JP2913922B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 量子井戸分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05114764A JPH05114764A (ja) | 1993-05-07 |
| JP2913922B2 true JP2913922B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=16818839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22476291A Expired - Fee Related JP2913922B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 量子井戸分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2913922B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69411299T2 (de) * | 1993-03-12 | 1999-02-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka | Multiquantumwell-Halbleiterlaser und optisches Kommunikationssystem mit einem derartigen Laser |
| JP2755141B2 (ja) * | 1993-12-22 | 1998-05-20 | 日本電気株式会社 | 量子井戸構造半導体素子 |
| CA2410964C (en) * | 2000-06-02 | 2010-11-30 | Larry A. Coldren | High-power, manufacturable sampled grating distributed bragg reflector lasers |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP22476291A patent/JP2913922B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05114764A (ja) | 1993-05-07 |
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