JP2915049B2 - 波長可変の半導体レーザ - Google Patents
波長可変の半導体レーザInfo
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- JP2915049B2 JP2915049B2 JP2035090A JP3509090A JP2915049B2 JP 2915049 B2 JP2915049 B2 JP 2915049B2 JP 2035090 A JP2035090 A JP 2035090A JP 3509090 A JP3509090 A JP 3509090A JP 2915049 B2 JP2915049 B2 JP 2915049B2
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06203—Transistor-type lasers
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- 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
- H01S5/12—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 the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は波長可変の半導体レーザに関する。
放出された光の波長を一定の域内で調整可能の半導体
レーザは光通信技術において必要である。この調整は無
段階的にまた極めて迅速に行われねばならず、従ってそ
のためには電子的な効果を使用し得るにすぎない。波長
可変性は、できるだけ技術的経費をかけずに製造するこ
とができまた長い動作期間にわたってその特性を変える
ことのないレーザ構造において実現されなければならな
い。
レーザは光通信技術において必要である。この調整は無
段階的にまた極めて迅速に行われねばならず、従ってそ
のためには電子的な効果を使用し得るにすぎない。波長
可変性は、できるだけ技術的経費をかけずに製造するこ
とができまた長い動作期間にわたってその特性を変える
ことのないレーザ構造において実現されなければならな
い。
波長同調の一つの可能性は、キャリア注入により光伝
導性の半導体物質の一部で屈折率を変えることにある。
半導体レーザは波長可変性のために長手方向で種々の接
触範囲によって、２個又はそれ以上の区間に分割され
る。これらの区間は種々の印加電流で制御される。その
際少なくとも一つの区間は半導体レーザ用に設計され
る。更に波長の同調は半導体レーザ用に設計されていな
い１個又はそれ以上の波長の領域内で有効屈折率を変え
ることにより行う。これらの区間による電流の調節は、
一つの区間による電流の変更が他の区間の動作状態にも
影響することから、狭い限界内でしか行うことができな
い。従って多区間レーザの欠点は、その複雑な製造技術
の他に、大規模な測定プログラムによって種々の電流の
比率を相互に決定しまた最適化する必要があることであ
る。その際多区間レーザの老化により分割が変化し、そ
の結果一定の動作期間の経過後動作データを新たに設定
する必要のあることを考慮しなければならない。
導性の半導体物質の一部で屈折率を変えることにある。
半導体レーザは波長可変性のために長手方向で種々の接
触範囲によって、２個又はそれ以上の区間に分割され
る。これらの区間は種々の印加電流で制御される。その
際少なくとも一つの区間は半導体レーザ用に設計され
る。更に波長の同調は半導体レーザ用に設計されていな
い１個又はそれ以上の波長の領域内で有効屈折率を変え
ることにより行う。これらの区間による電流の調節は、
一つの区間による電流の変更が他の区間の動作状態にも
影響することから、狭い限界内でしか行うことができな
い。従って多区間レーザの欠点は、その複雑な製造技術
の他に、大規模な測定プログラムによって種々の電流の
比率を相互に決定しまた最適化する必要があることであ
る。その際多区間レーザの老化により分割が変化し、そ
の結果一定の動作期間の経過後動作データを新たに設定
する必要のあることを考慮しなければならない。
本発明の課題は、同調をできる限り簡単でかつ老化の
影響による本質的な損傷なしに行うことのできる、波長
可変の半導体レーザ用の簡単に製造可能の構造を提供す
ることにある。
影響による本質的な損傷なしに行うことのできる、波長
可変の半導体レーザ用の簡単に製造可能の構造を提供す
ることにある。
この課題は請求項１の特徴を有する構造により解決さ
れる。他の実施態様は請求項２以下に記載する。
れる。他の実施態様は請求項２以下に記載する。
本発明による構造の５つの異なる実施例を横断面図で
示す第１図〜第５図に基づき本発明を詳細に説明する。
示す第１図〜第５図に基づき本発明を詳細に説明する。
レーザはMCRW原理（金属クラッドリッジ型導波路）に
基づき、米国特許第4352187号明細書に記載されている
ようにして構成される。ストライプ状領域への光線を制
御するための側方への波長誘導は、活性帯域上に施され
た半導体物質からなるリッジによりまたそこから側方へ
削減された被覆層の層厚中で行われる。
基づき、米国特許第4352187号明細書に記載されている
ようにして構成される。ストライプ状領域への光線を制
御するための側方への波長誘導は、活性帯域上に施され
た半導体物質からなるリッジによりまたそこから側方へ
削減された被覆層の層厚中で行われる。
本発明による半導体レーザでは、分離された半導体層
の屈折率を調節することにより同調層の放出波長を同調
させる処理は多重不均質構造中で付加的なキャリア注入
により行う。同調セクタが縦方向に配置されている公知
の構造とは異なり、本発明の構造では同調層は活性層の
上方又は下方に配設されている。
の屈折率を調節することにより同調層の放出波長を同調
させる処理は多重不均質構造中で付加的なキャリア注入
により行う。同調セクタが縦方向に配置されている公知
の構造とは異なり、本発明の構造では同調層は活性層の
上方又は下方に配設されている。
単一モードでかつ波長可変の動作を可能とするため
に、本発明によるレーザ構造は、同調層と同様に活性層
の上方又は下方に置くことのできるDFB格子を有してい
てもよい。
に、本発明によるレーザ構造は、同調層と同様に活性層
の上方又は下方に置くことのできるDFB格子を有してい
てもよい。
以下に記載する各実施例は、同調層の分離された電気
的制御を可能とする簡単に製造することのできる構造を
提供する点で共通するものである。同時にレーザ活性域
は、リッジ導波路によって特定されるストライプ上に画
定される。構造はそれぞれｐ型にドープされている基板
２に関して記載する。逆の導電型の場合、導電型並びに
成長した層の符号も相応して替えられている。表面状態
を改善するために基板２上には、同じくｐ型にドープさ
れている緩衝層３が成長されている。その上に、ストラ
イプ状領域に沿って遮断されまた少なくともその表面に
相当する部分でｎ型にドープされている障壁層４が続
く。この障壁層４は基板２に対する電流の流れを、この
障壁層４が中断されているストライプ状領域に画定す
る。第１図から第５図までに示されている実施例では、
この障壁層４はそれぞれ第１層部分41、第２層部分42及
び第３層部分43からなる。第１層部分41及び第２層部分
42はそれぞれｎ型にドープされており、また第３層部分
43はｐ型にドープされている。障壁層４上には平衡層
５、50が成長されており、これはｐ型にドープされ、ま
た障壁層４を中断するストライプ状領域並びに場合によ
っては障壁層４を腐食除去した際に生じた緩衝層３内の
ストライプ状溝を満たす。
的制御を可能とする簡単に製造することのできる構造を
提供する点で共通するものである。同時にレーザ活性域
は、リッジ導波路によって特定されるストライプ上に画
定される。構造はそれぞれｐ型にドープされている基板
２に関して記載する。逆の導電型の場合、導電型並びに
成長した層の符号も相応して替えられている。表面状態
を改善するために基板２上には、同じくｐ型にドープさ
れている緩衝層３が成長されている。その上に、ストラ
イプ状領域に沿って遮断されまた少なくともその表面に
相当する部分でｎ型にドープされている障壁層４が続
く。この障壁層４は基板２に対する電流の流れを、この
障壁層４が中断されているストライプ状領域に画定す
る。第１図から第５図までに示されている実施例では、
この障壁層４はそれぞれ第１層部分41、第２層部分42及
び第３層部分43からなる。第１層部分41及び第２層部分
42はそれぞれｎ型にドープされており、また第３層部分
43はｐ型にドープされている。障壁層４上には平衡層
５、50が成長されており、これはｐ型にドープされ、ま
た障壁層４を中断するストライプ状領域並びに場合によ
っては障壁層４を腐食除去した際に生じた緩衝層３内の
ストライプ状溝を満たす。
平衡層５上には、基板２とは逆の側で保護層７と共に
成長させた活性層６、及び中央層10によってこれから分
離されて基板２とは逆の側で第１接触層95、950と共に
成長された同調層９、90が存在する。保護層７はエピタ
キシャル成長に際して活性層６が次の層と混合するのを
阻止する作用をし、気相からの成長に際しては省略する
こともできる。障壁層４から解放されたストライプ状領
域の上方の成層上にはリッジ導波路が構成されており、
これは被覆層11、その上の第２接触層12及びその上の金
属からなる接触ストライプ13からなる。誘導体からなる
安定化層17、例えば酸化物層は第１接触層95、950上の
領域及び接触ストライプ13に沿った領域には存在しな
い。これらの上には第１接触層95、950と接触する第１
接点14及び接触ストライプ13と接触する第２接点15が施
されている。第１接点14と基板２の自由底面上の第３接
点16との間には、レーザを動作するための電圧が印加さ
れる。同調層９、90へのキャリア注入は第２接点15を介
して行う。被覆層11及び第２接触層12はｐ型にドープさ
れており、その際第２接触層12は接触ストライプ13への
十分な低オーム遷移のため高度にドープされている。同
調層９、90、第１接触層95、950及び中央層10はｎ型に
ドープされており、この場合第１接触層95、950は第１
接点14への十分に低い抵抗のため高度にドープされ、ま
た中央層10は十分に高いキャリア密度及びキャリア移動
性のため高度にドープされている。
成長させた活性層６、及び中央層10によってこれから分
離されて基板２とは逆の側で第１接触層95、950と共に
成長された同調層９、90が存在する。保護層７はエピタ
キシャル成長に際して活性層６が次の層と混合するのを
阻止する作用をし、気相からの成長に際しては省略する
こともできる。障壁層４から解放されたストライプ状領
域の上方の成層上にはリッジ導波路が構成されており、
これは被覆層11、その上の第２接触層12及びその上の金
属からなる接触ストライプ13からなる。誘導体からなる
安定化層17、例えば酸化物層は第１接触層95、950上の
領域及び接触ストライプ13に沿った領域には存在しな
い。これらの上には第１接触層95、950と接触する第１
接点14及び接触ストライプ13と接触する第２接点15が施
されている。第１接点14と基板２の自由底面上の第３接
点16との間には、レーザを動作するための電圧が印加さ
れる。同調層９、90へのキャリア注入は第２接点15を介
して行う。被覆層11及び第２接触層12はｐ型にドープさ
れており、その際第２接触層12は接触ストライプ13への
十分な低オーム遷移のため高度にドープされている。同
調層９、90、第１接触層95、950及び中央層10はｎ型に
ドープされており、この場合第１接触層95、950は第１
接点14への十分に低い抵抗のため高度にドープされ、ま
た中央層10は十分に高いキャリア密度及びキャリア移動
性のため高度にドープされている。
半絶縁性の基板２を使用した場合、第３接点16は緩衝
層３上に施す。
層３上に施す。
第１図に横断面を示した第１の実施例では活性層６は
その上に存在する保護層７と共に平衡層５上に成長さ
れ、この上には中央層10及び同調層９が続く。中央層10
内にはDFB格子を組み込むことができる。
その上に存在する保護層７と共に平衡層５上に成長さ
れ、この上には中央層10及び同調層９が続く。中央層10
内にはDFB格子を組み込むことができる。
第２図に示した実施例では、DFB格子を有する付加的
な格子層８が障壁層４と平衡層50との間に設けられてい
る。格子は図示面に対して垂直に走る。活性層６、保護
層７、中央層10、同調層９及び第１接触層95の配列順序
は実施例１の場合と同じである。
な格子層８が障壁層４と平衡層50との間に設けられてい
る。格子は図示面に対して垂直に走る。活性層６、保護
層７、中央層10、同調層９及び第１接触層95の配列順序
は実施例１の場合と同じである。
第３図に示した第３の実施例では、リッジ導波路の領
域で緩衝層３中にDFB格子が構成されている。
域で緩衝層３中にDFB格子が構成されている。
第４図及び第５図に示した２つの実施例は、平衡層５
の上にまず同調層90が全面的にまたその上に第１接触層
950が成長されている点で先の各実施例と相違する。そ
の後に中央層10、活性層６、保護層７及び場合によって
は、DFB格子を含む格子層80が続く。第５図による実施
例ではこの格子層80は中央層10と活性層６との間に配置
されている。保護層７の上またリッジ導波路の下には更
に耐食層81が施されている。
の上にまず同調層90が全面的にまたその上に第１接触層
950が成長されている点で先の各実施例と相違する。そ
の後に中央層10、活性層６、保護層７及び場合によって
は、DFB格子を含む格子層80が続く。第５図による実施
例ではこの格子層80は中央層10と活性層６との間に配置
されている。保護層７の上またリッジ導波路の下には更
に耐食層81が施されている。
すべての電流の流れを低く維持するために、活性層６
の側方は、リッジ導波路の幅（最大約５μｍ、有利には
それより狭い）を約２〜20μｍ上回る領域に限定されて
いる。
の側方は、リッジ導波路の幅（最大約５μｍ、有利には
それより狭い）を約２〜20μｍ上回る領域に限定されて
いる。
リッジの下部領域への放射は、リッジの側方で第１図
ないし第３図に示した実施例における第１接触層95及び
同調層９をまず部分的に、場合によっては全部を、すな
わち中央層10にまで腐食除去することによって、より良
好に限定することができる。被覆層11及び第１接点14の
各下部では図示した成層がそのまま保持されるが、リッ
ジの側方での層厚はリッジ領域への放射制限が改良され
るように減少されている。
ないし第３図に示した実施例における第１接触層95及び
同調層９をまず部分的に、場合によっては全部を、すな
わち中央層10にまで腐食除去することによって、より良
好に限定することができる。被覆層11及び第１接点14の
各下部では図示した成層がそのまま保持されるが、リッ
ジの側方での層厚はリッジ領域への放射制限が改良され
るように減少されている。
図示の層厚に関しては、同調層９、中央層10及び活性
層６の厚さの合計が全体的にできるだけ小さい場合（第
１表によればこの厚さの値は最高0.9μｍである）、リ
ッジ領域への放射制限は一層良好であるといえる。しか
し更に有効な同調を得たい場合には、同調層９はあまり
薄くしてはならない。
層６の厚さの合計が全体的にできるだけ小さい場合（第
１表によればこの厚さの値は最高0.9μｍである）、リ
ッジ領域への放射制限は一層良好であるといえる。しか
し更に有効な同調を得たい場合には、同調層９はあまり
薄くしてはならない。
中央層10はできる限り薄く製造する。ドーピングは高
い導電率を確保するためには十分に高くなければならな
い。厚さは製造工程によって下方に限定される。この中
央層10を中断する孔は存在していてはならない。第１表
における厚さに対する下限値0.02μｍ及びドーピング高
さに対する上限値1020cm-3は現在の技術水準によって与
えられたものである。本発明におけるよりも中央層10の
厚さに関して一層低い値及び同時にドーピングに関して
一層高い値は有利であると考えられる。
い導電率を確保するためには十分に高くなければならな
い。厚さは製造工程によって下方に限定される。この中
央層10を中断する孔は存在していてはならない。第１表
における厚さに対する下限値0.02μｍ及びドーピング高
さに対する上限値1020cm-3は現在の技術水準によって与
えられたものである。本発明におけるよりも中央層10の
厚さに関して一層低い値及び同時にドーピングに関して
一層高い値は有利であると考えられる。
リッジ、従って意図した放射制限が狭ければ狭いほ
ど、MCRW原理に相応するリッジ縁での準インデックスの
遷移は強くなければならず、これは放射を導く各層の表
面又は界面から被覆層11までの距離を十分に短くし、従
ってこれらの層の厚さを十分に小さくする。妥協点とし
て、同調層９に対してまた更に有効な同調を得るのに十
分な厚さを使用するために、活性層６をできるだけ薄く
する。
ど、MCRW原理に相応するリッジ縁での準インデックスの
遷移は強くなければならず、これは放射を導く各層の表
面又は界面から被覆層11までの距離を十分に短くし、従
ってこれらの層の厚さを十分に小さくする。妥協点とし
て、同調層９に対してまた更に有効な同調を得るのに十
分な厚さを使用するために、活性層６をできるだけ薄く
する。
種々の層の構造パラメータを第１表にリストアップす
る。この表はInP材料での実施例に関し、Ｑは四元材料
を意味する。各略号は、ch＝化学組成、ｃ＝導電型、λ
ｇ＝波長、ｄ＝ドーピング濃度、th＝層厚である。カッ
コ内の数字１又は２はそれぞれ有利に維持すべき限界値
又は特に有利な実施例に関する。第２表には５つの実施
例に関する格子層８、80のパラメータを示す。
る。この表はInP材料での実施例に関し、Ｑは四元材料
を意味する。各略号は、ch＝化学組成、ｃ＝導電型、λ
ｇ＝波長、ｄ＝ドーピング濃度、th＝層厚である。カッ
コ内の数字１又は２はそれぞれ有利に維持すべき限界値
又は特に有利な実施例に関する。第２表には５つの実施
例に関する格子層８、80のパラメータを示す。
第１図ないし第５図は本発明による半導体レーザの５つ
の実施例を示す略示横断面図である。 ２……基板 ３……緩衝層 ４……障壁層 ５、50……平衡層 ６……活性層 ７……保護層 ８、80……格子層 ９、90……同調層 10……中央層 11……被覆層 12……第２接触層 13……接触ストライプ 14……第１接点 15……第２接点 16……第３接点 17……安定化層 95、950……第１接触層
の実施例を示す略示横断面図である。 ２……基板 ３……緩衝層 ４……障壁層 ５、50……平衡層 ６……活性層 ７……保護層 ８、80……格子層 ９、90……同調層 10……中央層 11……被覆層 12……第２接触層 13……接触ストライプ 14……第１接点 15……第２接点 16……第３接点 17……安定化層 95、950……第１接触層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウオルフガング、トウルケ ドイツ連邦共和国ミユンヘン83、ノイビ ベルガーシユトラーセ38 (56)参考文献 特開 昭63−272088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−245987（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−116188（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (12)
- 【請求項１】基板と、活性層と、同調層と、第１接点、
第２接点及び第３接点とを有する波長可変の半導体レー
ザにおいて、 活性層（６）と同調層（９、90）は上下に配設されてお
り、 活性層（６）及び同調層（９、90）は、半導体物質から
なる中央層（10）により分離されており、 この中央層（10）は導体として導電性を有するようにド
ープされ、 ストライプ状領域によって遮断される障壁層（４）が、
このストライプ状領域上を流れる電流の片側界面として
設けられており、 同調層（９、90）がこの障壁層（４）の基板とは逆の側
面上に配設されており、 同調層（９、90）上に第１接触層（95、950）が、また
その上に第１の接点（14）が施されており、 障壁層（４）を遮断する領域の上方にはリッジ導波路
（11、12、13）がMCRW原理に基づいて構成されており、 このリッジ導波路が帯状の被覆層（11）、その上に施さ
れた第２接触層（12）及びその上に施された金属からな
る接触ストライプ（13）によって構成されており、 第２接点（15）がこの接触ストライプ（13）上に施され
ており、 障壁層（４）のこの第２接点（15）とは逆の側の面上に
は第３接点（16）が施されており、 被覆層（11）及び第２接触層（12）は第１導電型にドー
プされており、 同調層（９、90）、第１接触層（95、950）、中央層（1
0）及び少なくとも障壁層（４）の層部分は反対の第２
導電型にドープされている ことを特徴とする波長可変の半導体レーザ。 - 【請求項２】基板（２）上に順次緩衝層（３）、障壁層
（４）及びこの障壁層（４）をプレーナ化する平衡層
（５、50）が順次成長されており、この緩衝層（３）及
び平衡層（５）が第１導電型にドープされており、また
活性層（６）がその基板（２）とは逆の側面上で保護層
（７）を有することを特徴とする請求項１記載の半導体
レーザ。 - 【請求項３】障壁層（４）と平衡層（５）との間にDFB
格子を有する格子層（８）が成長されていることを特徴
とする請求項２記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】緩衝層（３）が少なくともリッジ導波路の
範囲内にDFB格子を含んでいることを特徴とする請求項
２記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】平衡層（５）とリッジ導波路との間にDFB
格子を有する格子層（80）が成長されていることを特徴
とする請求項２記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ
型であることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記
載の半導体レーザ。 - 【請求項７】第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ
型であることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記
載の半導体レーザ。 - 【請求項８】中央層（10）がDFB格子を含んでいること
を特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項９】活性層（６）が同調層（９）の前に成長さ
れることを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載の
半導体レーザ。 - 【請求項１０】同調層（90）が活性層（６）の前に成長
されることを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載
の半導体レーザ。 - 【請求項１１】誘導体からなる安定化層（17）が第１接
点（14）と第２接点（15）の下に施されており、この安
定化層（17）が第１接触層（95、950）上及び接触スト
ライプ（13）上の接触部として予定された範囲を解放し
ていることを特徴とする請求項１ないし10の１つに記載
の半導体レーザ。 - 【請求項１２】基板（２）が第１導電型にドープされて
おり、第３接点（16）が基板（２）の露出された下側に
施されていることを特徴とする請求項１ないし11の１つ
に記載の半導体レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP89102596A EP0383958B1 (de) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | Abstimmbarer Halbleiterlaser |
| EP89102596.7 | 1989-02-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02246393A JPH02246393A (ja) | 1990-10-02 |
| JP2915049B2 true JP2915049B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=8200967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2035090A Expired - Fee Related JP2915049B2 (ja) | 1989-02-15 | 1990-02-14 | 波長可変の半導体レーザ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5008893A (ja) |
| EP (1) | EP0383958B1 (ja) |
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