JP2937740B2 - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
分布帰還型半導体レーザInfo
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- JP2937740B2 JP2937740B2 JP6071714A JP7171494A JP2937740B2 JP 2937740 B2 JP2937740 B2 JP 2937740B2 JP 6071714 A JP6071714 A JP 6071714A JP 7171494 A JP7171494 A JP 7171494A JP 2937740 B2 JP2937740 B2 JP 2937740B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分布帰還型半導体レーザ
の構造に関し、特に優れた耐環境性能が求められる光加
入者用の半導体レーザの構造に関する。
の構造に関し、特に優れた耐環境性能が求められる光加
入者用の半導体レーザの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光加入者用に−４０℃〜＋８５℃
の広い温度範囲で使用できる単一モードレーザが求めら
れている。しかしながら従来の分布帰還型（ＤＦＢ）半
導体レーザでは、特に高温で閾値が上昇しスロープ効率
も低下するため、駆動電流が高くなってしまう欠点が有
った。この様な高温での特性を改善するため、ウエル数
を７〜１２層と多くしたり、歪ＭＱＷを用いることによ
りある程度までは特性の改善が得られている。しかしな
がらウエル数を多くした時には、−４０℃〜＋８５℃と
いう広い温度範囲で使用する場合に、低温側あるいは高
温側で発振が不安定となり、モード飛びが起こることに
より安定な単一モード動作が得られなかった。
の広い温度範囲で使用できる単一モードレーザが求めら
れている。しかしながら従来の分布帰還型（ＤＦＢ）半
導体レーザでは、特に高温で閾値が上昇しスロープ効率
も低下するため、駆動電流が高くなってしまう欠点が有
った。この様な高温での特性を改善するため、ウエル数
を７〜１２層と多くしたり、歪ＭＱＷを用いることによ
りある程度までは特性の改善が得られている。しかしな
がらウエル数を多くした時には、−４０℃〜＋８５℃と
いう広い温度範囲で使用する場合に、低温側あるいは高
温側で発振が不安定となり、モード飛びが起こることに
より安定な単一モード動作が得られなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はこの様
な従来のＤＦＢレーザの欠点を除去し、広い温度範囲に
おいても安定な単一モード動作が得られ、低閾値，低駆
動電流で動作するＤＦＢレーザを実現することにある。
な従来のＤＦＢレーザの欠点を除去し、広い温度範囲に
おいても安定な単一モード動作が得られ、低閾値，低駆
動電流で動作するＤＦＢレーザを実現することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の分布帰還型半導
体レーザは、４ウエル以下の多重量子井戸構造からなる
活性層と、２００μｍ以下の素子長と、無反射コーティ
ングを施した光出射面（前面）と、高反射コーティング
を施した後面とを有することを特徴とする。
体レーザは、４ウエル以下の多重量子井戸構造からなる
活性層と、２００μｍ以下の素子長と、無反射コーティ
ングを施した光出射面（前面）と、高反射コーティング
を施した後面とを有することを特徴とする。
【０００５】あるいはまた、前記の分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、回折格子の山の高さが３０ｎｍ以上であ
ることを特徴とする。
ーザにおいて、回折格子の山の高さが３０ｎｍ以上であ
ることを特徴とする。
【０００６】あるいはまた、３ウエル以下の多重量子井
戸構造からなる活性層と、１５０μｍ以下の素子長と、
無反射コーティングを施した光出射面（前面）と、高反
射コーティングを施した後面とを有し、回折格子の山の
高さが３０ｎｍ以上であることを特徴とする。
戸構造からなる活性層と、１５０μｍ以下の素子長と、
無反射コーティングを施した光出射面（前面）と、高反
射コーティングを施した後面とを有し、回折格子の山の
高さが３０ｎｍ以上であることを特徴とする。
【０００７】
【作用】以下に本発明の原理について説明する。
【０００８】図１は、素子長２００μｍのＤＦＢレーザ
の、ブラッグ波長と利得ピーク波長の温度依存性を示し
たものである。ブラッグ波長の温度係数はウエル数にあ
まり依存せず、通常０．０９ｎｍ／℃程度である。これ
に対して利得ピーク波長の温度係数は図１に示す様に、
通常の７〜１０ウエル程度のＭＱＷレーザでは０．４ｎ
ｍ／℃程度と、ブラッグ波長の温度係数とは大きな開き
がある。ＤＦＢレーザはブラッグ波長で発振し、通常は
ブラッグ波長と利得ピーク波長がほぼ一致しているのが
好ましい。このブラッグ波長と利得ピーク波長との波長
差をディチューニング量と呼んでいるが、このディチュ
ーニング量が大きくなり過ぎるともはやＤＦＢモード
（単一軸モード）で発振できなくなる。単一モード発振
が可能な最大ディチューニング量は、埋め込まれた回折
格子高さや素子長によっても異なるが、通常最大±１５
ｎｍ程度である。しかしながら通常の１０ウエルの素子
では図に示す様に、利得ピーク波長とブラッグ波長の温
度係数が大きく異なるために、−４０℃〜＋８５℃とい
う広い温度範囲においてディチューニング量を±１５ｎ
ｍ以下に抑えることは不可能である。
の、ブラッグ波長と利得ピーク波長の温度依存性を示し
たものである。ブラッグ波長の温度係数はウエル数にあ
まり依存せず、通常０．０９ｎｍ／℃程度である。これ
に対して利得ピーク波長の温度係数は図１に示す様に、
通常の７〜１０ウエル程度のＭＱＷレーザでは０．４ｎ
ｍ／℃程度と、ブラッグ波長の温度係数とは大きな開き
がある。ＤＦＢレーザはブラッグ波長で発振し、通常は
ブラッグ波長と利得ピーク波長がほぼ一致しているのが
好ましい。このブラッグ波長と利得ピーク波長との波長
差をディチューニング量と呼んでいるが、このディチュ
ーニング量が大きくなり過ぎるともはやＤＦＢモード
（単一軸モード）で発振できなくなる。単一モード発振
が可能な最大ディチューニング量は、埋め込まれた回折
格子高さや素子長によっても異なるが、通常最大±１５
ｎｍ程度である。しかしながら通常の１０ウエルの素子
では図に示す様に、利得ピーク波長とブラッグ波長の温
度係数が大きく異なるために、−４０℃〜＋８５℃とい
う広い温度範囲においてディチューニング量を±１５ｎ
ｍ以下に抑えることは不可能である。
【０００９】ブラッグ波長の温度係数は、活性層の等価
屈折率の温度係数によってほぼ決まり、これは主に光ガ
イド層の半導体材料の屈折率の温度係数で決められるの
で、これを大きく変化させることは不可能である。そこ
で、利得ピーク波長の温度係数の方をブラッグ波長のそ
れに近づけることを考察した。
屈折率の温度係数によってほぼ決まり、これは主に光ガ
イド層の半導体材料の屈折率の温度係数で決められるの
で、これを大きく変化させることは不可能である。そこ
で、利得ピーク波長の温度係数の方をブラッグ波長のそ
れに近づけることを考察した。
【００１０】利得ピーク波長の温度係数は、活性層の半
導体材料のバンド・ギャップの温度係数と、閾値キャリ
ヤ密度の上昇に伴うキャリヤ注入によるバンド・フィリ
ングの効果とによって決められる。図２に示す様に前者
のバンド・ギャップの温度変化は温度上昇と共に長波長
側に変化するが、後者のバンド・フィリングの効果は図
３に示す様に温度上昇により閾値キャリヤ密度が高くな
るので、短波長側に変化する。通常の７〜１０ウエル程
度のＭＱＷレーザでは、前者のバンド・ギャップの温度
変化の方が後者のバンド・フィリングの効果よりも大き
いので、利得ピーク波長は温度と共に長波長側にシフト
していく（正の温度係数）。
導体材料のバンド・ギャップの温度係数と、閾値キャリ
ヤ密度の上昇に伴うキャリヤ注入によるバンド・フィリ
ングの効果とによって決められる。図２に示す様に前者
のバンド・ギャップの温度変化は温度上昇と共に長波長
側に変化するが、後者のバンド・フィリングの効果は図
３に示す様に温度上昇により閾値キャリヤ密度が高くな
るので、短波長側に変化する。通常の７〜１０ウエル程
度のＭＱＷレーザでは、前者のバンド・ギャップの温度
変化の方が後者のバンド・フィリングの効果よりも大き
いので、利得ピーク波長は温度と共に長波長側にシフト
していく（正の温度係数）。
【００１１】この利得ピーク波長の温度変化の内で、バ
ンド・ギャップの温度変化は構造に依らないが、バンド
・フィリングの効果はウエル数が少ない程顕著になる。
従ってウエル数を小さくすると、バンド・フィリングに
よる効果がバンド・ギャップの温度依存性よりも大きく
なり、利得ピーク波長の温度係数が負になることも有り
得る。
ンド・ギャップの温度変化は構造に依らないが、バンド
・フィリングの効果はウエル数が少ない程顕著になる。
従ってウエル数を小さくすると、バンド・フィリングに
よる効果がバンド・ギャップの温度依存性よりも大きく
なり、利得ピーク波長の温度係数が負になることも有り
得る。
【００１２】図４は利得ピーク波長の温度係数のウエル
数依存性を示したものであり、ウエル数が少なくなれば
温度係数が小さくなることが分かる。素子長２００μｍ
の場合、２ウエルの時に温度係数はほぼゼロとなり、Ｓ
ＱＷでは温度係数は負となることが分かる。ウエル数が
３の時に利得ピーク波長の温度依存性とブラッグ波長の
温度依存性はほぼ等しくなり、広い温度範囲に渡りディ
チューニング量を最も小さく抑えることができるが、４
ウエル以下であればディチューニング量を１０ｎｍ以下
に抑えることができるため、実用上広い温度範囲に渡り
単一モード発振が得られる。
数依存性を示したものであり、ウエル数が少なくなれば
温度係数が小さくなることが分かる。素子長２００μｍ
の場合、２ウエルの時に温度係数はほぼゼロとなり、Ｓ
ＱＷでは温度係数は負となることが分かる。ウエル数が
３の時に利得ピーク波長の温度依存性とブラッグ波長の
温度依存性はほぼ等しくなり、広い温度範囲に渡りディ
チューニング量を最も小さく抑えることができるが、４
ウエル以下であればディチューニング量を１０ｎｍ以下
に抑えることができるため、実用上広い温度範囲に渡り
単一モード発振が得られる。
【００１３】利得ピーク波長の温度依存性は、ウエル数
の他にも素子長に依存する。図５は利得ピーク波長の温
度係数の素子長依存性を示すが、４ウエルの場合素子長
が２００μｍ以下であれば、利得ピーク波長の温度係数
は０．２ｎｍ／℃以下であり、実用上広い温度範囲に渡
り単一モード発振が可能となる。
の他にも素子長に依存する。図５は利得ピーク波長の温
度係数の素子長依存性を示すが、４ウエルの場合素子長
が２００μｍ以下であれば、利得ピーク波長の温度係数
は０．２ｎｍ／℃以下であり、実用上広い温度範囲に渡
り単一モード発振が可能となる。
【００１４】従って、４ウエル以下のＭＱＷと２００μ
ｍ以下の素子長により実用上は単一モード発振が得られ
るが、理想的には３ウエル以下のＭＱＷと１５０μｍ以
下の素子長のものが好ましい。
ｍ以下の素子長により実用上は単一モード発振が得られ
るが、理想的には３ウエル以下のＭＱＷと１５０μｍ以
下の素子長のものが好ましい。
【００１５】一方、埋め込まれた回折格子の山の高さに
よって、単一モード発振が得られる許容ディチューニン
グ量が異なる。図６に示す様に、山の高さが高ければデ
ィチューニングの許容量は大きくなり、単一モード発振
が得られ易くなる。通常山の高さは２０ｎｍ程度であ
り、ディチューニングの許容量は１０ｎｍ程度である
が、山の高さが３０ｎｍになれば許容量は１５ｎｍ程度
に大きくなる。従って山の高さは３０ｎｍ以上であるの
が好ましい。
よって、単一モード発振が得られる許容ディチューニン
グ量が異なる。図６に示す様に、山の高さが高ければデ
ィチューニングの許容量は大きくなり、単一モード発振
が得られ易くなる。通常山の高さは２０ｎｍ程度であ
り、ディチューニングの許容量は１０ｎｍ程度である
が、山の高さが３０ｎｍになれば許容量は１５ｎｍ程度
に大きくなる。従って山の高さは３０ｎｍ以上であるの
が好ましい。
【００１６】
【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１７】まず図７（ａ）に示した断面図のようにｎ
−ＩｎＰ基板１１上に、２０２ｎｍのピッチの回折格子
１２を均一に形成した基板を準備し、ＭＯＶＰＥにより
この基板上に１．１３μｍ組成ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガ
イド層１３を１００ｎｍ成長し、次にｎ−ＩｎＰスペー
サ層を１０ｎｍ，さらにｎ−ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層を
２０ｎｍ成長する。次に、１．４０μｍ組成ＩｎＧａＡ
ｓＰウエル層（５ｎｍ厚），１．１３μｍ組成ＩｎＧａ
ＡｓＰバリヤ層（５ｎｍ厚）からなる４層ＭＱＷ構造１
４を成長し、最後に１．１３μｍ組成のノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰＳＣＨ層を６０ｎｍ，ｐ−ＩｎＰクラッド層
を０．６μｍ成長してＭＱＷ ＤＦＢウエハを作製す
る。
−ＩｎＰ基板１１上に、２０２ｎｍのピッチの回折格子
１２を均一に形成した基板を準備し、ＭＯＶＰＥにより
この基板上に１．１３μｍ組成ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガ
イド層１３を１００ｎｍ成長し、次にｎ−ＩｎＰスペー
サ層を１０ｎｍ，さらにｎ−ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層を
２０ｎｍ成長する。次に、１．４０μｍ組成ＩｎＧａＡ
ｓＰウエル層（５ｎｍ厚），１．１３μｍ組成ＩｎＧａ
ＡｓＰバリヤ層（５ｎｍ厚）からなる４層ＭＱＷ構造１
４を成長し、最後に１．１３μｍ組成のノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰＳＣＨ層を６０ｎｍ，ｐ−ＩｎＰクラッド層
を０．６μｍ成長してＭＱＷ ＤＦＢウエハを作製す
る。
【００１８】さらにこのウエハを図７（ｂ）に示す斜視
図の様にＤＣ−ＰＢＨ構造に埋め込んで、メサ・パッド
電極構造に加工した後、素子長２００μｍに切り出し、
前面，後面にそれぞれ反射率１％，７５％のコーティン
グを施した。
図の様にＤＣ−ＰＢＨ構造に埋め込んで、メサ・パッド
電極構造に加工した後、素子長２００μｍに切り出し、
前面，後面にそれぞれ反射率１％，７５％のコーティン
グを施した。
【００１９】この素子を８５℃にて評価したところ、平
均閾値は１０ｍＡ，平均スロープ効率は０．３Ｗ／Ａで
あった。また−４０℃〜＋８５℃の広い温度範囲におい
て、安定な単一モード発振が得られた。
均閾値は１０ｍＡ，平均スロープ効率は０．３Ｗ／Ａで
あった。また−４０℃〜＋８５℃の広い温度範囲におい
て、安定な単一モード発振が得られた。
【００２０】本実施例では、非対称コーティングを施し
た均一回折格子ＤＦＢレーザを示したが、両端面に無反
射コーティングを施したλ／４シフトＤＦＢレーザでも
同様の結果が得られる。
た均一回折格子ＤＦＢレーザを示したが、両端面に無反
射コーティングを施したλ／４シフトＤＦＢレーザでも
同様の結果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】本発明の半導体レーザは、耐環境性能が
求められる光加入者用の半導体レーザばかりでなく、光
集積型半導体レーザとしても有用である。
求められる光加入者用の半導体レーザばかりでなく、光
集積型半導体レーザとしても有用である。
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の原理を説明するための図である。
【図５】本発明の原理を説明するための図である。
【図６】本発明の原理を説明するための図である。
【図７】本発明の分布帰還型半導体レーザの図である。
１１ ｎ−ＩｎＰ基板 １２ 回折格子 １３ 光ガイド層 １４ ＭＱＷ構造
Claims (4)
- 【請求項１】４ウエル以下の多重量子井戸構造を有する
活性層と、２００μｍ以下の素子長と、無反射コーティ
ングを施した光出射面（前面）と、高反射コーティング
を施した後面とを有する分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項２】請求項１の分布帰還型半導体レーザにおい
て、分布帰還のための回折格子の山の高さが３０ｎｍ以
上であることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項３】３ウエル以下の多重量子井戸構造を有する
活性層と、１５０μｍ以下の素子長と、無反射コーティ
ングを施した光出射面（前面）と、高反射コーティング
を施した後面とを有し、分布帰還のための回折格子の山
の高さが３０ｎｍ以上であることを特徴とする分布帰還
型半導体レーザ。 - 【請求項４】活性層がＩｎＧａＡｓＰ系の材料であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３
記載の分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6071714A JP2937740B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6071714A JP2937740B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283480A JPH07283480A (ja) | 1995-10-27 |
| JP2937740B2 true JP2937740B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=13468483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6071714A Expired - Fee Related JP2937740B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937740B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10303495A (ja) * | 1997-04-30 | 1998-11-13 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ |
| JPH11233877A (ja) * | 1998-02-16 | 1999-08-27 | Nec Corp | アレイ型レーザダイオード |
| JP5772466B2 (ja) * | 2011-10-04 | 2015-09-02 | 富士通株式会社 | 光半導体素子、光送信モジュール、光伝送システム及び光半導体素子の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6297386A (ja) * | 1985-10-23 | 1987-05-06 | Nec Corp | 分布帰還型双安定半導体レ−ザ |
| JPH0834333B2 (ja) * | 1989-12-04 | 1996-03-29 | 日本電気株式会社 | 分布帰還型量子井戸半導体レーザ |
| JP2779074B2 (ja) * | 1991-02-22 | 1998-07-23 | アルプス電気株式会社 | 光学読取装置 |
-
1994
- 1994-04-11 JP JP6071714A patent/JP2937740B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07283480A (ja) | 1995-10-27 |
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