JP2957240B2 - 波長可変半導体レーザ - Google Patents
波長可変半導体レーザInfo
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- JP2957240B2 JP2957240B2 JP19343390A JP19343390A JP2957240B2 JP 2957240 B2 JP2957240 B2 JP 2957240B2 JP 19343390 A JP19343390 A JP 19343390A JP 19343390 A JP19343390 A JP 19343390A JP 2957240 B2 JP2957240 B2 JP 2957240B2
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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、光通信、光交換、光記録、光演算、光計測
などに使用される波長可変半導体レーザに関する。
などに使用される波長可変半導体レーザに関する。
［従来の技術］ 従来、各種レーザを用いた波長可変レーザが知られて
いるが、半導体レーザを用いた波長可変レーザは、低電
圧、低電流駆動が可能で、装置が小型である。その為、
光通信を始め各種光応用分野で使用されており、将来も
期待されている。
いるが、半導体レーザを用いた波長可変レーザは、低電
圧、低電流駆動が可能で、装置が小型である。その為、
光通信を始め各種光応用分野で使用されており、将来も
期待されている。
従来の波長可変半導体レーザとしては、次の２つがよ
く知られている。
く知られている。
１つは、第７図に示す様なDFB（分布帰還型）、DBR
（分布反射型）といったグレーティングから成る分布反
射器をレーザ共振器内部に有するタイプで、グレーティ
ング71を含む導波路（ガイド層）72及び活性層73に注入
する電流で屈折率を制御し、共振波長を変化させる構造
になっている（Electronics Letters,Vol.23,p.403〜4
05,1987参照）。このタイプでは、グレーティング71の
反射波長帯に生じる極めて狭帯域の通過波長帯に応じて
発振波長が決まる為、波長可変時のモード飛びが生じに
くい。その為、出力パワーの安定性、連続的波長可変動
作が得られるという利点を持つ。
（分布反射型）といったグレーティングから成る分布反
射器をレーザ共振器内部に有するタイプで、グレーティ
ング71を含む導波路（ガイド層）72及び活性層73に注入
する電流で屈折率を制御し、共振波長を変化させる構造
になっている（Electronics Letters,Vol.23,p.403〜4
05,1987参照）。このタイプでは、グレーティング71の
反射波長帯に生じる極めて狭帯域の通過波長帯に応じて
発振波長が決まる為、波長可変時のモード飛びが生じに
くい。その為、出力パワーの安定性、連続的波長可変動
作が得られるという利点を持つ。
しかし、波長可変範囲Δλは、グレーティング71を含
む導波路72もしくは活性層73の屈折率変化をΔｎとすれ
ば、以下で表わされる。
む導波路72もしくは活性層73の屈折率変化をΔｎとすれ
ば、以下で表わされる。
Δλ／λ０＝Δn/n0 ・・・・（１） ここで、λ０、n0は屈折率変化前の発振波長、導波路
屈折率である。Δｎは電流注入によるGaAsのプラズマ効
果による屈折率変化であり、高々、５×10-3程度であ
る。λ０を850nmとすれば、Δλ〜1nmとなる。更に、グ
レーティング領域以外に第７図に示す如き位相制御領域
を設けた波長可変レーザでは、通過波長帯を反射波長帯
内で移動可能で、Δλの値は上記の２倍程度に拡張する
こともできる。しかし、それでも精々2nm程度である。
屈折率である。Δｎは電流注入によるGaAsのプラズマ効
果による屈折率変化であり、高々、５×10-3程度であ
る。λ０を850nmとすれば、Δλ〜1nmとなる。更に、グ
レーティング領域以外に第７図に示す如き位相制御領域
を設けた波長可変レーザでは、通過波長帯を反射波長帯
内で移動可能で、Δλの値は上記の２倍程度に拡張する
こともできる。しかし、それでも精々2nm程度である。
他の１つは、外部共振器型と呼ばれる波長可変レーザ
で、第８図に示す様に半導体レーザ81の出射端面の片側
を反射防止コーティングし、半導体レーザ外部に角度制
御可能なグレーティング82を共振器ミラーとして使用し
ている。グレーティング82の角度を制御することで、グ
レーティング82で回折され半導体レーザ81に戻る光の波
長を制御する構成である。このタイプは共振波長を広い
範囲で制御できる為、半導体レーザ81の利得帯域にわた
って広い範囲の発振波長チューニングが実行できる。
で、第８図に示す様に半導体レーザ81の出射端面の片側
を反射防止コーティングし、半導体レーザ外部に角度制
御可能なグレーティング82を共振器ミラーとして使用し
ている。グレーティング82の角度を制御することで、グ
レーティング82で回折され半導体レーザ81に戻る光の波
長を制御する構成である。このタイプは共振波長を広い
範囲で制御できる為、半導体レーザ81の利得帯域にわた
って広い範囲の発振波長チューニングが実行できる。
しかし、この方法では、半導体レーザ81自体が小型で
あるにも係らず、外部共振器及びその駆動制御器が大型
となる為、装置の使用範囲が限定され、装置全体のコス
トも高くなる難点があった。
あるにも係らず、外部共振器及びその駆動制御器が大型
となる為、装置の使用範囲が限定され、装置全体のコス
トも高くなる難点があった。
［発明が解決しようとする課題］ 以上述べた如く、従来の波長可変半導体レーザにおい
ては、DBR、DFBといった分布反射器を集積化したタイプ
では波長可変範囲が狭く、また外部共振器を用いるタイ
プでは装置が大型化するといった欠点があった。
ては、DBR、DFBといった分布反射器を集積化したタイプ
では波長可変範囲が狭く、また外部共振器を用いるタイ
プでは装置が大型化するといった欠点があった。
従って、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、波長可
変範囲が広く且つ小型である波長可変半導体レーザを提
供することにある。
変範囲が広く且つ小型である波長可変半導体レーザを提
供することにある。
［課題を解決する為の手段］ 上記目的達成する本発明は、基板上に活性層及び導波
路層が中間クラッド層を挟んで積層された層構成を有
し、光波伝搬方向に沿って利得領域と波長可変領域の少
なくとも２つの領域が直列的に配置された半導体レーザ
であって、前記波長可変領域に前記活性層と導波路層と
の間に順方向伝搬モード結合を生じさせるグレーティン
グを形成すると共に、活性層の一方の端部を、伝搬して
きた光が反射光として帰還しない構造とすることによっ
て、活性層の他方の端面の導波路層の一方の端面とでレ
ーザ共振器を構成し、前記利得領域及び波長可変領域に
それぞれ第１及び第２の電極を形成して、第１の電極か
ら活性層に電流を注入することによってレーザ光を発生
させ、第２の電極から波長可変領域に順電解または逆電
解を印加することによって、前記グレーティングの結合
波長を変化させて前記レーザ光の波長を変化させること
を特徴とする。
路層が中間クラッド層を挟んで積層された層構成を有
し、光波伝搬方向に沿って利得領域と波長可変領域の少
なくとも２つの領域が直列的に配置された半導体レーザ
であって、前記波長可変領域に前記活性層と導波路層と
の間に順方向伝搬モード結合を生じさせるグレーティン
グを形成すると共に、活性層の一方の端部を、伝搬して
きた光が反射光として帰還しない構造とすることによっ
て、活性層の他方の端面の導波路層の一方の端面とでレ
ーザ共振器を構成し、前記利得領域及び波長可変領域に
それぞれ第１及び第２の電極を形成して、第１の電極か
ら活性層に電流を注入することによってレーザ光を発生
させ、第２の電極から波長可変領域に順電解または逆電
解を印加することによって、前記グレーティングの結合
波長を変化させて前記レーザ光の波長を変化させること
を特徴とする。
より具体的には、前記活性層の一方の端面が、光波伝
搬方向に対して斜めに切断されていたり、前記活性層の
一方の端部に、活性層を伝搬する光に対して大きな吸収
損失を持つ非活性領域を設けたりして活性層の利得領域
での出射端と導波路層の波長可変領域での出射端との間
で共振が起こる様に形成されている。
搬方向に対して斜めに切断されていたり、前記活性層の
一方の端部に、活性層を伝搬する光に対して大きな吸収
損失を持つ非活性領域を設けたりして活性層の利得領域
での出射端と導波路層の波長可変領域での出射端との間
で共振が起こる様に形成されている。
本発明の構成によれば、利得領域にある活性層と波長
可変領域にある活性層とは異なる導波路層とがグレーテ
ィングにより光学的に結合されてこれらによりレーザ共
振器が構成されているので、電圧印加による屈折率変化
が一定の関係を通して間接的に結合波長を変化させる。
従って、結合波長すなわち発振波長が比較的広い範囲で
変えられる。
可変領域にある活性層とは異なる導波路層とがグレーテ
ィングにより光学的に結合されてこれらによりレーザ共
振器が構成されているので、電圧印加による屈折率変化
が一定の関係を通して間接的に結合波長を変化させる。
従って、結合波長すなわち発振波長が比較的広い範囲で
変えられる。
［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例を一部破断して示す図で
ある。
ある。
先ず、本実施例の原理、構成を説明する。第１図に示
す如く、本実施例においては、活性層１と導波路層２と
が積層方向に配置された方向性結合器を形成し、レーザ
共振器を成す領域が利得領域15と波長可変領域16から構
成され、波長可変領域16では、活性層１と導波路層２を
伝搬する２つのモードが相互結合するいずれかの位置に
（本実施例では活性層１の上部に）グレーティング３が
形成されている。また、波長可変領域16での活性層１の
出射端面は斜めに切断されて、活性層３を伝搬してきた
光が反射光として共振器へ帰還しない構造となってい
る。帰還させない為には活性層３の端面近くに非活性領
域を設けてもよい。キャリアドーピングは活性層１のみ
ノンドープ（ｉ層）で、その上下はｐ層、ｎ層となる様
に構成されてpin構造となっている。
す如く、本実施例においては、活性層１と導波路層２と
が積層方向に配置された方向性結合器を形成し、レーザ
共振器を成す領域が利得領域15と波長可変領域16から構
成され、波長可変領域16では、活性層１と導波路層２を
伝搬する２つのモードが相互結合するいずれかの位置に
（本実施例では活性層１の上部に）グレーティング３が
形成されている。また、波長可変領域16での活性層１の
出射端面は斜めに切断されて、活性層３を伝搬してきた
光が反射光として共振器へ帰還しない構造となってい
る。帰還させない為には活性層３の端面近くに非活性領
域を設けてもよい。キャリアドーピングは活性層１のみ
ノンドープ（ｉ層）で、その上下はｐ層、ｎ層となる様
に構成されてpin構造となっている。
上記方向性結合器において、活性層１と導波路層２は
互いに屈折率、層厚が異なる非対称方向性結合器を構成
している。この結合器は０次及び１次のモードが伝搬す
る条件を成立させており、０次モードは主として活性層
１を、１次モードは主に導波路層２を伝搬する。
互いに屈折率、層厚が異なる非対称方向性結合器を構成
している。この結合器は０次及び１次のモードが伝搬す
る条件を成立させており、０次モードは主として活性層
１を、１次モードは主に導波路層２を伝搬する。
０次モードの伝搬定数をβ０、１次モードの伝搬定数
をβ１とすれば、活性層１と導波路層２の非対称性の為
にβ０とβ１は値が大きく異なっている。従って、０次
モードと１次モードの光、すなわち活性層１を伝搬する
モード光と導波路層２を伝搬するモード光は互いに結合
が生じない。
をβ１とすれば、活性層１と導波路層２の非対称性の為
にβ０とβ１は値が大きく異なっている。従って、０次
モードと１次モードの光、すなわち活性層１を伝搬する
モード光と導波路層２を伝搬するモード光は互いに結合
が生じない。
しかし、波長可変領域16では、２つのモード光が結合
する位置にβ０とβ１の伝搬定数差を補償するグレーテ
ィング３が形成されているので、次の（２）式を満足す
る波長λにおいて０次と１次のモードの結合が生じる。
する位置にβ０とβ１の伝搬定数差を補償するグレーテ
ィング３が形成されているので、次の（２）式を満足す
る波長λにおいて０次と１次のモードの結合が生じる。
β０（λ）−β１（λ）＝２π／Λ ・・・（２） ここで、Λはグレーティング３の周期である。また、
左辺のマイナスは順方向伝搬モード間結合における伝搬
定数差であることを示す。
左辺のマイナスは順方向伝搬モード間結合における伝搬
定数差であることを示す。
ここで、波長可変領域16において、上下電極4b、５間
に順電解を印加するとpin構造のｉ層である活性層１中
にキャリアが増加し、その為にプラズマ効果が生じて活
性層１の屈折率が減少する。その結果、０次モードの伝
搬定数β０（λ）が変化し、（２）式を満足する波長λ
の値が変わる。すなわち、屈折率変化が、直接、結合波
長を変えるのではなく（上記（１）式参照）、（２）式
の関係を経て結合波長を変えている。以上の動作原理に
従って、波長可変領域16における活性層１、導波路層２
間の結合波長λ（主に活性層１を伝搬する０次モード光
が、主に導波路層２を伝搬する１次モード光に移行する
波長）を電界印加により制御できることになる。
に順電解を印加するとpin構造のｉ層である活性層１中
にキャリアが増加し、その為にプラズマ効果が生じて活
性層１の屈折率が減少する。その結果、０次モードの伝
搬定数β０（λ）が変化し、（２）式を満足する波長λ
の値が変わる。すなわち、屈折率変化が、直接、結合波
長を変えるのではなく（上記（１）式参照）、（２）式
の関係を経て結合波長を変えている。以上の動作原理に
従って、波長可変領域16における活性層１、導波路層２
間の結合波長λ（主に活性層１を伝搬する０次モード光
が、主に導波路層２を伝搬する１次モード光に移行する
波長）を電界印加により制御できることになる。
一方、利得領域15においては、グレーティングが形成
されていない為に２つのモード間の結合が生じない。
されていない為に２つのモード間の結合が生じない。
本実施例の動作を第２図に沿って説明する。電極4a、
4bは利得領域15と波長可変領域16に２分されており各々
独立に電流注入が可能であり、利得領域15へ注入した電
流により、活性層１中でキャリア再結合によって自然発
光が生じる。発生した光は活性層１を伝搬する０次モー
ド21となる。
4bは利得領域15と波長可変領域16に２分されており各々
独立に電流注入が可能であり、利得領域15へ注入した電
流により、活性層１中でキャリア再結合によって自然発
光が生じる。発生した光は活性層１を伝搬する０次モー
ド21となる。
一方、波長可変領域６では、電流注入により、制御さ
れた波長λにおいて０次と１次モードの結合が生じる。
その為、利得領域15での自然発光のうち、波長λについ
てのみ波長可変領域16で１次モード22へ結合し、その結
果、導波路層２へ光が移行する。導波路層２の端面は結
晶へき開面であり、従ってこの導波路層２へ移行した光
は端面で反射し再び活性層１へ結合し帰還が生じる。す
なわち、活性層１の第２図右側の端面と導波路層２の第
２図左側の端面との間で共振が起こることになる。
れた波長λにおいて０次と１次モードの結合が生じる。
その為、利得領域15での自然発光のうち、波長λについ
てのみ波長可変領域16で１次モード22へ結合し、その結
果、導波路層２へ光が移行する。導波路層２の端面は結
晶へき開面であり、従ってこの導波路層２へ移行した光
は端面で反射し再び活性層１へ結合し帰還が生じる。す
なわち、活性層１の第２図右側の端面と導波路層２の第
２図左側の端面との間で共振が起こることになる。
以上の動作原理により、しきい値電流を越えると波長
λでの発振光23が出射する。このとき、発振波長λは、
波長可変領域16への注入電流制御により結合波長λが変
化する為、制御されることになる。
λでの発振光23が出射する。このとき、発振波長λは、
波長可変領域16への注入電流制御により結合波長λが変
化する為、制御されることになる。
結合波長λの制御範囲はｉ層である活性層１の屈折率
変化Δｎに依存するが、通常GaAs系でΔｎ≒0.5％とす
ると約500Åとなり、InP系でΔｎ≒0.5％とすると約100
0Åである。この波長変化範囲は、活性層１の利得波長
範囲に匹敵する為、本発明による波長可変半導体レーザ
によればレーザ活性層１の利得波長範囲全域に亙る波長
可変動作が得られる。
変化Δｎに依存するが、通常GaAs系でΔｎ≒0.5％とす
ると約500Åとなり、InP系でΔｎ≒0.5％とすると約100
0Åである。この波長変化範囲は、活性層１の利得波長
範囲に匹敵する為、本発明による波長可変半導体レーザ
によればレーザ活性層１の利得波長範囲全域に亙る波長
可変動作が得られる。
波長可変領域16で結合しない波長（λ以外）の光は、
波長可変可変領域16の端面（斜めに切断されているか非
活性領域となっている）で共振器の光軸と異なる方向に
反射もしくは散乱もしくは吸収され、共振器への帰還光
とならない。その為、レーザ発振光とならず、結局、波
長λの光のみが共振器で増幅、発振されることになる。
波長可変可変領域16の端面（斜めに切断されているか非
活性領域となっている）で共振器の光軸と異なる方向に
反射もしくは散乱もしくは吸収され、共振器への帰還光
とならない。その為、レーザ発振光とならず、結局、波
長λの光のみが共振器で増幅、発振されることになる。
本実施例の波長可変レーザは以下の様にして作製され
る。
る。
n+−GaAs基板６上に、MBEもしくはMOCVD法により、ｎ
−GaAsバッファ層（キャリア濃度ｎ＝２×1018cm-3、不
図示）を0.5μｍ厚で、ｎ−Al0.5Ga0.5Asクラッド層
（ｎ＝１×1017cm-3）７を1.5μｍ厚で、ｎ−Al0.3Ga
0.7As導波路層（ｎ＝１×1017cm-3）２を0.08μｍ厚
で、ｎ−Al0.5Ga0.5Asクラッド層（ｎ＝１×1017cm-3）
８を0.8μｍ厚で、ｉ−GaAs活性層（ノンドープ）１を
0.1μｍ厚で、ｉ−Al0.2Ga0.8Asグレーティング層（ノ
ンドープ）３′を0.2μｍ厚で成長した。次に、波長可
変領域16のみに、周期７μｍのグレーティング３をフォ
トリソグラフィー法でグレーティング層３′に食刻し
た。続いて、MOCVD法により、ｐ−Al0.5Ga0.5Asクラッ
ド層（ｐ＝１×1017cm-3）９を1.5μｍ厚で、p+−GaAs
コンタクト層（ｐ＝１×1018cm-3）10を0.5μｍ厚で成
長した。
−GaAsバッファ層（キャリア濃度ｎ＝２×1018cm-3、不
図示）を0.5μｍ厚で、ｎ−Al0.5Ga0.5Asクラッド層
（ｎ＝１×1017cm-3）７を1.5μｍ厚で、ｎ−Al0.3Ga
0.7As導波路層（ｎ＝１×1017cm-3）２を0.08μｍ厚
で、ｎ−Al0.5Ga0.5Asクラッド層（ｎ＝１×1017cm-3）
８を0.8μｍ厚で、ｉ−GaAs活性層（ノンドープ）１を
0.1μｍ厚で、ｉ−Al0.2Ga0.8Asグレーティング層（ノ
ンドープ）３′を0.2μｍ厚で成長した。次に、波長可
変領域16のみに、周期７μｍのグレーティング３をフォ
トリソグラフィー法でグレーティング層３′に食刻し
た。続いて、MOCVD法により、ｐ−Al0.5Ga0.5Asクラッ
ド層（ｐ＝１×1017cm-3）９を1.5μｍ厚で、p+−GaAs
コンタクト層（ｐ＝１×1018cm-3）10を0.5μｍ厚で成
長した。
更に、グレーティング３と直交する方向にストライプ
マスクを形成し、GaAs基板６が露出するまでエッチング
し、ストライプマスク剥離後、ｐ−Al0.5Ga0.5As11,i−
Al0.5Ga0.5As12、ｎ−Al0.5Ga0.5As13の順で再成長しレ
ーザを横埋め込み構成とした。
マスクを形成し、GaAs基板６が露出するまでエッチング
し、ストライプマスク剥離後、ｐ−Al0.5Ga0.5As11,i−
Al0.5Ga0.5As12、ｎ−Al0.5Ga0.5As13の順で再成長しレ
ーザを横埋め込み構成とした。
そして、波長可変領域16の出射側を、ストライプに対
し30度程斜めとしたレジストマスクを用いて活性層１が
なくなる深さまでエッチングした。続いて、Si3nN414を
プラズマCVD法で成膜し、ストライプ上のSi3N4を除去し
た後、電極4a、４を蒸着した。両電極4a、4bの分離は、
フォトレジストマスクにより両領域15、16間の電極及び
コンタクト層10をエッチングで除去して行なった。基板
６の裏面ラッピング後、裏面電極５を蒸着し、アロイン
グを行なって電極4a、4bとp+−コンタクト層10及びn+−
基板６とのオーミックコンタクトを夫々形成した。
し30度程斜めとしたレジストマスクを用いて活性層１が
なくなる深さまでエッチングした。続いて、Si3nN414を
プラズマCVD法で成膜し、ストライプ上のSi3N4を除去し
た後、電極4a、４を蒸着した。両電極4a、4bの分離は、
フォトレジストマスクにより両領域15、16間の電極及び
コンタクト層10をエッチングで除去して行なった。基板
６の裏面ラッピング後、裏面電極５を蒸着し、アロイン
グを行なって電極4a、4bとp+−コンタクト層10及びn+−
基板６とのオーミックコンタクトを夫々形成した。
最後に、利得領域長15が200μｍ、波長可変領域長15
が300μｍ、全体で共振器長が500μｍとなるように基板
６をへき開し、裏面電極５及び表面の２電極4a、4b間に
電流注入できる様に実装を行なった。
が300μｍ、全体で共振器長が500μｍとなるように基板
６をへき開し、裏面電極５及び表面の２電極4a、4b間に
電流注入できる様に実装を行なった。
以上述べた構成により、波長可変領域16への電流注入
量により発振波長を制御し、利得領域15及び波長可変領
域16への電流注入量によって出力光を制御することがで
きる。その１例を第３図に示す。２電極4a、4bへの注入
電流の組み合わせによって出力光パワーを3mWと一定に
して、発振波長を820nmから870nmまで可変とすることが
できた。このとき、発振のモードは単一であり、また安
定であった。
量により発振波長を制御し、利得領域15及び波長可変領
域16への電流注入量によって出力光を制御することがで
きる。その１例を第３図に示す。２電極4a、4bへの注入
電流の組み合わせによって出力光パワーを3mWと一定に
して、発振波長を820nmから870nmまで可変とすることが
できた。このとき、発振のモードは単一であり、また安
定であった。
第４図は第２実施例の断面を示す。第２実施例は第１
実施例と異なり、活性層41を導波路層42の下側（基板６
側）とし、導波路層42上にグレーティング43を形成して
いる。そして、波長可変領域45の外側（出射端側）に
は、電極を設置しない領域として非活性領域46を設けて
いる。各領域の長さは、利得領域44が250μｍ、波長可
変領域45が250μｍ、非活性領域46が200μｍである。
実施例と異なり、活性層41を導波路層42の下側（基板６
側）とし、導波路層42上にグレーティング43を形成して
いる。そして、波長可変領域45の外側（出射端側）に
は、電極を設置しない領域として非活性領域46を設けて
いる。各領域の長さは、利得領域44が250μｍ、波長可
変領域45が250μｍ、非活性領域46が200μｍである。
また、各層構成は、活性層41がｉ−GaAs（ノンドー
プ）0.15μｍ厚、導波路層42がｐ−Al0.3Ga0.7As0.2μ
ｍ厚で、グレーティング43が導波路層42に深さ0.1μｍ
で形成される。中間クラッド層ｐ−Al0.5Ga0.5Asの層厚
は0.7μｍである。
プ）0.15μｍ厚、導波路層42がｐ−Al0.3Ga0.7As0.2μ
ｍ厚で、グレーティング43が導波路層42に深さ0.1μｍ
で形成される。中間クラッド層ｐ−Al0.5Ga0.5Asの層厚
は0.7μｍである。
それ以外は前実施例と同じである。
こうした構成において、活性層41は非活性領域46で大
きな吸収損失を持つ為、非活性領域46の活性層出射端は
共振器の反射面とはならない。しかし、導波路層42は、
非活性領域46でも他の領域44、45と同様、透過性である
為に、出射端面は共振器ミラーとなる。
きな吸収損失を持つ為、非活性領域46の活性層出射端は
共振器の反射面とはならない。しかし、導波路層42は、
非活性領域46でも他の領域44、45と同様、透過性である
為に、出射端面は共振器ミラーとなる。
従って、波長可変領域45で決定される波長において、
利得領域44の活性層41と、波長可変領域45及び非活性領
域46の導波路層42との間の行き来により共振が発生し、
発振が起こる。動作原理は第１実施例と同じである。
利得領域44の活性層41と、波長可変領域45及び非活性領
域46の導波路層42との間の行き来により共振が発生し、
発振が起こる。動作原理は第１実施例と同じである。
本実施例は共振器が多少長くなるが、第１実施例の様
な活性層一部削除の工程が省ける利点がある。
な活性層一部削除の工程が省ける利点がある。
波長可変範囲、出力光パワーについては第１実施例と
同様である。
同様である。
第５図は本発明の第３実施例を示す。本実施例におい
ては、基板６上にバッファ層（不図示）、クラッド層
７、導波路層52までを成長した後、利得領域54の導波路
層を除去し、波長可変領域55の導波路層52上にグレーテ
ィング53を食刻した。
ては、基板６上にバッファ層（不図示）、クラッド層
７、導波路層52までを成長した後、利得領域54の導波路
層を除去し、波長可変領域55の導波路層52上にグレーテ
ィング53を食刻した。
次いで、中間クラッド層57、活性層51、上部クラッド
層９、コンタクト層10の順に成長し、以下、上記実施例
と同様の工程によりレーザを作製した。
層９、コンタクト層10の順に成長し、以下、上記実施例
と同様の工程によりレーザを作製した。
コンタクト層10、上部クラッド層９はｐ型にドーピン
グし、中間クラッド層57、導波路層52以下はｎ型にドー
ピングし、そして活性層51はノンドーピングとしてい
る。本実施例では活性層51は井戸幅60Å、障壁幅100Å
の多重量子井戸構造であり、他の組成は上記実施例と同
様である。
グし、中間クラッド層57、導波路層52以下はｎ型にドー
ピングし、そして活性層51はノンドーピングとしてい
る。本実施例では活性層51は井戸幅60Å、障壁幅100Å
の多重量子井戸構造であり、他の組成は上記実施例と同
様である。
利得領域54では順電界による電流注入で利得を与える
が、波長可変領域55では逆電界を印加し、活性層51の量
子井戸構造を利用したQCSE（量子閉じ込めシュタルク効
果）による屈折率変化を活性層51に引き起こす動作原理
を用いている。
が、波長可変領域55では逆電界を印加し、活性層51の量
子井戸構造を利用したQCSE（量子閉じ込めシュタルク効
果）による屈折率変化を活性層51に引き起こす動作原理
を用いている。
QCSEを利用した場合、熱を発生しないので（キャリア
注入がないから）屈折率変化が安定的に大きく取れる利
点がある。更に、電流が注入されないので波長可変領域
55の活性層52は吸収層となり、その為、先の実施例と同
様に波長可変領域55では導波路層52のみが共振器形成に
寄与できる。利得領域54への電流注入量は、波長可変領
域44が利得を持たないので、他の実施例と比べて多くな
る。その他の基本的動作原理は先の実施例と同じであ
る。
注入がないから）屈折率変化が安定的に大きく取れる利
点がある。更に、電流が注入されないので波長可変領域
55の活性層52は吸収層となり、その為、先の実施例と同
様に波長可変領域55では導波路層52のみが共振器形成に
寄与できる。利得領域54への電流注入量は、波長可変領
域44が利得を持たないので、他の実施例と比べて多くな
る。その他の基本的動作原理は先の実施例と同じであ
る。
利得領域長54を400μｍ、波長可変領域長55を200μｍ
とし、全体で600μｍの素子を作製して特性を測定し
た。その結果、利得領域54への注入電流一定の下に、波
長可変領域55への逆電圧を０から2Vへ変化させていった
所、第６図の様な発振波長シフトが観測された。波長可
変範囲は805nmから860nmであった。
とし、全体で600μｍの素子を作製して特性を測定し
た。その結果、利得領域54への注入電流一定の下に、波
長可変領域55への逆電圧を０から2Vへ変化させていった
所、第６図の様な発振波長シフトが観測された。波長可
変範囲は805nmから860nmであった。
以上の実施例においては利得領域にはグレーティング
が形成されていないが、構成によっては利得領域にグレ
ーティングが形成されていても上記動作原理に基本的に
従った波長可変レーザ動作が実行できる。
が形成されていないが、構成によっては利得領域にグレ
ーティングが形成されていても上記動作原理に基本的に
従った波長可変レーザ動作が実行できる。
また、上記実施例ではGaAs系の端波長レーザのみを例
示したが、InP系の1.3μｍ帯、1.5μｍ帯のレーザにお
いても本発明は有効に適用されうる。
示したが、InP系の1.3μｍ帯、1.5μｍ帯のレーザにお
いても本発明は有効に適用されうる。
［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、結合波長の制御
可能な積層型方向性結合器をレーザ共振器内に形成し、
該結合器はモード間結合をグレーティングで行なってい
るので、波長選択性が鋭くなり発振波長、発振モードが
単一で且つ駆動時に安定である効果が奏される。
可能な積層型方向性結合器をレーザ共振器内に形成し、
該結合器はモード間結合をグレーティングで行なってい
るので、波長選択性が鋭くなり発振波長、発振モードが
単一で且つ駆動時に安定である効果が奏される。
更に、積層型方向性結合器における波長の選択は、順
方向伝搬モード間結合における導波路間伝搬定数差を利
用する様にすれば（上記（２）式で表わされる）、DB
R、DFBといった細かいグレーティングを用いる逆方向伝
搬モード間結合における有効グレーティング周期の変化
を利用するタイプと異なり、極めて広い波長可変範囲が
得られると共にグレーティングの作製も比較的周期が粗
いので容易となる。
方向伝搬モード間結合における導波路間伝搬定数差を利
用する様にすれば（上記（２）式で表わされる）、DB
R、DFBといった細かいグレーティングを用いる逆方向伝
搬モード間結合における有効グレーティング周期の変化
を利用するタイプと異なり、極めて広い波長可変範囲が
得られると共にグレーティングの作製も比較的周期が粗
いので容易となる。
勿論、外部共振器などを用いない集積型レーザにでき
るので、小型で駆動電力も小さくできる。
るので、小型で駆動電力も小さくできる。
第１図は本発明の第１実施例の一部破断斜視図、第２図
は第１実施例の断面図、第３図は第１実施例の発振スペ
クトルを示す図、第４図は第２実施例の断面図、第５図
は第３実施例の断面図、第６図は第３実施例の発振スペ
クトルを示す図、第７図は従来例を示す図、第８図は他
の従来例を示す図である。 1,41,51……活性層、2,42,52……導波路層、3,43,53…
…グレーティング、4a,4b,5……電極、６……基板、7,
8,9,47,57……クラッド層、10……コンタクト層、11 1
2,13……側面閉じ込めクラッド層、14……SIN4層、15,4
4,54……利得領域、16,45,55……波長可変領域、46……
非活性領域、21……０次モードの界分布、232……１次
モードの界分布、23……発振光
は第１実施例の断面図、第３図は第１実施例の発振スペ
クトルを示す図、第４図は第２実施例の断面図、第５図
は第３実施例の断面図、第６図は第３実施例の発振スペ
クトルを示す図、第７図は従来例を示す図、第８図は他
の従来例を示す図である。 1,41,51……活性層、2,42,52……導波路層、3,43,53…
…グレーティング、4a,4b,5……電極、６……基板、7,
8,9,47,57……クラッド層、10……コンタクト層、11 1
2,13……側面閉じ込めクラッド層、14……SIN4層、15,4
4,54……利得領域、16,45,55……波長可変領域、46……
非活性領域、21……０次モードの界分布、232……１次
モードの界分布、23……発振光
Claims (6)
- 【請求項１】基板上に活性層及び導波路層が中間クラッ
ド層を挟んで積層された層構成を有し、光波伝搬方向に
沿って利得領域と波長可変領域の少なくとも２つの領域
が直列的に配置された半導体レーザであって、前記波長
可変領域に前記活性層と導波路層との間に順方向伝搬モ
ード結合を生じさせるグレーティングを形成すると共
に、活性層の一方の端部を、伝搬してきた光が反射光と
して帰還しない構造とすることによって、活性層の他方
の端面と導波路層の一方の端面とでレーザ共振器を構成
し、前記利得領域及び波長可変領域にそれぞれ第１及び
第２の電極を形成して、第１の電極から活性層に電流を
注入することによってレーザ光を発生させ、第２の電極
から波長可変領域に順電解または逆電界を印加すること
によって、前記グレーティングの結合波長を変化させて
前記レーザ光の波長を変化させることを特徴とする波長
可変半導体レーザ。 - 【請求項２】前記活性層の一方の端面が、光波伝搬方向
に対して斜めに切断されている請求項１記載の波長可変
半導体レーザ。 - 【請求項３】前記活性層の一方の端部に、活性層を伝搬
する光に対して大きな吸収損失を持つ非活性領域を設け
た請求項１記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項４】前記導波路層が、波長可変領域にのみ設け
られている請求項１記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項５】前記活性層は多重量子井戸構造を有し、前
記第２の電極から波長可変領域の活性層に対し逆電界が
印加される請求項１記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項６】前記層構成はpin構造を有する請求項１記
載の波長可変半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19343390A JP2957240B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | 波長可変半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19343390A JP2957240B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | 波長可変半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0479287A JPH0479287A (ja) | 1992-03-12 |
| JP2957240B2 true JP2957240B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=16307903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19343390A Expired - Fee Related JP2957240B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | 波長可変半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2957240B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5621828A (en) * | 1992-09-24 | 1997-04-15 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | Integrated tunable optical filter |
| BE1006207A3 (nl) * | 1992-09-24 | 1994-06-07 | Imec Inter Uni Micro Electr | Geintegreerd afstembaar optisch filter. |
| JP4648647B2 (ja) * | 2004-05-13 | 2011-03-09 | 日本電信電話株式会社 | 波長可変半導体レーザ |
| DE102007058950A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender Halbleiterlaser mit einem Wellenleiter |
| WO2019171806A1 (ja) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光デバイスおよび光検出システム |
| JP7199035B2 (ja) * | 2018-03-09 | 2023-01-05 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光デバイスおよび光検出システム |
| WO2019187681A1 (ja) * | 2018-03-27 | 2019-10-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光デバイスおよび光検出システム |
-
1990
- 1990-07-20 JP JP19343390A patent/JP2957240B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0479287A (ja) | 1992-03-12 |
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