JP2970578B2 - 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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- 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
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は単一モードで安定に
発振する分布帰還型半導体レーザに関するものである。
発振する分布帰還型半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回折格子によるブラッグ波長で、単一モ
ード（単一波長）発振するλ／４位相シフト分布帰還型
（ＤＦＢ：Distributed Feedback）半導体レーザでは、
特に規格化結合係数（κ）が大きい場合に、位相シフト
回折格子に電界が集中しやすく、高出力時に単一モード
発振が不安定になる問題を有していた（以下、このよう
な分布帰還型半導体レーザをλ／４位相シフトレーザと
称す）。
ード（単一波長）発振するλ／４位相シフト分布帰還型
（ＤＦＢ：Distributed Feedback）半導体レーザでは、
特に規格化結合係数（κ）が大きい場合に、位相シフト
回折格子に電界が集中しやすく、高出力時に単一モード
発振が不安定になる問題を有していた（以下、このよう
な分布帰還型半導体レーザをλ／４位相シフトレーザと
称す）。
【０００３】この位相シフトレーザの共振器軸方向の電
界強度の分布を平坦化し、単一モードで安定して発振さ
せる手段として、例えば特開平４−１００２８７号公
報、あるいは、Okai et al., IEEE J. Quantum Electro
nics, vol. 27, pp. 1767-1772, 1991. にその技術が公
開されている。これらの文献では、図８に示すような構
造の半導体レーザが提案され、その共振器（レーザ素
子）内には図９に示すような周期の異なる２種類の回折
格子が形成されている（以下、このような分布帰還型半
導体レーザを周期変調型レーザと称す）。
界強度の分布を平坦化し、単一モードで安定して発振さ
せる手段として、例えば特開平４−１００２８７号公
報、あるいは、Okai et al., IEEE J. Quantum Electro
nics, vol. 27, pp. 1767-1772, 1991. にその技術が公
開されている。これらの文献では、図８に示すような構
造の半導体レーザが提案され、その共振器（レーザ素
子）内には図９に示すような周期の異なる２種類の回折
格子が形成されている（以下、このような分布帰還型半
導体レーザを周期変調型レーザと称す）。
【０００４】図８は従来の分布帰還型半導体レーザの構
造を示す側断面図であり、図９は図８に示した回折格子
のレーザ素子内の位置に対する周期の関係を示すグラフ
である。
造を示す側断面図であり、図９は図８に示した回折格子
のレーザ素子内の位置に対する周期の関係を示すグラフ
である。
【０００５】図８において、半導体基板１１上には発振
波長を選択するための回折格子１２が形成され、回折格
子１２が形成された半導体基板１１上にはＭＯＶＰＥ
（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）成長により、
光ガイド層１３、利得を持つＭＱＷ（Multi-Quantum-We
ll）活性層１４、およびクラッド層１５が順次形成され
ている。このＭＱＷ活性層１４をバンドギャップの大き
いＮ型半導体の半導体基板１１、およびＰ型半導体のク
ラッド層１５で挟むことによりダブルヘテロ構造（Ｄ
Ｈ：Double Heterostructure）のレーザ素子が構成され
ている。
波長を選択するための回折格子１２が形成され、回折格
子１２が形成された半導体基板１１上にはＭＯＶＰＥ
（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）成長により、
光ガイド層１３、利得を持つＭＱＷ（Multi-Quantum-We
ll）活性層１４、およびクラッド層１５が順次形成され
ている。このＭＱＷ活性層１４をバンドギャップの大き
いＮ型半導体の半導体基板１１、およびＰ型半導体のク
ラッド層１５で挟むことによりダブルヘテロ構造（Ｄ
Ｈ：Double Heterostructure）のレーザ素子が構成され
ている。
【０００６】ここで、回折格子１２は、図９に示すよう
に、レーザ素子の両端の領域（周期均一領域１８）では
等しい均一な周期で形成され、中央の領域（位相調整領
域１９）では周期均一領域１８よりも短い周期で形成さ
れている。
に、レーザ素子の両端の領域（周期均一領域１８）では
等しい均一な周期で形成され、中央の領域（位相調整領
域１９）では周期均一領域１８よりも短い周期で形成さ
れている。
【０００７】また、半導体基板１１およびクラッド層１
５の表面には半導体基板１１からＭＱＷ活性層１４に対
して電子を注入するための電極１７がそれぞれ形成さ
れ、レーザ素子の両端にはＡＲコーティング（無反射コ
ーティング）１６が形成されている。
５の表面には半導体基板１１からＭＱＷ活性層１４に対
して電子を注入するための電極１７がそれぞれ形成さ
れ、レーザ素子の両端にはＡＲコーティング（無反射コ
ーティング）１６が形成されている。
【０００８】なお、周期均一領域１８の回折格子の位相
に対する位相調整領域１９の回折格子による位相変化量
の総和を累積位相変化量と定義すると、図８に示した周
期変調型レーザでは、累積位相変化量が周期均一領域１
８の回折格子の１／２周期（すなわち、レーザ光の共振
器内定在波に対する１／４波長（λ／４））になるよう
に位相調整領域１９の回折格子が形成されている。
に対する位相調整領域１９の回折格子による位相変化量
の総和を累積位相変化量と定義すると、図８に示した周
期変調型レーザでは、累積位相変化量が周期均一領域１
８の回折格子の１／２周期（すなわち、レーザ光の共振
器内定在波に対する１／４波長（λ／４））になるよう
に位相調整領域１９の回折格子が形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
ような従来の分布帰還型半導体レーザでは、レーザ素子
内に異なる２種類の周期の回折格子を有しているため
に、特に発振しきい値付近のように注入電流が少ない場
合に、主モードと副モード間のしきい値利得差が十分に
得られないという問題があった。
ような従来の分布帰還型半導体レーザでは、レーザ素子
内に異なる２種類の周期の回折格子を有しているため
に、特に発振しきい値付近のように注入電流が少ない場
合に、主モードと副モード間のしきい値利得差が十分に
得られないという問題があった。
【００１０】また、上記した構造では累積位相変化量が
周期均一領域の回折格子の１／２周期になるように位相
調整領域の回折格子が形成されているため、共振器軸方
向の電界強度分布の平坦化に限界があり、必ずしも安定
な単一モード発振を得ることができなかった。
周期均一領域の回折格子の１／２周期になるように位相
調整領域の回折格子が形成されているため、共振器軸方
向の電界強度分布の平坦化に限界があり、必ずしも安定
な単一モード発振を得ることができなかった。
【００１１】本発明は上記したような従来の技術が有す
る問題点を解決するためになされたものであり、共振器
軸方向の電界強度分布を平坦化させて安定な単一モード
発振を実現し、より十分な主モードと副モード間のしき
い値利得差を有する分布帰還型レーザ発振器を提供する
ことを目的とする。
る問題点を解決するためになされたものであり、共振器
軸方向の電界強度分布を平坦化させて安定な単一モード
発振を実現し、より十分な主モードと副モード間のしき
い値利得差を有する分布帰還型レーザ発振器を提供する
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の分布帰還型半導体レーザは、共振器軸方向に周
期構造である回折格子を有する分布帰還型半導体レーザ
であって、前記回折格子の周期を連続的に増加及び減少
させた少なくとも１つの周期変化領域と、前記回折格子
の周期が所定の一定値である周期均一領域と、を有し、
前記周期均一領域の回折格子の位相に対する前記周期変
化領域の回折格子による位相変化量の総和である累積位
相変化量の絶対値が、前記周期均一領域の回折格子の周
期の３／２倍から１１／２倍の構成である。
本発明の分布帰還型半導体レーザは、共振器軸方向に周
期構造である回折格子を有する分布帰還型半導体レーザ
であって、前記回折格子の周期を連続的に増加及び減少
させた少なくとも１つの周期変化領域と、前記回折格子
の周期が所定の一定値である周期均一領域と、を有し、
前記周期均一領域の回折格子の位相に対する前記周期変
化領域の回折格子による位相変化量の総和である累積位
相変化量の絶対値が、前記周期均一領域の回折格子の周
期の３／２倍から１１／２倍の構成である。
【００１３】このとき、前記周期変化領域の回折格子の
前記累積位相変化量は、ｎを１から５の自然数としたと
き、前記周期均一領域の回折格子の周期の±（２ｎ＋
１）／２倍であることが望ましく、前記周期変化領域の
長さは、前記共振器軸の長さの１／１０から１／２であ
ることが望ましい。
前記累積位相変化量は、ｎを１から５の自然数としたと
き、前記周期均一領域の回折格子の周期の±（２ｎ＋
１）／２倍であることが望ましく、前記周期変化領域の
長さは、前記共振器軸の長さの１／１０から１／２であ
ることが望ましい。
【００１４】上記のように構成された分布帰還型半導体
レーザは、周期均一領域の回折格子の位相に対する周期
変化領域の回折格子による位相変化量の総和である累積
位相変化量の絶対値を、周期均一領域の回折格子の周期
の３／２倍から１１／２倍にすることで、従来の１／２
倍にしたときに比べて、周期変化領域に対する電界強度
の集中がより緩和され、電界強度分布がより平坦化され
る。
レーザは、周期均一領域の回折格子の位相に対する周期
変化領域の回折格子による位相変化量の総和である累積
位相変化量の絶対値を、周期均一領域の回折格子の周期
の３／２倍から１１／２倍にすることで、従来の１／２
倍にしたときに比べて、周期変化領域に対する電界強度
の集中がより緩和され、電界強度分布がより平坦化され
る。
【００１５】また、このとき周期変化領域の回折格子の
周期を連続的に変化させることで、副モードのしきい値
利得が十分に抑制され、発振しきい値付近においても十
分な主モードと副モード間のしきい値利得差を得ること
ができる。
周期を連続的に変化させることで、副モードのしきい値
利得が十分に抑制され、発振しきい値付近においても十
分な主モードと副モード間のしきい値利得差を得ること
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１７】図１は本発明の分布帰還型半導体レーザの
構造を示す側断面図であり、図２は図１に示した回折格
子のレーザ素子内の位置に対する周期の関係を示すグラ
フである。
構造を示す側断面図であり、図２は図１に示した回折格
子のレーザ素子内の位置に対する周期の関係を示すグラ
フである。
【００１８】図１において、半導体基板１上には発振波
長を選択するための回折格子２が形成され、回折格子２
が形成された半導体基板１上にはＭＯＶＰＥ成長によ
り、光ガイド層３、ＭＱＷ活性層４、およびクラッド層
５が順次形成されている。このＭＱＷ活性層４をバンド
ギャップの大きいＮ型半導体の半導体基板１、およびＰ
型半導体のクラッド層５で挟むことによりダブルヘテロ
構造（ＤＨ）のレーザ素子が構成されている。ここで、
回折格子２は、図２に示すように、レーザ素子の両端の
領域（周期均一領域８）で均一な等しい周期で形成さ
れ、中央の領域（周期変化領域９）で周期均一領域８よ
りも短い周期で連続的に変化するように形成されてい
る。
長を選択するための回折格子２が形成され、回折格子２
が形成された半導体基板１上にはＭＯＶＰＥ成長によ
り、光ガイド層３、ＭＱＷ活性層４、およびクラッド層
５が順次形成されている。このＭＱＷ活性層４をバンド
ギャップの大きいＮ型半導体の半導体基板１、およびＰ
型半導体のクラッド層５で挟むことによりダブルヘテロ
構造（ＤＨ）のレーザ素子が構成されている。ここで、
回折格子２は、図２に示すように、レーザ素子の両端の
領域（周期均一領域８）で均一な等しい周期で形成さ
れ、中央の領域（周期変化領域９）で周期均一領域８よ
りも短い周期で連続的に変化するように形成されてい
る。
【００１９】また、半導体基板１およびクラッド層５の
表面には半導体基板１からＭＱＷ活性層４に対して電子
を注入するための電極７がそれぞれ形成され、レーザ素
子の両端にはＡＲコーティング（無反射コーティング）
６が形成されている。
表面には半導体基板１からＭＱＷ活性層４に対して電子
を注入するための電極７がそれぞれ形成され、レーザ素
子の両端にはＡＲコーティング（無反射コーティング）
６が形成されている。
【００２０】このような構成において、従来の分布帰還
型半導体レーザ（周期変調型レーザ）では、累積位相変
化量が周期均一領域の回折格子の１／２周期（すなわ
ち、レーザ光の共振器内定在波に対する１／４波長（λ
／４））になるように周期調整領域の回折格子が形成さ
れていた。
型半導体レーザ（周期変調型レーザ）では、累積位相変
化量が周期均一領域の回折格子の１／２周期（すなわ
ち、レーザ光の共振器内定在波に対する１／４波長（λ
／４））になるように周期調整領域の回折格子が形成さ
れていた。
【００２１】本発明の分布帰還型半導体レーザは、累積
位相変化量が周期均一領域８の回折格子の１／２周期よ
りも大きくなるように周期変化領域９の回折格子を形成
する。このような構造にすることにより、累積位相変化
量を１／２周期にしたときに比べて周期変化領域９への
電界強度の集中をより緩和することができるため、電界
強度分布をさらに平坦化することができる。
位相変化量が周期均一領域８の回折格子の１／２周期よ
りも大きくなるように周期変化領域９の回折格子を形成
する。このような構造にすることにより、累積位相変化
量を１／２周期にしたときに比べて周期変化領域９への
電界強度の集中をより緩和することができるため、電界
強度分布をさらに平坦化することができる。
【００２２】また、このとき周期変化領域９の回折格子
の周期を連続的に変化させることで、副モードのしきい
値利得が十分に抑制され、発振しきい値付近においても
主モードと副モード間のしきい値利得差を十分に得るこ
とができる。
の周期を連続的に変化させることで、副モードのしきい
値利得が十分に抑制され、発振しきい値付近においても
主モードと副モード間のしきい値利得差を十分に得るこ
とができる。
【００２３】ところで、分布帰還型半導体レーザは、累
積位相変化量が、周期均一領域８の周期に対して±（２
ｍ−１）／２（ｍ＝０、１、２、３…）になるように周
期変化領域９の回折格子を形成することで単一モードで
発振する。
積位相変化量が、周期均一領域８の周期に対して±（２
ｍ−１）／２（ｍ＝０、１、２、３…）になるように周
期変化領域９の回折格子を形成することで単一モードで
発振する。
【００２４】本発明の分布帰還型半導体レーザでは、上
述したように累積位相変化量が周期均一領域８の回折格
子の１／２周期よりも大きくなるように周期変化領域９
の回折格子を形成するため、周期変化領域９の回折格子
は累積位相変化量が３／２周期以上になるように形成す
る。なお、この累積位相変化量は、ブラッグ波長で発振
させるために、共振器内の定在波に対して正確に±（２
ｎ−１）λ／４（ｎ：自然数）にすることが望ましい。
述したように累積位相変化量が周期均一領域８の回折格
子の１／２周期よりも大きくなるように周期変化領域９
の回折格子を形成するため、周期変化領域９の回折格子
は累積位相変化量が３／２周期以上になるように形成す
る。なお、この累積位相変化量は、ブラッグ波長で発振
させるために、共振器内の定在波に対して正確に±（２
ｎ−１）λ／４（ｎ：自然数）にすることが望ましい。
【００２５】なお、図１では周期変化領域９の回折格子
の周期を、周期均一領域８の回折格子の周期よりも短い
周期へ連続的に変化させた場合を示しているが、周期変
化領域９の回折格子の周期は、周期均一領域８の回折格
子の周期に対して±（２ｎ＋１）／２（ｎ：自然数）倍
であればよく、周期均一領域８の回折格子の周期に対し
て長い周期へ連続的に変化させてもよい。
の周期を、周期均一領域８の回折格子の周期よりも短い
周期へ連続的に変化させた場合を示しているが、周期変
化領域９の回折格子の周期は、周期均一領域８の回折格
子の周期に対して±（２ｎ＋１）／２（ｎ：自然数）倍
であればよく、周期均一領域８の回折格子の周期に対し
て長い周期へ連続的に変化させてもよい。
【００２６】図３は分布帰還型半導体レーザの規格化注
入電流に対する規格化しきい値利得差の関係を示すグラ
フであり、図４は分布帰還型半導体レーザ素子内の位置
に対する規格化電界強度の関係を示すグラフである。な
お、図３及び図４では、従来のλ／４位相シフトレー
ザ、従来の周期変調型レーザ、および本発明の分布帰還
型半導体レーザの特性をそれぞれ記載している。
入電流に対する規格化しきい値利得差の関係を示すグラ
フであり、図４は分布帰還型半導体レーザ素子内の位置
に対する規格化電界強度の関係を示すグラフである。な
お、図３及び図４では、従来のλ／４位相シフトレー
ザ、従来の周期変調型レーザ、および本発明の分布帰還
型半導体レーザの特性をそれぞれ記載している。
【００２７】図３から分かるように、本発明の分布帰還
型半導体レーザは注入電流が少ないときでも従来のλ／
４位相シフトレーザと同等の規格化しきい値利得差を得
ることができる。また、図４に示すように、本発明の分
布帰還型半導体レーザはレーザ素子内の規格化電界強度
分布が従来のλ／４位相シフトレーザ、および周期変調
型レーザと比較して平坦な特性が得られるため、注入電
流を増加させてレーザ光出力を大きくした場合でも単一
モードで安定して発振する。
型半導体レーザは注入電流が少ないときでも従来のλ／
４位相シフトレーザと同等の規格化しきい値利得差を得
ることができる。また、図４に示すように、本発明の分
布帰還型半導体レーザはレーザ素子内の規格化電界強度
分布が従来のλ／４位相シフトレーザ、および周期変調
型レーザと比較して平坦な特性が得られるため、注入電
流を増加させてレーザ光出力を大きくした場合でも単一
モードで安定して発振する。
【００２８】図５は図１に示した分布帰還型レーザの周
期変化領域と共振器長の比に対する規格化電界強度均一
性の関係を示すグラフであり、図６は図１に示した分布
帰還型レーザの周期変化領域と共振器長の比に対する規
格化しきい値利得差の関係を示すグラフである。なお、
規格化電界強度均一性とは、規格化電界強度の最小値と
最大値の比である。
期変化領域と共振器長の比に対する規格化電界強度均一
性の関係を示すグラフであり、図６は図１に示した分布
帰還型レーザの周期変化領域と共振器長の比に対する規
格化しきい値利得差の関係を示すグラフである。なお、
規格化電界強度均一性とは、規格化電界強度の最小値と
最大値の比である。
【００２９】図５に示すように、共振器内の定在波に対
する累積位相変化量をλ／４（４分の１波長）から３λ
／４、５λ／４、…と大きくしていくことにより、短い
周期変化領域９で電界強度分布をより平坦にすることが
可能になる。また、図６に示すように、規格化しきい値
利得差は周期変化領域９が短いほど大きな値が得られ
る。ここで、周期変化領域９の回折格子の周期を連続的
に変化させることにより、累積位相変化量が大きくなっ
た場合でも規格化しきい値利得差がほとんど劣化しな
い。
する累積位相変化量をλ／４（４分の１波長）から３λ
／４、５λ／４、…と大きくしていくことにより、短い
周期変化領域９で電界強度分布をより平坦にすることが
可能になる。また、図６に示すように、規格化しきい値
利得差は周期変化領域９が短いほど大きな値が得られ
る。ここで、周期変化領域９の回折格子の周期を連続的
に変化させることにより、累積位相変化量が大きくなっ
た場合でも規格化しきい値利得差がほとんど劣化しな
い。
【００３０】なお、電界強度分布を十分に平坦化し、十
分なしきい値利得差を得る累積位相変化量としては±
（２ｎ＋１）／λ（１≦ｎ≦５）が適当であり、特に電
界強度分布を十分に平坦化し、十分に大きなしきい値利
得差を得るためには、累積位相変化量は３λ／４から７
λ／４が適当である。また、高出力時でも安定な発振特
性が得られるように、規格化電界強度を０．８以上にす
るためには、図５から分かるように周期変化領域９の長
さを共振器長に対して１／１０（比が０．１）以上にす
ることが望ましい。さらに、高速直接変調時でも副モー
ドでの発振が生じないように、規格化しきい値利得差を
０．８以上にするためには、図６から分かるように周期
変化領域９の長さを共振器の長さに対して５／１０（比
が０．５）以下にすることが望ましい。
分なしきい値利得差を得る累積位相変化量としては±
（２ｎ＋１）／λ（１≦ｎ≦５）が適当であり、特に電
界強度分布を十分に平坦化し、十分に大きなしきい値利
得差を得るためには、累積位相変化量は３λ／４から７
λ／４が適当である。また、高出力時でも安定な発振特
性が得られるように、規格化電界強度を０．８以上にす
るためには、図５から分かるように周期変化領域９の長
さを共振器長に対して１／１０（比が０．１）以上にす
ることが望ましい。さらに、高速直接変調時でも副モー
ドでの発振が生じないように、規格化しきい値利得差を
０．８以上にするためには、図６から分かるように周期
変化領域９の長さを共振器の長さに対して５／１０（比
が０．５）以下にすることが望ましい。
【００３１】図７は図１に示した分布帰還型レーザのレ
ーザ素子内の位置に対する規格化電界強度の関係を示す
グラフである。
ーザ素子内の位置に対する規格化電界強度の関係を示す
グラフである。
【００３２】図７に示すように、周期変化領域９の累積
位相変化量をλ／４から大きくしていくことにより電界
強度分布が平坦化される。しかしながら、図７に示す累
積位相変化量がλ／４、３λ／４、および５λ／４のと
きのように、周期変化領域９の電界強度分布が周期均一
領域８に比べて比較的大きい場合には、電流の注入とと
もに周期変化領域９の電界強度の変化量が周期均一領域
８と比較して大きくなる。その結果、周期変化領域９の
キャリア密度が減少し、ＭＱＷ活性層４の屈折率がプラ
ズマ効果によって周期変化領域９で大きくなる。この影
響による単一モード発振の安定性の劣化を防ぐために
は、周期変化領域９の回折格子の周期を短くし、発振波
長がブラッグ波長から離れにくくなるようにする。
位相変化量をλ／４から大きくしていくことにより電界
強度分布が平坦化される。しかしながら、図７に示す累
積位相変化量がλ／４、３λ／４、および５λ／４のと
きのように、周期変化領域９の電界強度分布が周期均一
領域８に比べて比較的大きい場合には、電流の注入とと
もに周期変化領域９の電界強度の変化量が周期均一領域
８と比較して大きくなる。その結果、周期変化領域９の
キャリア密度が減少し、ＭＱＷ活性層４の屈折率がプラ
ズマ効果によって周期変化領域９で大きくなる。この影
響による単一モード発振の安定性の劣化を防ぐために
は、周期変化領域９の回折格子の周期を短くし、発振波
長がブラッグ波長から離れにくくなるようにする。
【００３３】逆に、累積位相変化量が７λ／４のときの
ように、ＭＱＷ活性層４の屈折率の変化が周期均一領域
８で大きくなるような場合には、周期変化領域９の回折
格子の周期を大きくすればよい。
ように、ＭＱＷ活性層４の屈折率の変化が周期均一領域
８で大きくなるような場合には、周期変化領域９の回折
格子の周期を大きくすればよい。
【００３４】以上説明したような構造を有することによ
り、主モードと副モード間のしきい値利得差が十分大き
な値になると共に、共振器軸方向の電界強度分布を平坦
化することが可能になる。よって、発振しきい値以下で
も十分大きなしきい値利得差が得られ、高レーザ出力時
まで安定して単一モードで発振する。また、位相シフト
位置、回折格子の端面位相、端面反射率等のトレランス
に対して光出力特性の分布が抑制され、歩留まりが向上
する。
り、主モードと副モード間のしきい値利得差が十分大き
な値になると共に、共振器軸方向の電界強度分布を平坦
化することが可能になる。よって、発振しきい値以下で
も十分大きなしきい値利得差が得られ、高レーザ出力時
まで安定して単一モードで発振する。また、位相シフト
位置、回折格子の端面位相、端面反射率等のトレランス
に対して光出力特性の分布が抑制され、歩留まりが向上
する。
【００３５】次に、本発明の分布帰還型レーザの製造方
法について説明する。
法について説明する。
【００３６】図１に示した構造の分布帰還型半導体レー
ザを作成するためには、まずはじめに、レジストを塗布
したｎ−ＩｎＰからなる半導体基板１上に電子ビーム露
光法を用いてレジストパターンを転写し、回折格子パタ
ーンを形成する。
ザを作成するためには、まずはじめに、レジストを塗布
したｎ−ＩｎＰからなる半導体基板１上に電子ビーム露
光法を用いてレジストパターンを転写し、回折格子パタ
ーンを形成する。
【００３７】回折格子は、図２に示すように素子両端領
域（周期均一領域８）で等しい均一な周期を有し、素子
中央領域（周期変化領域９）では周期均一領域８の周期
に対して連続的に増減させた周期で形成する。ここで、
周期変化領域９の回折格子の周期は周期均一領域８の回
折格子を含めて連続的に変化している。
域（周期均一領域８）で等しい均一な周期を有し、素子
中央領域（周期変化領域９）では周期均一領域８の周期
に対して連続的に増減させた周期で形成する。ここで、
周期変化領域９の回折格子の周期は周期均一領域８の回
折格子を含めて連続的に変化している。
【００３８】回折格子２を形成した半導体基板１上にＭ
ＯＶＰＥ成長により、光ガイド層３、ＭＱＷ活性層４、
ｐ−ＩｎＰからなるクラッド層５を順次成長させる。
ＯＶＰＥ成長により、光ガイド層３、ＭＱＷ活性層４、
ｐ−ＩｎＰからなるクラッド層５を順次成長させる。
【００３９】このようにして作成した二重ヘテロ構造の
ウエハからエッチングによってストライプ状の共振器を
形成し、電流が漏れないようにするために所定の結晶を
埋め込み成長させてＤＣ−ＰＢＨ（Double-Channel-Pla
nar-Buried-heterostructure）構造とし、レーザ素子を
形成する。
ウエハからエッチングによってストライプ状の共振器を
形成し、電流が漏れないようにするために所定の結晶を
埋め込み成長させてＤＣ−ＰＢＨ（Double-Channel-Pla
nar-Buried-heterostructure）構造とし、レーザ素子を
形成する。
【００４０】次に、ＭＱＷ活性層４に電流を注入するた
めの電極１７を半導体基板１の表面およびクラッド層５
の表面にそれぞれ形成し、レーザ素子の両端にＡＲコー
ティングを形成する。なお、周期変化領域９における累
積位相変化量は５λ／４とする。また、レーザ素子長は
６００μｍとし、規格化結合係数κＬが４となるように
作成する。
めの電極１７を半導体基板１の表面およびクラッド層５
の表面にそれぞれ形成し、レーザ素子の両端にＡＲコー
ティングを形成する。なお、周期変化領域９における累
積位相変化量は５λ／４とする。また、レーザ素子長は
６００μｍとし、規格化結合係数κＬが４となるように
作成する。
【００４１】このようにして作成した分布帰還型半導体
レーザを評価したところ、発振しきい値は１０ｍＡ、ス
ロープ効率は０．３Ｗ／Ａと良好な特性が得られ、サイ
ドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）は５０ｄＢが得られた。ま
た、この分布帰還型半導体レーザはしきい値以下におい
ても、従来のλ／４位相シフトレーザと同等のしきい値
利得差が得られ、さらに高レーザ出力時まで安定して単
一モード発振し、従来のλ／４位相シフトレーザと比較
して約２倍の最大出力が得られた。
レーザを評価したところ、発振しきい値は１０ｍＡ、ス
ロープ効率は０．３Ｗ／Ａと良好な特性が得られ、サイ
ドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）は５０ｄＢが得られた。ま
た、この分布帰還型半導体レーザはしきい値以下におい
ても、従来のλ／４位相シフトレーザと同等のしきい値
利得差が得られ、さらに高レーザ出力時まで安定して単
一モード発振し、従来のλ／４位相シフトレーザと比較
して約２倍の最大出力が得られた。
【００４２】なお、上記説明では、周期変化領域９を１
箇所としているが、レーザ素子内の電界強度分布をより
精密に制御するために、周期変化領域９を２箇所以上形
成してもよい。
箇所としているが、レーザ素子内の電界強度分布をより
精密に制御するために、周期変化領域９を２箇所以上形
成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。
いるので、以下に記載する効果を奏する。
【００４４】回折格子の周期を連続的に増加及び減少さ
せた少なくとも１つの周期変化領域と、回折格子の周期
が所定の一定値である周期均一領域とを有し、周期均一
領域の回折格子の位相に対する周期変化領域の回折格子
による位相変化量の総和である累積位相変化量の絶対値
を、周期均一領域の回折格子の周期の３／２倍から１１
／２倍にすることで、主モードと副モード間のしきい値
利得差が十分大きな値になると共に、共振器軸方向の電
界強度分布を平坦化することが可能になる。よって、発
振しきい値以下でも十分大きなしきい値利得差が得ら
れ、高レーザ出力時まで安定して単一モードで発振す
る。また、位相シフト位置、回折格子の端面位相、端面
反射率等のトレランスに対して光出力特性の分布が抑制
され、歩留まりが向上する。
せた少なくとも１つの周期変化領域と、回折格子の周期
が所定の一定値である周期均一領域とを有し、周期均一
領域の回折格子の位相に対する周期変化領域の回折格子
による位相変化量の総和である累積位相変化量の絶対値
を、周期均一領域の回折格子の周期の３／２倍から１１
／２倍にすることで、主モードと副モード間のしきい値
利得差が十分大きな値になると共に、共振器軸方向の電
界強度分布を平坦化することが可能になる。よって、発
振しきい値以下でも十分大きなしきい値利得差が得ら
れ、高レーザ出力時まで安定して単一モードで発振す
る。また、位相シフト位置、回折格子の端面位相、端面
反射率等のトレランスに対して光出力特性の分布が抑制
され、歩留まりが向上する。
【図１】本発明の分布帰還型半導体レーザの構造を示す
側断面図である。
側断面図である。
【図２】図１に示した回折格子のレーザ素子内の位置に
対する周期の関係を示すグラフである。
対する周期の関係を示すグラフである。
【図３】分布帰還型半導体レーザの規格化注入電流に対
する規格化しきい値利得差の関係を示すグラフである。
する規格化しきい値利得差の関係を示すグラフである。
【図４】分布帰還型半導体レーザ素子内の位置に対する
規格化電界強度の関係を示すグラフである。
規格化電界強度の関係を示すグラフである。
【図５】図１に示した分布帰還型レーザの周期変化領域
と共振器長の比に対する規格化電界強度均一性の関係を
示すグラフである。
と共振器長の比に対する規格化電界強度均一性の関係を
示すグラフである。
【図６】図１に示した分布帰還型レーザの周期変化領域
と共振器長の比に対する規格化しきい値利得差の関係を
示すグラフである。
と共振器長の比に対する規格化しきい値利得差の関係を
示すグラフである。
【図７】図１に示した分布帰還型レーザのレーザ素子内
の位置に対する規格化電界強度の関係を示すグラフであ
る。
の位置に対する規格化電界強度の関係を示すグラフであ
る。
【図８】従来の分布帰還型半導体レーザの構造を示す側
断面図である。
断面図である。
【図９】図８に示した回折格子のレーザ素子内の位置に
対する周期の関係を示すグラフである。
対する周期の関係を示すグラフである。
１ 半導体基板 ２ 回折格子 ３ 光ガイド層 ４ ＭＱＷガイド層 ５ クラッド層 ６ ＡＲコーティング ７ 電極 ８ 周期均一領域 ９ 周期変化領域
───────────────────────────────────────────────────── 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】 共振器軸方向に周期構造である回折格子
を有する分布帰還型半導体レーザであって、 前記回折格子の周期を連続的に増加及び減少させた少な
くとも１つの周期変化領域と、 前記回折格子の周期が所定の一定値である周期均一領域
と、 を有し、 前記周期均一領域の回折格子の位相に対する前記周期変
化領域の回折格子による位相変化量の総和である累積位
相変化量の絶対値が、 前記周期均一領域の回折格子の周期の３／２倍から１１
／２倍である分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記周期変化領域の回折格子の前記累積
位相変化量は、ｎを １から５の自然数としたとき、前記周期均一領域の
回折格子の周期の±（２ｎ＋１）／２倍である請求項１
記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記周期変化領域の長さは、 前記共振器軸の長さの１／１０から１／２である請求項
１または２記載の分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9063083A JP2970578B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 分布帰還型半導体レーザ |
| US09/039,561 US6111906A (en) | 1997-03-17 | 1998-03-16 | Distributed-feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9063083A JP2970578B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10256653A JPH10256653A (ja) | 1998-09-25 |
| JP2970578B2 true JP2970578B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=13219095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9063083A Expired - Fee Related JP2970578B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2970578B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2001036192A (ja) | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2002116472A (ja) * | 2000-10-10 | 2002-04-19 | Nec Corp | 半導体集積回路 |
| JP2003023209A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体素子の製造方法および半導体素子 |
| KR100429531B1 (ko) * | 2001-10-12 | 2004-05-03 | 삼성전자주식회사 | 분포귀환형 반도체 레이저 |
| US6965628B1 (en) * | 2002-10-30 | 2005-11-15 | Finisar Corporation | Distributed feedback laser having a differential grating |
| JP4884081B2 (ja) * | 2006-05-30 | 2012-02-22 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 分布帰還型半導体レーザ |
| JP2015056515A (ja) * | 2013-09-12 | 2015-03-23 | 日本オクラロ株式会社 | 半導体光素子及び光通信モジュール |
| JP6588859B2 (ja) * | 2016-05-13 | 2019-10-09 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
| JP6588858B2 (ja) * | 2016-05-13 | 2019-10-09 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
| US11539190B2 (en) | 2016-09-02 | 2022-12-27 | Kyushu University, National University Corporation | Continuous-wave organic thin-film distributed feedback laser and electrically driven organic semiconductor laser diode |
| JP7162306B2 (ja) * | 2017-02-07 | 2022-10-28 | 国立大学法人九州大学 | 電流注入有機半導体レーザダイオード、その作成方法及びプログラム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5031993A (en) * | 1989-11-16 | 1991-07-16 | International Business Machines Corporation | Detecting polarization state of an optical wavefront |
| JPH04100287A (ja) * | 1990-08-20 | 1992-04-02 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JPH07131104A (ja) * | 1993-10-29 | 1995-05-19 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ装置 |
| FR2744292B1 (fr) * | 1996-01-29 | 1998-04-30 | Menigaux Louis | Composant d'emission laser multi-longueur d'onde |
| JP3792331B2 (ja) * | 1997-01-27 | 2006-07-05 | 富士通株式会社 | 光半導体装置の製造方法、回折格子の形成方法 |
-
1997
- 1997-03-17 JP JP9063083A patent/JP2970578B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-16 US US09/039,561 patent/US6111906A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会 Ｃ−３１４ ｐ．３１４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10256653A (ja) | 1998-09-25 |
| US6111906A (en) | 2000-08-29 |
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