JP3166836B2 - Semiconductor laser - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザに関す
るものであり、特に半導体レーザの発振波長を温度変化
に対して安定化させるためのものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly, to stabilizing an oscillation wavelength of a semiconductor laser against a change in temperature.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高速光通信用半導体レーザとして実用化
されている分布帰還型レーザ（ＤＦＢ：distributed fe
edback laser diode）や分布反射型（ＤＢＲ：distribu
ted Bragg reflector ）などのブラッグ回折格子を有す
る半導体レーザは、導波路の等価屈折率と回折格子周期
により発振波長が決定される。しかしレーザを構成する
半導体の屈折率が温度依存性を有するために、素子温度
の上昇に伴いレーザの発振波長は約０．１ｎｍ／℃で長
波長側に変化する。そのために、特に波長の制御精度が
重要な波長多重伝送（ＷＤＭ：wavelength division mu
ltiplexing）システム等においては、半導体レーザのペ
ルチェ素子による温度制御が不可欠になり、そのために
消費電力が増大し、デバイスが大型化していた。2. Description of the Related Art Distributed feedback lasers (DFBs) which have been put to practical use as semiconductor lasers for high-speed optical communication.
edback laser diode) and distributed reflection type (DBR: distribute)
In a semiconductor laser having a Bragg diffraction grating such as a ted Bragg reflector, the oscillation wavelength is determined by the equivalent refractive index of the waveguide and the period of the diffraction grating. However, since the refractive index of the semiconductor constituting the laser has temperature dependence, the oscillation wavelength of the laser changes to a longer wavelength side at about 0.1 nm / ° C. as the element temperature rises. For this reason, wavelength division multiplexing transmission (WDM: wavelength division mu) in which wavelength control accuracy is particularly important.
In a ltiplexing system or the like, temperature control by a Peltier element of a semiconductor laser is indispensable, and therefore, power consumption is increased and the device is enlarged.
【０００３】このようなレーザの発振波長の温度依存性
を低減させる方法としては、例えば特開昭６０−５５８
８に示されるような、温度上昇に対して屈折率が下がる
負の温度依存性を有する物質や温度上昇によりレーザ共
振器の一部分が短くなるような物質を採用する方法が知
られている。また、例えば特開平９−９２９２４に示さ
れるように温度に対して負の屈折率を有する誘電体等を
反射器に採用する方法が知られている。これらの方法で
は負の屈折率温度依存性を有する材料等を用いることに
より、レーザを構成する半導体材料の正の屈折率温度依
存性を補償し波長の安定化を図っている。As a method of reducing the temperature dependence of the oscillation wavelength of such a laser, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-558 discloses a method.
As shown in FIG. 8, there is known a method of using a material having a negative temperature dependency, in which the refractive index decreases with a rise in temperature, or a material in which a part of the laser resonator is shortened by the rise in temperature. Also, for example, as shown in JP-A-9-92924, a method is known in which a dielectric or the like having a negative refractive index with respect to temperature is used for a reflector. In these methods, a material having a negative temperature dependence of the refractive index is used, thereby compensating for the positive temperature dependence of the refractive index of the semiconductor material constituting the laser and stabilizing the wavelength.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
負の屈折率温度依存性を有する材料は、ポリスチレンや
ＰＭＭＡ等の有機材料やフッ化リチウム等の誘電体であ
るために、通常のレーザ作製工程を適用するのは必ずし
も容易でなく、また、レーザ特性の信頼性、長期安定性
についても、通常の半導体レーザと比較すると必ずしも
十分な結果が得られない。However, the material having the negative temperature dependence of the refractive index is an organic material such as polystyrene or PMMA, or a dielectric such as lithium fluoride. Is not always easy to apply, and sufficient results are not always obtained with respect to reliability and long-term stability of laser characteristics as compared with ordinary semiconductor lasers.
【０００５】本発明の目的は、通常の半導体レーザ作製
工程を用いて、発振波長の温度依存性が小さいレーザを
提供することにある。An object of the present invention is to provide a laser having a small temperature dependence of an oscillation wavelength by using a normal semiconductor laser manufacturing process.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
種々検討の結果、等価屈折率の温度依存性が異なる複数
の半導体光導波路を組み合わせることによる下記の発明
に到達した。 １．ブラック反射器を有する半導体レーザにおいて、等
価屈折率の温度依存性が異なる少なくとも二種類の光導
波路と、前記光導波路に設けられた複数の波長を反射す
る回折格子構造を有することを特徴とする半導体レー
ザ、より具体的に述べると、ブラッグ反射器を有する半
導体レーザであって、レーザ共振器内の少なくとも素子
前面と後面に、等価屈折率の温度依存性が異なる二種類
の光導波路を有し、前記二種類の光導波路には、複数の
波長を反射する回折格子構造が設けられ、その反射され
る波長の間隔は、両者の反射スペクトル間でバーニア構
造を構成していることを特徴とする半導体レーザ。 ２．前記光導波路に設ける回折格子構造がサンプル回折
格子であることを特徴とする上記１に記載の半導体レー
ザ。 ３．前記複数のサンプル回折格子を形成する光導波路に
おいて、少なくとも素子温度を変化させるときの平均温
度における光導波路の等価屈折率と回折格子周期との積
が一定であることおよび光導波路の等価屈折率変化の温
度勾配とサンプル回折格子のサンプル周期との逆比が一
定であることを特徴とする上記２に記載の半導体レー
ザ、より具体的に述べると、前記回折格子構造として、
複数のサンプル回折格子を形成する光導波路は、少なく
とも素子温度を変化させるときの平均温度において、該
光導波路の等価屈折率と回折格子周期との積が一定であ
ること、および該光導波路の等価屈折率変化の温度勾配
とサンプル回折格子のサンプル周期との逆比が一定であ
ることを特徴とする上記２に記載の半導体レーザ。 ４．少なくとも活性領域と、活性領域の共振器方向両側
に等価屈折率の温度依存性が異なる受動領域と、前記受
動領域にサンプル回折格子とを有する分布反射型である
ことを特徴とする上記３に記載の半導体レーザ。 ５．少なくとも前記サンプル回折格子を有する活性領域
と、前記サンプル回折格子を有する受動領域とを有する
ことを特徴とする上記３に記載の半導体レーザ。 ６．前記光導波路の温度を制御するための電流注入によ
る加熱機構を有することを特徴とする上記４または５に
記載の半導体レーザ、より具体的に述べると、前記等価
屈折率の温度依存性が異なる少なくとも二種類の光導波
路に対して、その少なくとも一種類の光導波路の温度を
制御する手段として、電流注入による加熱機構を設ける
ことを特徴とする上記４または５に記載の半導体レー
ザ。As a result of various studies to achieve the above object, the following invention was achieved by combining a plurality of semiconductor optical waveguides having different temperature dependences of the equivalent refractive index. 1. A semiconductor laser having a black reflector, comprising: a semiconductor laser having at least two types of optical waveguides having different temperature dependences of an equivalent refractive index, and a diffraction grating structure provided in the optical waveguide and reflecting a plurality of wavelengths. Laser, more specifically, a semiconductor laser having a Bragg reflector, at least on the front and rear surfaces of the element in the laser resonator, having two types of optical waveguides having different temperature dependences of the equivalent refractive index, The two types of optical waveguides are provided with a diffraction grating structure that reflects a plurality of wavelengths, and the interval between the reflected wavelengths constitutes a vernier structure between the two reflection spectra. laser. 2. 2. The semiconductor laser according to the above item 1, wherein the diffraction grating structure provided in the optical waveguide is a sample diffraction grating. 3. In the optical waveguide forming the plurality of sample diffraction gratings, at least when the element temperature is changed, the product of the equivalent refractive index of the optical waveguide and the period of the diffraction grating at the average temperature is constant, and the change in the equivalent refractive index of the optical waveguide is constant. The semiconductor laser according to the above 2, wherein the inverse ratio between the temperature gradient of the sample and the sample period of the sample diffraction grating is constant, more specifically, as the diffraction grating structure,
An optical waveguide forming a plurality of sample diffraction gratings has a constant product of an equivalent refractive index of the optical waveguide and a period of the diffraction grating at least at an average temperature when the element temperature is changed, and an equivalent of the optical waveguide. 3. The semiconductor laser according to the above item 2, wherein the inverse ratio between the temperature gradient of the refractive index change and the sample period of the sample diffraction grating is constant. 4. 4. A distributed reflection type having at least an active region, a passive region having a temperature dependency of an equivalent refractive index different on both sides of the active region in the resonator direction, and a sample diffraction grating in the passive region. Semiconductor laser. 5. 4. The semiconductor laser according to the above item 3, comprising at least an active region having the sample diffraction grating and a passive region having the sample diffraction grating. 6. The semiconductor laser according to the above 4 or 5, wherein the semiconductor laser has a heating mechanism by current injection for controlling the temperature of the optical waveguide. More specifically, at least the temperature dependence of the equivalent refractive index differs. 6. The semiconductor laser according to the above item 4 or 5, wherein a heating mechanism by current injection is provided as means for controlling the temperature of at least one type of optical waveguide for the two types of optical waveguides.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】先ず、本発明の原理を図２を用い
て説明する。図２は、後述する図１に示す分布反射型レ
ーザの波長が安定する理由を説明する図である。図２中
の（ａ）〜（ｄ）は、素子温度が０℃、２０℃、５０℃
および１００℃における、素子前面側反射スペクトル２
２ならびに素子後面側反射スペクトル２３を横軸を波長
として模式的に示している。図２に示すように、素子前
面側反射スペクトル２２における反射スペクトルの波長
間隔が、素子後面側反射スペクトル２３の波長間隔と比
較して狭くなっており、素子前後の反射スペクトルがバ
ーニア構造を構成している。また、素子前面側波長温度
勾配２４は、素子後面側波長温度勾配２５と比べて小さ
くなっている。バーニア構造を構成する、このような構
造の分布反射器を有するレーザは、前後両方の反射スペ
クトルが一致する波長でレーザ発振する。従って、反射
スペクトルの波長間隔は温度が変化した場合にもほとん
ど変化しないため、素子温度が変化した場合でも発振波
長２１がほとんど変化しない構造になっている。具体的
には、二つのサンプル回折格子を形成する光導波路にお
いて、素子温度を変化させるときの平均温度（５０℃）
において反射スペクトルの中心波長が一致する（光導波
路の等価屈折率と回折格子周期との積が一致する）構造
とし、かつ反射スペクトル波長変化の温度勾配（光導波
路の等価屈折率の温度勾配）と反射スペクトルの波長間
隔の比（サンプル回折格子のサンプル周期の逆比）が一
定にすることにより、温度変化に対する発振波長の変化
を補償する構造となっている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the reason why the wavelength of the distributed reflection laser shown in FIG. 1 described later is stabilized. (A) to (d) in FIG. 2 show that the element temperatures are 0 ° C., 20 ° C., and 50 ° C.
Reflection spectrum 2 at 100 ° C. and 100 ° C.
2 and the reflection spectrum 23 on the back side of the element are schematically shown with the horizontal axis as the wavelength. As shown in FIG. 2, the wavelength interval of the reflection spectrum in the reflection spectrum 22 on the front side of the element is narrower than the wavelength interval of the reflection spectrum 23 on the rear side of the element, and the reflection spectrum before and after the element forms a vernier structure. ing. The wavelength temperature gradient 24 on the front side of the element is smaller than the wavelength temperature gradient 25 on the rear side of the element. A laser having a distributed reflector having such a structure, which constitutes a vernier structure, oscillates at a wavelength at which both front and rear reflection spectra match. Therefore, since the wavelength interval of the reflection spectrum hardly changes even when the temperature changes, the oscillation wavelength 21 hardly changes even when the element temperature changes. Specifically, in an optical waveguide forming two sample diffraction gratings, the average temperature (50 ° C.) when changing the element temperature
And the structure is such that the center wavelength of the reflection spectrum matches (the product of the equivalent refractive index of the optical waveguide and the diffraction grating period matches), and the temperature gradient of the change in the reflection spectrum wavelength (the temperature gradient of the equivalent refractive index of the optical waveguide) By making the ratio of the wavelength intervals of the reflection spectrum (the inverse ratio of the sample period of the sample diffraction grating) constant, the structure is such that the change in the oscillation wavelength with respect to the temperature change is compensated.
【０００８】本発明はバンドギャップエネルギーの温度
依存性や屈折率の波長分散特性などによって、屈折率の
温度依存性が組成の違いにより異なること、あるいは、
受動領域の屈折率温度依存性が、温度上昇に伴って閾値
キャリヤ密度が増加し屈折率が低下する活性領域に比べ
て大きくなることを利用するものである。また本発明
は、通常レーザを使用する温度において、温度変化に対
して屈折率がほぼ直線的に変化することを利用するもの
である。According to the present invention, the temperature dependence of the refractive index differs depending on the composition due to the temperature dependence of the band gap energy and the wavelength dispersion characteristics of the refractive index.
This is based on the fact that the temperature dependence of the refractive index of the passive region is larger than that of the active region in which the threshold carrier density increases as the temperature increases and the refractive index decreases. Further, the present invention utilizes the fact that the refractive index changes almost linearly with a temperature change at a temperature at which a laser is usually used.
【０００９】[0009]
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１０】実施例１ 図１は本発明の第１の実施例の構成を示す分布反射型レ
ーザの断面構造である。図１に示すようにｎ−ＩｎＰ基
板１上にＭＯＶＰＥ法により、発光波長のピークが１．
５５μｍとなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性領域２およ
びｐ−ＩｎＰクラッド層３を成長する。次に活性領域２
が長さ３００μｍとなるようにエッチングし、活性領域
２の共振器方向前および後両側に光導波路４および５
を、被覆率の異なるＳｉＯ2 マスクで導波路を挟んだ選
択ＭＯＶＰＥ法によりＩｎＧａＡｓＰ層を成長する。光
導波路４および５の組成は、それぞれ素子前面側（光出
力側）では禁制帯幅が波長にして１．２０μｍに対応す
る組成（ＩｎＧａＡｓＰ １．２０μｍ組成）、また素
子後面側では禁制帯幅が波長にして１．２５μｍに対応
する組成（ＩｎＧａＡｓＰ １．２５μｍ組成）となる
ように作製する。Embodiment 1 FIG. 1 is a cross-sectional structure of a distributed reflection laser showing the configuration of a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the peak of the emission wavelength is 1. on the n-InP substrate 1 by the MOVPE method.
A multiple quantum well (MQW) active region 2 having a thickness of 55 μm and a p-InP cladding layer 3 are grown. Next, active area 2
Is etched so as to have a length of 300 μm, and the optical waveguides 4 and 5 are provided on both front and rear sides of the active region 2 in the resonator direction.
Is grown by a selective MOVPE method with a waveguide sandwiched between SiO 2 masks having different coverages. The compositions of the optical waveguides 4 and 5 are such that the forbidden band width corresponds to 1.20 μm in wavelength (InGaAsP 1.20 μm composition) on the front side (light output side) of the element, and the forbidden band width on the rear side of the element. It is manufactured so as to have a composition corresponding to a wavelength of 1.25 μm (InGaAsP 1.25 μm composition).
【００１１】次にこの前後の光導波路に電子ビーム露光
法を用いて、素子前面側の６６０μｍの光導波路に２２
０μｍ間隔で２０μｍの領域に周期０．２４００μｍの
回折格子からなるサンプル回折格子６を作製し、後面側
の６００μｍの光導波路に２００μｍ間隔で２０μｍの
領域に周期０．２４０５μｍの回折格子からなるサンプ
ル回折格子７を作製する。Next, an electron beam exposure method is applied to the front and rear optical waveguides to form a 660 μm optical waveguide on the front side of the device.
A sample diffraction grating 6 consisting of a diffraction grating having a period of 0.2400 μm is formed in a region of 20 μm at intervals of 0 μm, and a sample diffraction grating comprising a diffraction grating of period 0.2405 μm is formed in a region of 20 μm at intervals of 200 μm on a rear surface side of a 600 μm optical waveguide. A lattice 7 is produced.
【００１２】この光導波路上にＭＯＶＰＥ法により、Ｉ
ｎＰクラッド層８を成長した後に、通常のレーザ作製プ
ロセスに従って、ストライプ構造の光導波路を形成し、
ＭＯＶＰＥ法を用いて電流ブロック層を再成長する。さ
らにｎ側電極９、ｐ側電極１０および素子前後両端面に
無反射コーティング１２、１３を施してレーザを作製す
る。On this optical waveguide, the IV
After growing the nP cladding layer 8, an optical waveguide having a stripe structure is formed according to a normal laser fabrication process,
The current block layer is regrown using the MOVPE method. Further, anti-reflection coatings 12 and 13 are applied to the n-side electrode 9, the p-side electrode 10, and both front and rear end faces of the element, thereby producing a laser.
【００１３】このように作製したレーザは、反射温度２
０℃において、素子前面側が波長１．５４７７μｍを中
心に１．６５ｎｍ間隔、素子後面側が波長１．５４７４
μｍを中心に１．８０ｎｍ間隔となっている。したがっ
て、２０℃においては１．５５１０μｍでバーニア構造
を構成する前後の反射スペクトルが一致してレーザ発振
する。The laser manufactured in this manner has a reflection temperature of 2
At 0 ° C., the front side of the device is spaced at 1.65 nm centered on a wavelength of 1.5477 μm, and the rear side of the device is at a wavelength of 1.5474.
The interval is 1.80 nm centering on μm. Therefore, at 20 ° C., the laser oscillates at 1.5510 μm in which the reflection spectra before and after forming the vernier structure coincide.
【００１４】またそれぞれの分布反射器の温度依存性は
素子前面側で０．１１ｎｍ／℃、素子後面側で０．１２
ｎｍ／℃となっており、素子温度が７．５℃上昇する
と、反射スペクトルはそれぞれ０．８２５ｎｍおよび
０．９０ｎｍ長波長側に変化する。したがって、この場
合にも１．５５１０μｍで反射スペクトルが一致するた
め、温度変化に対して発振モードが隣のモードに変化す
ることにより、発振波長の変化量が小さいレーザが実現
される。素子温度が０℃から１００℃の間でこのような
発振特性を有しており、この温度範囲で発振波長の分布
は約１ｎｍ以下に安定化されている。The temperature dependence of each distributed reflector is 0.11 nm / ° C. on the front side of the element and 0.12 nm / ° C. on the rear side of the element.
nm / ° C., and when the element temperature rises by 7.5 ° C., the reflection spectrum changes to the longer wavelength side of 0.825 nm and 0.90 nm, respectively. Therefore, also in this case, since the reflection spectrum is equal at 1.5510 μm, the oscillation mode changes to the adjacent mode with respect to the temperature change, thereby realizing a laser having a small change in the oscillation wavelength. The device has such oscillation characteristics when the element temperature is between 0 ° C. and 100 ° C., and in this temperature range, the distribution of the oscillation wavelength is stabilized to about 1 nm or less.
【００１５】本実施例ではエッチングと再成長によりＩ
ｎＧａＡｓＰ光導波路を作製したが、選択ＭＯＶＰＥ法
を用いて活性領域の形成と同時に光導波路領域を形成す
ることも可能である。また本実施例では回折格子形成領
域に電極を形成しない構造としているが、ＩｎＰクラッ
ド層８をｐ−ＩｎＰクラッド層として、電極を形成する
ことも可能であり、この場合には回折格子形成領域に電
流を注入することにより発振波長の微調整が可能にな
る。さらに本実施例では光導波路にサンプル回折格子を
形成しているが、複数の波長を反射する反射スペクトル
を構成するものであればよく、位相シフト回折格子、周
期変調回折格子によってこのような反射スペクトルを構
成することも同様に可能である。In this embodiment, etching and regrowth are performed to obtain I
Although the nGaAsP optical waveguide was manufactured, it is also possible to form the optical waveguide region simultaneously with the formation of the active region using the selective MOVPE method. In this embodiment, the electrode is not formed in the diffraction grating forming region. However, the electrode may be formed by using the InP cladding layer 8 as a p-InP cladding layer. In this case, the electrode is formed in the diffraction grating forming region. By injecting the current, the oscillation wavelength can be finely adjusted. Further, in this embodiment, the sample diffraction grating is formed in the optical waveguide. However, it is sufficient if the reflection grating reflects a plurality of wavelengths. Is similarly possible.
【００１６】実施例２ 図３は本発明の第２の実施例である半導体レーザの断面
構造を示している。図に示すようにｎ−ＩｎＰ基板１上
にＳｉＯ2 マスクを用いた選択ＭＯＶＰＥ法により、多
重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２、光導波路５をそれぞれ
発光波長のピークが１．５５μｍおよび１．２μｍとな
るように作製する。次に４５０μｍの活性層２に１５０
μｍ間隔で３０μｍの領域に周期０．２４００μｍの回
折格子を、また、５００μｍの光導波路５に１２５μｍ
間隔で２５μｍの領域に周期０．２４１０μｍの回折格
子からなるサンプル回折格子７を形成する。さらにこの
活性領域および光導波路上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層３
およびＩｎＰクラッド層８を２回の成長で形成する。そ
の後、通常のレーザ作製プロセスに従って、電流ブロッ
ク層を有するストライプ構造の光導波路を形成し、ｎ側
電極９、ｐ側電極１０および素子前後面に無反射コーテ
ィング１２、１３を形成してレーザを作製する。Embodiment 2 FIG. 3 shows a sectional structure of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. As shown in the figure, a multiple quantum well (MQW) active layer 2 and an optical waveguide 5 are formed on an n-InP substrate 1 by a selective MOVPE method using a SiO 2 mask so that the emission wavelength peaks are 1.55 μm and 1.2 μm, respectively. It is manufactured so that Next, 150 μm is applied to the active layer 2 of 450 μm.
A diffraction grating having a period of 0.2400 μm is provided in a region of 30 μm at intervals of μm, and a diffraction grating of 125 μm is provided in a 500 μm optical waveguide 5.
A sample diffraction grating 7 composed of a diffraction grating having a period of 0.2410 μm is formed in an area of 25 μm at intervals. Further, a p-InP cladding layer 3 is formed on the active region and the optical waveguide.
And an InP cladding layer 8 are formed by two growths. Thereafter, an optical waveguide having a stripe structure having a current blocking layer is formed according to a normal laser manufacturing process, and antireflection coatings 12 and 13 are formed on the n-side electrode 9, the p-side electrode 10, and the front and rear surfaces of the element, thereby manufacturing a laser. I do.
【００１７】このように作製したレーザの活性領域およ
び分布反射器領域における発振および反射スペクトルは
実施例１と同様にバーニア構造を構成し、温度依存性は
それぞれ０．１０ｎｍ／℃および０．１２ｎｍ／℃とな
っている。このレーザの発振波長は、素子温度を０℃か
ら１００℃まで変化させたとき、実施例１と同じ原理で
周期的に変化し、その変化量の分布は０．５ｎｍ以下に
安定化されている。The oscillation and reflection spectra of the laser thus manufactured in the active region and the distributed reflector region constitute a vernier structure as in the first embodiment, and the temperature dependence is 0.10 nm / ° C. and 0.12 nm / °, respectively. ° C. When the element temperature is changed from 0 ° C. to 100 ° C., the oscillation wavelength of this laser periodically changes according to the same principle as in the first embodiment, and the distribution of the change is stabilized to 0.5 nm or less. .
【００１８】実施例３ 図４は本発明の第３の実施例である半導体レーザの断面
構造を示している。第一の実施例とはチタンで形成した
集積型ヒータ１４を集積している点のみが異なる。図５
は作製したレーザの集積型ヒータを動作させない場合の
発振波長の温度依存性を示している。温度上昇に伴い約
０．１ｎｍ／℃で波長が長波長側に連続的に変化し、温
度が約８℃変わるごとに発振モードがひとつ隣に変わ
り、発振波長が短波長側に非連続に移動する。０℃から
１００℃までの温度範囲において、発振波長の分布は約
１ｎｍ以下に安定化されている。図６は集積ヒータに電
流を注入して動作させ、素子温度を微調整することによ
り発振波長を安定化させた場合を示している。ヒータ加
熱による温度変化量は８℃以下でよいために、最大約５
０ｍＡの電流注入で図の●で示す発振波長が得られ、発
振波長の分布としては０．１ｎｍ以下に安定化される。Embodiment 3 FIG. 4 shows a sectional structure of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention. The only difference from the first embodiment is that an integrated heater 14 made of titanium is integrated. FIG.
Shows the temperature dependence of the oscillation wavelength when the integrated heater of the manufactured laser is not operated. As the temperature rises, the wavelength continuously changes to the long wavelength side at about 0.1 nm / ° C. Every time the temperature changes about 8 ° C, the oscillation mode changes to the next one, and the oscillation wavelength moves discontinuously to the short wavelength side. I do. In the temperature range from 0 ° C. to 100 ° C., the distribution of the oscillation wavelength is stabilized to about 1 nm or less. FIG. 6 shows a case where the integrated heater is operated by injecting a current, and the oscillation wavelength is stabilized by finely adjusting the element temperature. Since the amount of temperature change due to heater heating may be 8 ° C or less, a maximum of about 5
Oscillation wavelength indicated by ● in the figure is obtained by current injection of 0 mA, and the oscillation wavelength distribution is stabilized to 0.1 nm or less.
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明による分布反射器を有するレーザ
構造によって、素子温度変化に対して発振波長を安定化
したレーザ素子が提供され、その結果レーザモジュール
のペルチェ素子等が不要になり、デバイスの小型化、低
コスト化が実現される。According to the laser structure having the distributed reflector according to the present invention, a laser element whose oscillation wavelength is stabilized against a change in element temperature is provided. As a result, a Peltier element or the like of a laser module becomes unnecessary, and Downsizing and cost reduction are realized.
【図１】本発明の実施例である半導体レーザの断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の原理を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the principle of the present invention.
【図３】本発明の実施例である半導体レーザの断面図で
ある。FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例である半導体レーザの断面図で
ある。FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
【図５】本発明のレーザ素子温度とレーザ発振波長との
関係の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a relationship between a laser element temperature and a laser oscillation wavelength according to the present invention.
【図６】本発明のレーザ素子温度とレーザ発振波長との
関係の他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of the relationship between the laser element temperature and the laser oscillation wavelength of the present invention.
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ 活性領域 ３ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ４、５ 光導波路 ６、７、１１ サンプル回折格子（サンプルドグレー
ティング） ８ ＩｎＰクラッド層 ９ ｎ側電極 １０ ｐ側電極 １２ 無反射コーティング（前面側） １３ 無反射コーティング（後面側） １４ 集積型ヒータ ２１ 発振波長 ２２ 素子前面側の反射スペクトル ２３ 素子後面側の反射スペクトル ２４ 素子前面側の波長温度勾配 ２５ 素子後面側の波長温度勾配REFERENCE SIGNS LIST 1 n-InP substrate 2 active region 3 p-InP cladding layer 4, 5 optical waveguide 6, 7, 11 sample diffraction grating (sampled grating) 8 InP cladding layer 9 n-side electrode 10 p-side electrode 12 anti-reflection coating (front surface) 13) Anti-reflection coating (rear side) 14 Integrated heater 21 Oscillation wavelength 22 Reflection spectrum on front side of element 23 Reflection spectrum on rear side of element 24 Wavelength temperature gradient on front side of element 25 Wavelength temperature gradient on rear side of element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−129958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−123188（ＪＰ，Ａ) 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−307 ｐ．307 ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌ ｅｃｔｒｏｎ．Ｖｏｌ．29 Ｎｏ．６ （1993）ｐ．1817−1823 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-9-129958 (JP, A) JP-A-55-123188 (JP, A) 1996 C-307 Electronics Society Conference of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, p. 307 IEEE J.M. Quantum Electron. Vol. 29 No. 6 (1993) p. 1817-1823 (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50
Claims (6)
あって、 レーザ共振器内の少なくとも素子前面と後面に、等価屈
折率の温度依存性が異なる二種類の光導波路を有し、 前記二種類の光導波路には、複数の波長を反射する回折
格子構造が設けられ、その反射される波長の間隔は、両
者の反射スペクトル間でバーニア構造を構成しているこ
とを特徴とする半導体レーザ。1. A semiconductor laser having a Bragg reflector, comprising two types of optical waveguides having different temperature dependences of the equivalent refractive index on at least the front and rear surfaces of the element in the laser resonator. A semiconductor laser, wherein a diffraction grating structure for reflecting a plurality of wavelengths is provided in an optical waveguide, and the interval between the reflected wavelengths constitutes a vernier structure between both reflection spectra.
サンプル回折格子であることを特徴とする請求項１に記
載の半導体レーザ。2. The diffraction grating structure provided in the optical waveguide,
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser is a sample diffraction grating.
ル回折格子を形成する光導波路は、 少なくとも素子温度を変化させるときの平均温度におい
て、 該光導波路の等価屈折率と回折格子周期との積が一定で
あること、および該光導波路の等価屈折率変化の温度勾
配とサンプル回折格子のサンプル周期との逆比が一定で
あることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。3. An optical waveguide forming a plurality of sample diffraction gratings as the diffraction grating structure, wherein a product of an equivalent refractive index of the optical waveguide and a diffraction grating period is at least at an average temperature when an element temperature is changed. 3. The semiconductor laser according to claim 2, wherein the semiconductor laser is constant, and a reciprocal ratio between a temperature gradient of an equivalent refractive index change of the optical waveguide and a sample period of the sample diffraction grating is constant.
共振器方向両側に等価屈折率の温度依存性が異なる受動
領域とを有し、前記受動領域にサンプル回折格子を設け
る分布反射型であることを特徴とする請求項３に記載の
半導体レーザ。4. A distributed reflection type having at least an active region and a passive region having a temperature dependency of an equivalent refractive index different on both sides of the active region in a resonator direction, wherein a sample diffraction grating is provided in the passive region. 4. The semiconductor laser according to claim 3, wherein:
る活性領域と、前記サンプル回折格子を有する受動領域
とを有することを特徴とする請求項３に記載の半導体レ
ーザ。5. The semiconductor laser according to claim 3, comprising at least an active region having the sample diffraction grating and a passive region having the sample diffraction grating.
なくとも二種類の光導波路に対して、その少なくとも一
種類の光導波路の温度を制御する手段として、電流注入
による加熱機構を設けることを特徴とする請求項４また
は５に記載の半導体レーザ。6. A heating mechanism by current injection is provided for at least two types of optical waveguides having different temperature dependences of the equivalent refractive index as means for controlling the temperature of at least one type of optical waveguide. The semiconductor laser according to claim 4 or 5, wherein
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