JP3210159B2 - 半導体レーザ、光源装置、光通信システム及び光通信方法 - Google Patents

半導体レーザ、光源装置、光通信システム及び光通信方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光周波数多重通信など
の光源装置として用いるのに適した半導体レーザ、この
半導体レーザを用いた光源装置、光通信システム及び光
通信方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信分野において伝送容量を拡
大することが望まれており、互いに異なる周波数の複数
の光を用いて信号を多重化し、これらの光を１本の光フ
ァイバーを通して送信する光周波数多重（ＦＤＭ）通信
の研究が行なわれている。
【０００３】上記光ＦＤＭ通信は、その受信方法によっ
て、局発光源とのビート信号から中間周波数を得て受信
信号を検出するコヒーレント光通信方法と、波長可変フ
ィルタで所望の波長（周波数）の光のみを分離して受信
信号を検出する方法とに大別できる。後者の方法に用い
る波長可変フィルタとしては、マッハツェンダ型、ファ
イバファブリペロー型、ＡＯ変調器型、半導体分布帰還
（ＤＦＢ）フィルタ型などが知られている。特に、半導
体ＤＦＢフィルタ型は、透過帯域幅を０．５Å以下と狭
くし、２０ｄＢ程度の光増幅作用を持たせることによっ
て、多重度を大きく、且つ最低受信感度を小さくするこ
とができ、更に半導体光検出器との集積化が容易である
ため、光ＦＤＭ通信に用いるのに適している。
【０００４】一方、上記半導体ＤＦＢフィルタを用いた
光通信方法において、光送信機の光源となる半導体レー
ザは、偏波の方向が安定し、動的単一モードを維持する
ことが要求されるため、ＴＥモードでのみ発振するＤＦ
Ｂレーザあるいは分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）レーザな
どが用いられてきた。また、上記光通信方法において送
信信号の変調方法としては、レーザに流すドライブ電流
を直接変調するディジタル強度変調（ＡＳＫ；Amplitud
e Shift Keying）や、注入電流に微小振幅の信号を重畳
するディジタル周波数変調（ＦＳＫ；Frecuency Shift
Keying）が知られている。
【０００５】しかしながら、上記のような半導体レーザ
を用いてＡＳＫ変調を行う場合、大きな駆動電流が必要
であり、またしきい値以下からスイッチングするため、
動作速度を余り大きくできないという問題点があった。
また、ＡＳＫ変調を用いた通信方法においては、変調周
波数に応じて半導体レーザの発振波長の動的変動が生
じ、この変動が波長可変フィルタのパスバンド幅を越え
た場合には、復調信号波形が乱れ、受信信号の誤り率を
増大させ、高周波数における応答特性を悪化させるとい
う問題点があった。
【０００６】一方、ＦＳＫ変調においては、チャンネル
幅が狭いため、波長可変フィルタのトラッキング制御を
精度良く行う必要があり、また、符号“１”を示す波長
と、符号“０”を示す波長とが、周囲の環境変化によっ
てクロストークを起こし、受信信号の誤り率を増大させ
るという問題点があった。また、光源となる半導体レー
ザのＦＭ変調効率が広範囲にわたって変化無く平坦であ
ることが要求されるため、素子の作製が難しかった。
【０００７】これに対し、上記問題点を解決する光通信
装置が特開昭６２−４２５９３号公報、特開昭６２−１
４４４２６号公報及び特開平２−１５９７８１号公報で
提案されている。この光通信装置は、通信信号に応じて
ＤＦＢレーザを２つの偏波モードのうちいずれか一方の
発振を選択的に行わせ、このレーザから出射した光を偏
光板を通して受光素子に送信するものである。以下に、
この光通信装置を詳細に説明する。
【０００８】図１９は上記の光通信装置の概略構成を示
す図である。図１９において、101は後述するＤＦＢレ
ーザから成る光源を示す。光源101 の前面には偏光板10
2 が配置されており、光源101 から発した光は偏光板10
2 を透過して、光ファイバ103 によって受光素子104 に
伝送される。光源101 は、変調信号105 によってＴＥモ
ードとＴＭモードのいずれか一方の偏波モードで発振す
る。なお、106 はバイアス電源を示す。また、偏光板10
2 は、ＴＥモードとＴＭモードのいずれか一方の偏波モ
ードのみを透過するように配置されている。
【０００９】図２０は上記光通信装置に用いられるＤＦ
Ｂレーザの構成例を示す断面図である。このＤＦＢレー
ザは、以下のような過程で作製される。まず、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板110 上に１次の回折格子112 を形成し、その上に
ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ光導波層114 、アンドープＧａＩｎ
ＡｓＰ活性層116 、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰアンチメルトバ
ック層118 、ｐ型ＩｎＰクラッド層119 およびｐ+ 型Ｇ
ａＩｎＡｓＰオーミックコンタクト層120 を順次積層す
る。
【００１０】この後、エッチングにより、半導体層120,
119,118,116,114,112 の一部を除去し、メサ・ストライ
プ部130 を形成する。次にメサ・ストライプ部130 の周
囲を、ｐ型ＩｎＰ層122 、ｎ型ＩｎＰ層123 及びアンド
ープＧａＩｎＡｓＰキャップ層124 を連続成長させて埋
め込む。更に、オーミックコンタクト層120 及びキャッ
プ層124 の上にｐ型電極126 及び127 を形成し、基板11
0 の裏面にｎ型電極128 を形成する。また、共振器の端
面に無反射コート129 を施す。
【００１１】上記のように作製されたＤＦＢレーザにお
いて、電極126 から一定のバイアス電流を注入し、電極
127 からある値の電流を流すと、まずＴＭモードの発振
が起こる。ＤＦＢレーザの出射端面側に配置した偏光板
134 を、ＴＭモードの発振による光が透過しないように
セットした場合は、出力光はカットされ偏光板134 の外
へは取り出せない（オフ状態）。次に、電極127 から流
れる電流を調整し、等価位相シフト量を変化させると、
ＴＥモードが発振する。このとき、初めて偏光板134 か
ら光出力が取り出される（オン状態）。
【００１２】上記の光通信装置によれば、電極127 の面
積が狭いため、１０ｍＡ程度の小さな変調電流で高速動
作させることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記偏
波モードを選択できるＤＦＢレーザを示した従来例にお
いては、ＴＥモードとＴＭモードの閾値利得の最低値に
関しては何ら述べられていなかった。２つのモードの閾
値利得の最低値の差が大きいと、偏波モードをスイッチ
ングする変調方法の変調駆動電流を小さくする効果を減
殺してしまう。そうすると高周波数での動的波長変動
は、ＡＳＫ変調に比較してもそれほど大きく改善されな
い。
【００１４】本発明の目的は、上記従来の半導体レーザ
の問題点を解決し、更に小さな変調電流で駆動すること
が可能で、偏波モードをスイッチングする光通信方法に
用いた場合に、高周波数での動的波長変動による応答特
性の悪化を防止できる半導体レーザ、及びこの半導体レ
ーザを用いた光源装置、光通信システム及び光通信方法
を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、基
板上に、活性層を含む光導波路と、該光導波路に近接し
た回折格子とを設けて成り、光導波路の一部に流す電流
を変調することによって、偏波面の異なる２つの偏波モ
ードの発振を選択的に行なう分布帰還型の半導体レーザ
において、２つの偏波モードの発振波長が異なり、各々
の偏波モードにおけるブラッグ波長近傍のしきい値利得
の最低値がほぼ等しくなるように形成することによって
達成される。
【００１６】上記の半導体レーザにおいて、活性層が多
重量子井戸構造を有する場合、各々の偏波モードにおけ
るブラッグ波長近傍のしきい値利得の最低値がほぼ等し
くするためには、活性層の利得スペクトルのピーク波長
よりブラッグ波長が短波長となるように、回折格子のピ
ッチを形成すれば良い。
【００１７】また、活性層の多重量子井戸構造に引っ張
り歪が加えられる構成とすることによって、活性層にお
ける正孔の第２準位であるライトホール準位が、正孔の
基底準位であるヘビーホール準位と等しいか、ヘビーホ
ール準位よりも高くなるようにしても、各々の偏波モー
ドにおけるブラッグ波長近傍のしきい値利得の最低値が
ほぼ等しくすることができる。
【００１８】本発明の光源装置は、上記の半導体レーザ
と、この半導体レーザから出射する光の内、２つの偏波
モードの一方の発振による光のみを取り出す偏光子とか
ら構成される。
【００１９】また、本発明の光通信システムは、上記の
光源装置を備えた光送信機と、偏光子によって取り出さ
れた光を伝送する伝送手段と、この伝送手段によって伝
送された光を受信する光受信機とから構成される。
【００２０】また、本発明の光通信方法は、上記の光源
装置を用い、所定のバイアス電流に送信信号に応じて変
調された電流を重畳して上記半導体レーザに供給するこ
とによって、偏光子から送信信号に応じて強度変調され
た信号光を取り出し、この信号光を光受信機に向けて送
信するものである。
【００２１】
【実施例】図１は、本発明の半導体レーザを用いた光通
信方法の原理を説明するための概略斜視図である。図１
において、１は本発明の半導体レーザ、２，３及び８は
電極、４は無反射（ＡＲ）コート、５は偏光子であるグ
ラムトムソンプリズム、６は半導体レーザから出射した
光、７は偏光子を透過した光を示す。
【００２２】図１の構成において、ＡＲコート４が施さ
れていない側の電極３から一定のバイアス電流Ｉ2 を注
入し、電極２から注入する電流量を変化させていくと、
図２のようにＴＥモードとＴＭモードとの間でスイッチ
ングが起こる。図２において、横軸は電極２から注入さ
れる電流値、縦軸は出力を示す。そこで、スイッチング
が起こる電流値よりわずかに小さいバイアス電流Ｉ1
に、ディジタル信号に応じて変調された振幅の小さな変
調電流ΔＩ1 を重畳して注入すると、ディジタル信号に
対応して偏波面の異なる２つの偏波モードの発振を選択
的に行なうことができる。ここで、変調電流ΔＩ1 の振
幅は、電流値Ｉ1 におけるＴＥモードの出力と、電流値
Ｉ1 ＋ΔＩ1 におけるＴＭモードの出力が等しくなるよ
うに設定される。
【００２３】図３は、上記のような電流を流した時の半
導体レーザ１の導波路出射端の中央部での導波光の電界
振幅の時間的変化を３次元的に示した図であり、ｔは時
間軸、Ｅx はｘ方向の電界成分、Ｅy はｙ方向の電界成
分を示す。このように、上記のディジタル信号の波形と
同位相で電界成分Ｅy のＴＭモードが発振し、逆位相で
電界成分Ｅx のＴＥモードが発振する。図１において偏
光子５の透過軸方向をｙ方向としておくと、半導体レー
ザ１から出射した光６のうち、ＴＭモードの発振による
光のみ偏光子５を透過し、ディジタル信号（変調電流Δ
Ｉ1 ）の波形と同位相で強度変調された変調光７を得る
ことができる。また、偏光子５の透過軸方向をｘ方向と
しておくと、半導体レーザ１から出射した光６のうち、
ＴＥモードの発振による光のみ偏光子５を透過し、ディ
ジタル信号の波形と逆位相で強度変調された変調光７を
得ることができる。いずれの場合にも、偏光子５を一方
の偏波モードのみが透過するため、変調度の深い光信号
が得られる。また、ＴＥモードとＴＭモードの出力の和
はほぼ一定であるため、共振器内部の光子密度の変化は
小さい。更に、後述するような構成とすることによっ
て、変調電流の振幅は、２〜３ｍＡと小さくすることが
でき、電流密度の変化も小さい。
【００２４】ところで、従来のＡＳＫ変調においては、
電流振幅が大きく、共振する光が感じる屈折率が電流密
度の変化に対応してプラズマ効果により変化することに
よって、ブラッグ波長が変化する現象が生じる。また、
共振器内部で光子密度が集中する部分でキャリアが減少
することにより、キャリア密度分布と光子密度分布がず
れ、そのずれ量が光子密度の大きさにより変化するホー
ルバーニング効果で共振モード光が感じる屈折率が変化
するという現象も生じる。そして、これらの現象によっ
て、動的波長変動が生じていた。
【００２５】これに対し、本発明の半導体レーザでは、
共振器全体のキャリア密度の変化が小さいだけでなく、
光子密度の変化も小さいために、プラズマ効果及びホー
ルバーニング効果による波長変動は格段に小さくなる。
したがって、本発明の半導体レーザを用いて光通信を行
うことによって、周波数応答特性を改善することができ
る。
【００２６】〔実施例１〕次に、本発明の半導体レーザ
の具体的な構成を説明する。図４は、本発明の半導体レ
ーザの第１実施例を示す図である。図４において、
（ａ）は図１のＡ−Ａ’に沿った略断面図、（ｂ）は光
出射側から見た正面図である。本実施例の半導体レーザ
は、以下のようにして作製された。
【００２７】まず、ｎ−ＧａＡｓ基板９上に、ｎ−Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下部クラッド層１０、活性層１１及び
ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層１２を順次成長さ
せた。活性層１１は、厚さ６０Åのイントリンシック
（ｉ−）ＧａＡｓ井戸層と、厚さ１００Åのｉ−Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓバリア層とを複数対、交互に積層して
成る多重量子井戸構造とした。この後、フォトリソグラ
フィー技術を用いて、光ガイド層１２の表面に１次の回
折格子を形成した。次に、回折格子が形成された光ガイ
ド層１２の上に、ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ上部クラッ
ド層１３及びｐ−ＧａＡｓキャップ層を成長させた。こ
れらの半導体層の成長には、分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）を用いたが、化学気相体積法（ＣＶＤ）等を用いて
成長させても良い。
【００２８】次に、前記基板９及び半導体層１０〜１４
の一部をエッチングによって除去し、レーザ共振方向に
長いメサ・ストライプ部を形成した。そして、このメサ
・ストライプ部の周囲に、高抵抗のＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａ
ｓ埋め込み層１６を液相エピタキシー（ＬＰＥ）で成長
させた。この後、キャップ層１４及び埋め込み層１６上
にＡｕ／Ｃｒ膜を形成し、このＡｕ／Ｃｒ膜をキャップ
層１４及び埋め込み層１６にまで達する溝状の分離領域
１５で分割して、電極２，３を形成した。また、基板９
及び埋め込み層１６の底面には、ＡｕＧｅ／Ａｕ膜から
成る電極８を形成した。更に、光出射側と反対側の端面
にＳｉＯ2 膜から成るＡＲコート４を施した。
【００２９】本実施例においては、上記活性層１１の利
得スペクトルのピーク波長よりブラッグ波長が短波長と
なるように、光ガイド層１２の表面に形成される回折格
子のピッチを形成することによって、各々の偏波モード
におけるブラッグ波長近傍のしきい値利得の最低値がほ
ぼ等しくなるようにしている。このことを以下に説明す
る。
【００３０】一般に多重量子井戸構造の活性層を有する
ＤＦＢレーザにおいては、ＴＭモードの利得係数は、Ｔ
Ｅモードに比べて小さい。この理由は、ＴＭモード光
は、電子−ホール対から成るエキシトンの最低準位であ
るヘビーホールと電子の基底準位間（Ehh0-Ee0）の再結
合によるエネルギー寄与が小さく、再結合キャリアが光
に変換される量子効率も小さくなるからである。これに
対し、本実施例では、ホールの第２準位であるライトホ
ールと電子の基底準位間（Elh0-Ee0）のエネルギーに対
応する波長とＤＦＢのブラッグ波長が近接するように、
回折格子のピッチを形成することによって、モード間の
利得係数の差を小さくしている。このことは、例えばア
イオーオーシー・テクニカル・ダイジェスト（IOOC tec
hnical digest ）1983,Tokyo，第142 〜143 頁に記載さ
れた利得の計算例を示す図５から理解される。
【００３１】図５において、縦軸は線形利得、横軸は光
子エネルギーを示すが、波長λ≒１．２４×２π／ｈω
（μｍ）の関係があり、光子エネルギーｈω／２πが大
きいほど波長は短い。ＴＥモードの利得が最も大きい光
子エネルギーは、Ehh0-Ee0の遷移に相当し、ＴＭモード
の利得が最も大きい光子エネルギーは、Elh0-Ee0の遷移
に相当する。そして、ＴＭモードの利得ピークの方がＴ
Ｅモードの利得ピークよりも短波長側にある。したがっ
て、Elh0-Ee0の遷移に対応する波長の近傍で発振するよ
うに、ブラッグ波長を設定すれば、ＴＥモードとＴＭモ
ードとの利得差を小さくすることができる。
【００３２】つまり、活性層の利得スペクトルのピーク
はEhh0-Ee0の遷移に対応するので、従来のＤＦＢレーザ
においては、活性層自体の吸収を小さくするため、この
利得スペクトルのピークより長波長側にブラッグ波長が
くるように、回折格子のピッチを設定していた。これに
対し本実施例の半導体レーザでは、逆に利得スペクトル
のピークよりブラッグ波長が短波長となるように回折格
子のピッチを形成することによって、ＴＥモードとＴＭ
モードとの利得差を小さくするものである。
【００３３】次に、本実施例の動作を説明する。図４の
構成で、電極２，３と電極８との間にバイアス電流を流
し、レーザ発振直前の状態にした時の発光スペクトルを
図６に示す。ライトホールと電子の基底準位間（Elh0-E
e0）の遷移エネルギーに対応する波長は８２０ｎｍ、ヘ
ビーホールと電子の基底準位間（Ehh0-Ee0）の遷移エネ
ルギーに対応する波長は８３０ｎｍであった。ＴＥモー
ド（実線）とＴＭモード（破線）の発光スペクトルはほ
ぼ重なるが、光ガイド層１２に形成された回折格子によ
る分布帰還波長は、Elh0-Ee0に対応する波長より短波長
となるよう、回折格子のピッチは２４４ｎｍとし、ＴＥ
モードで８２０．０ｎｍ、ＴＭモードで８１８．６ｎｍ
の共振ピークを持つように構成した。
【００３４】ここで、電極３に振幅２ｍＡのディジタル
信号を重畳すると、先に述べたようにＴＥモードとＴＭ
モードのスイッチングが起こった。この時の、各信号の
波形を図７に示す。図７において、（ａ）は重畳された
変調電流の波形、（ｂ）はレーザから出射した光出力の
波形、（ｃ）は図１においてｘ方向に結晶軸が配置され
た偏光子５を通過した後の光出力の波形である。レーザ
からの出射光は（ｂ）のように出力がほとんど変化しな
いが、偏光子５はＴＥモードの発振による光のみを透過
させるので、透過光は（ｃ）のように変調電流と逆相の
出力波形となった。また、偏光子５の結晶軸をｙ方向に
配置すると、ＴＭモードの発振による光のみを透過させ
るので、透過光は（ｄ）のように変調電流と同相の出力
波形となった。この変調光は、先に述べたようにレーザ
内のキャリア密度及び光子密度の変動が少ないため、動
的波長変動が抑えられ、５ＧＨｚの変調周波数で、波長
変動は０．０１ｎｍ以下であった。
【００３５】〔実施例２〕図８は、本発明の半導体レー
ザの第２実施例を示す図である。図８において、（ａ）
は図１のＡ−Ａ’に沿った略断面図、（ｂ）は光出射側
から見た正面図である。本実施例の半導体レーザは、以
下のようにして作製された。
【００３６】まず、ｎ−ＩｎＰ基板２９上に、ｎ−Ｉｎ
Ｐ下部クラッド層３０を成長させ、フォトリソグラフィ
ー技術を用いて、この下部クラッド層３０の表面に深さ
０．０５μｍの１次の回折格子を形成した。次に、回折
格子が形成された下部クラッド層３０上に、厚さ０．２
μｍのｎ−Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ａｓ0.62Ｐ0.38下部ガイド
層３１、活性層３２、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層３３及
びｐ−Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓ0.9 Ｐ0.1 コンタクト層３
４をを順次成長させた。活性層３２は、厚さ５０Åのｉ
−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ井戸層と、厚さ５０Åのｉ−Ｉ
ｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓバリア層とを１０層、交互に積層し
て成る多重量子井戸構造とした。これらの半導体層の成
長には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いたが、化
学気相体積法（ＣＶＤ）等を用いて成長させても良い。
【００３７】次に、前記基板２９及び半導体層３０〜３
４の一部をエッチングによって除去し、レーザ共振方向
に長いメサ・ストライプ部を形成した。そして、このメ
サ・ストライプ部の周囲に、高抵抗のＩｎＰ埋め込み層
３６を液相エピタキシー（ＬＰＥ）で成長させた。この
後、コンタクト層３４及び埋め込み層３６上にＣｒ／Ａ
ｕＺｎＮｉ／Ａｕ膜を形成し、このＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ
／Ａｕ膜をコンタクト層３４及び埋め込み層３６にまで
達する溝状の分離領域１５で分割して、電極２，３を形
成した。また、基板２９及び埋め込み層３６の底面に
は、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜から成る電極８を形成した。
更に、光出射側と反対側の端面にＳｉＯ2膜から成るＡ
Ｒコート４を施した。
【００３８】本実施例では、活性層３２を構成するバリ
ア層を基板２９より格子定数の小さな材料で形成するこ
とによって、このバリア層に約１．７％の引っ張り歪が
加えられる構造となっている。このように、活性層の多
重量子井戸構造に引っ張り歪を導入することによって、
ヘビーホールと電子の基底準位間（Ehh0-Ee0）の遷移エ
ネルギーと、ライトホールと電子の基底準位間（Elh0-E
e0）の遷移エネルギーとを等しくし、各々の偏波モード
におけるブラッグ波長近傍のしきい値利得の最低値がほ
ぼ等しくなるようにしている。
【００３９】次に、本実施例の動作を説明する。図８の
構成で、電極２，３と電極８との間にバイアス電流を流
し、レーザ発振直前の状態にした時の発光スペクトルを
図９に示す。ライトホールと電子の基底準位間（Elh0-E
e0）の遷移エネルギーに対応する波長は１．５６μｍ、
ヘビーホールと電子の基底準位間（Ehh0-Ee0）の遷移エ
ネルギーに対応する波長も１．５６μｍであった。ＴＥ
モード（実線）とＴＭモード（破線）の発光スペクトル
はほぼ重なるが、下部クラッド層３０に形成された回折
格子による分布帰還波長は、Elh0-Ee0に対応する波長よ
り短波長となるよう、回折格子のピッチは２４０ｎｍと
し、ＴＥモードで１．５６２μｍ、ＴＭモードで１．５
５８μｍの共振ピークを持つように構成した。
【００４０】ここで、電極３に振幅２ｍＡのディジタル
信号を重畳すると、第１実施例と同様にＴＥモードとＴ
Ｍモードのスイッチングが起こり、図１のレーザからの
出射光６は偏光子５を透過した後、信号電流波形に対応
した出力波形を持つ変調光７となった。
【００４１】本実施例においては、ＤＦＢの分布帰還波
長を吸収の小さい波長（活性層の利得ピーク波長より短
波長）となるように回折格子のピッチを形成しているの
で、高出力のレーザが得られた。しかしながら、Elh0-E
e0とEhh0-Ee0の遷移エネルギーを等しくした場合には、
必ずしも分布帰還波長を活性層の利得ピーク波長より短
くする必要はない。この場合には、設計の自由度が広が
るという利点がある。
【００４２】〔実施例３〕図１０は、本発明の半導体レ
ーザの第３実施例を用いた光源装置を示す概略斜視図で
ある。図１０において、４１は本実施例の半導体レー
ザ、４２，４３1 ，４３2 及び４８は電極、４４1 ，４
４2 は無反射（ＡＲ）コート、４５は偏光子であるグラ
ムトムソンプリズム、４６は半導体レーザから出射した
光、４７は偏光子を透過した光を示す。
【００４３】上記半導体レーザ４１の構成を図１１に示
す。図１１において、（ａ）は図１０のＢ−Ｂ’に沿っ
た側方断面図、（ｂ）は電極４３2 が形成された領域に
おける正面断面図、（ｃ）は電極４２が形成された領域
における正面断面図である。本実施例の半導体レーザ
は、以下のようにして作製された。
【００４４】まず、ｎ−ＩｎＰ基板４９上に、ｎ−Ｉｎ
Ｐ下部クラッド層５０を成長させ、フォトリソグラフィ
ー技術を用いて、この下部クラッド層５０の表面に深さ
０．０５μｍの１次の回折格子を形成した。次に、回折
格子が形成された下部クラッド層５０上に、厚さ０．２
μｍのｎ−Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ａｓ0.62Ｐ0.38下部ガイド
層５８、活性層５１、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層５２及
びｐ−Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓ0.9 Ｐ0.1 コンタクト層５
３1 及び５３2 を順次成長させた。活性層５１は、厚さ
５０Åのｉ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ井戸層と、厚さ５０
Åのｉ−Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓバリア層とを１０層、交
互に積層して成る多重量子井戸構造とした。これらの半
導体層の成長には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用
いたが、化学気相体積法（ＣＶＤ）等を用いて成長させ
ても良い。
【００４５】次に、上記半導体層を積層したものを、レ
ーザ共振方向に３つの領域Ｉ〜IIIに分割し、中央の領
域IIの層５８，５１，５２，５３1 ，５３2 を除去し
た。そして、この領域IIにｉ−Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ａｓ
0.62Ｐ0.38光ガイド層５４、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
５５及びｐ−Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓ0.9 Ｐ0.1 コンタク
ト層５６を、選択再成長により形成した。
【００４６】次に、前記基板４９及びこの上に積層され
た半導体層の一部をエッチングによって除去し、レーザ
共振方向に長いメサ・ストライプ部を形成した。そし
て、このメサ・ストライプ部の周囲に、高抵抗のＩｎＰ
埋め込み層５７を液相エピタキシー（ＬＰＥ）で成長さ
せた。この後、コンタクト層５３1 ，５３2 ，５６及び
埋め込み層５７上にＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ膜を形成
し、このＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ膜をコンタクト層及
び埋め込み層にまで達する溝状の分離領域５９で分割し
て、電極４２，４３1 ，４３2 を形成した。また、基板
４９及び埋め込み層５７の底面には、ＡｕＧｅＮｉ／Ａ
ｕ膜から成る電極４８を形成した。更に、積層された半
導体層の両端面にＳｉＯ2 膜から成るＡＲコート４４
1 ，４４2 を施した。
【００４７】本実施例において、電極４２，４３1 ，４
３2 と電極４８との間にバイアス電流を流し、電極４２
に流れる電流にのみ振幅２ｍＡのディジタル信号を重畳
すると、第２実施例と同様にＴＥモードとＴＭモードの
スイッチングが起こり、図１０のレーザ４１からの出射
光４６は偏光子４５を透過した後、信号電流波形に対応
した出力波形を持つ変調光４７となった。
【００４８】本実施例において、ライトホールと電子の
基底準位間（Elh0-Ee0）の遷移エネルギーに対応する波
長は１．５６μｍ、ヘビーホールと電子の基底準位間
（Ehh0-Ee0）の遷移エネルギーに対応する波長も１．５
６μｍであった。下部クラッド層５０に形成された回折
格子による分布帰還波長は、Elh0-Ee0に対応する波長よ
り短波長となるよう、回折格子のピッチは２４０ｎｍと
し、ＴＥモードで１．５６２μｍ、ＴＭモードで１．５
５８μｍの共振ピークを持つように構成した。
【００４９】本実施例では、レーザ共振器の中央領域II
を位相調整用として、活性層の代わりに光ガイド層を設
けた構成としたので、第２実施例に比べ、更に吸収、利
得の変化が少ないスイッチングができ、出力の安定した
変調制御が可能となった。
【００５０】〔実施例４〕図１２は、先に説明した半導
体レーザを用いた光通信システムの構成例を示す概略斜
視図である。図１２において、６０は本発明の半導体レ
ーザで、前出の第１〜３実施例のいずれを用いても良い
が、本実施例では第３実施例の３電極構成のＤＦＢレー
ザを用いた場合を示す。各電極からは、それぞれ電流Ｉ
2 ’，Ｉ1，Ｉ2 が注入されるが、これらの電流比を制
御することによって、単一縦モードを保ちながら、発振
波長を変化させることができる。その発振波長の電流比
依存性の一例を図１３に示す。図１３のように、電流Ｉ
2 の電流（Ｉ2 ＋Ｉ2 ’）に対する割合を変化させるこ
とによって、単一縦モードを保持しながら、１ｎｍ程度
の可変幅で波長を変化させることができる。また、図１
４は、Ｉ2 ／（Ｉ2 ＋Ｉ2 ’）＝０．２３とした場合の
半導体レーザのゲインスペクトルを示す。このように、
波長を変化させた場合でも、単一縦モードは保持されて
いる。そして、バイアス電流Ｉ1 に振幅２ｍＡの送信信
号に対応した変調電流ΔＩ1 を重畳させると、半導体レ
ーザ６０から送信信号に応じて偏波方向が変調された光
が出射する。
【００５１】半導体レーザ６０から出射した光は、偏光
子６２を通過することによって、単一の偏波方向を有し
強度変調された光となり、光ファイバ６３に結合され
て、伝送される。本実施例において、光ファイバ６３
は、１．５５μｍ帯用の分散シフトシングルモードファ
イバを用いた。１．３μｍ帯あるいは０．８μｍ帯の光
を用いて通信を行なう場合には、それぞれに適した光フ
ァイバを用いる。光ファイバ６３によって伝送された信
号光は、ＤＦＢレーザ構造の波長可変光フィルタ６４に
よって選択分波され、光検出器６５によって電気信号に
変換される。
【００５２】次に、本実施例の光通信システムを用いた
光周波数多重化方法を図１５で説明する。図１２の光通
信システムにおいて、半導体レーザ６０から出力される
光は、送信信号に対応して偏波方向がスイッチングされ
ている。そして、一方の偏波方向を有する光のみ偏光子
６２で選択する。そのため、伝送される光の変調度は、
偏光子６２の消光比で決定され、消光比の大きな偏光子
が必要と考えるのが通常である。
【００５３】ところが、本実施例において、半導体レー
ザ６０のＴＥモードとＴＭモードの発振波長は、４ｎｍ
程度の差を有している。そこで、通信に用いる一方の偏
波モード、例えばＴＥモードの発振波長に、光フィルタ
６４の透過波長を同調させれば、図１５のようにＴＭモ
ードの波長はフィルタの波長可変範囲外となり、クロス
トークは生じない。このため、本実施例では、偏光子６
２の消光比が小さくても、従来のＦＳＫ変調で問題とな
っていたような、信号“１”と“０”との間のクロスト
ークを防止することができる。
【００５４】本実施例において、光フィルタ６４の波長
可変範囲は１ｎｍで、１０ｄＢ透過帯域幅は、０．０３
ｎｍである。このため、クロストーク１０ｄＢ以下とす
るように、０．０３ｎｍ程度の波長間隔で多重化するこ
とによって、１ｎｍ／０．０３ｎｍから３０チャンネル
程度の多重伝送が可能となった。
【００５５】〔実施例５〕図１６は本発明の半導体レー
ザを用いた光ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）シ
ステムの構成例を示す模式図、図１７はこの光ＬＡＮシ
ステムの各端末に接続される光−電気変換部（ノード）
の構成例を示す模式図である。
【００５６】図１６は、バス型のネットワークであり、
Ａ−Ｂ方向に多数の端末８２1 ，８２2 ，・・・，８２
n がそれぞれ、ノード８１1 ，８１2 ，・・・，８１n
を介して、光ファイバ８０によって接続されている。こ
こで、光ファイバ８０上のいくつか点には、伝送される
信号光の減衰を補償するため、不図示の光増幅器が直列
に設けられている。
【００５７】図１７において、光ファイバ８０からノー
ド８１へ信号光が取り込まれると、その信号光の一部
は、分岐部７２によって分岐され、光レシーバ７３に入
射する。光レシーバ７３は、例えば図１２に示したよう
な波長可変光フィルタ６４及び光検出器６５を含み、入
射した信号光の内、所望の波長の信号光だけを取り出し
て信号検波を行う。一方、ノード８１から信号光を送信
する場合には、図１あるいは図１０に示したような光源
装置７４からの信号光が、アイソレータ７５を通して、
合流部７６で光ファイバ８０に入射される。
【００５８】本実施例において、光伝送には、実施例４
で説明したような光周波数多重化方法が用いられる。こ
の際、１つのノードに光レシーバ及び光源装置を複数設
けて、波長可変範囲を広げることもできる。また、各端
末にノードを２つずつ設けて、２本の光ファイバで接続
し、ＤＱＤＢ方式による双方向の伝送を行うようにして
も良い。また、ネットワークの構成は、バス型に限ら
ず、図１６のＡとＢをつなげたループ型、スター型ある
いはそれらを複合した形態とすることもできる。
【００５９】〔実施例６〕図１８は、本発明の半導体レ
ーザを用いた双方向光ＣＡＴＶシステムの構成例を示す
模式図である。図１８において、９０はＣＡＴＶセン
タ、９２1 ，９２2，９２3 はそれぞれ光ファイバ９１1
，９１2 ，９１3 によってセンタ９０と接続されたサ
ブセンタ、９３1 〜９３9 はサブセンタに接続された、
各加入者の受像機である。センタ９０は、図１あるいは
図１０に示したような光源装置を備え、複数の画像信号
をそれぞれ波長の異なる信号光に乗せて、受像機９３1
〜９３9 に送信する。受像機は、例えば図１２に示した
ような波長可変光フィルタ６４及び光検出器６５を含
み、入射した信号光の内、所望の波長の信号光だけを検
出して、モニタに画像を再生する。加入者は、波長可変
光フィルタの透過波長を変化させることによって、チャ
ンネルを選択し、所望の画像を得ることができる。
【００６０】また、各受像機９３1 〜９３9 は外部変調
器を有し、センタ９０は加入者からの信号をその変調器
からの反射光で受け取ることができる。このような構成
により、双方向通信が可能になり、サービスの高機能化
が図れる。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体レー
ザは、２つの偏波モードの発振を選択的に行なう構成に
おいて、各々の偏波モードにおけるブラッグ波長近傍の
しきい値利得の最低値をほぼ等しくしたので、小さな変
調電流で駆動することが可能で、光通信に用いた場合に
高周波数での動的波長変動による応答特性の悪化を防止
できる効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザを用いた光通信方法の原
理を説明するための概略斜視図である。
【図２】図１の半導体レーザにおいて電流に応じて偏波
モードがスイッチングする様子を説明するための図であ
る。
【図３】図１の半導体レーザの導波路出射端の中央部で
の導波光の電界振幅の時間的変化を３次元的に示した図
である。
【図４】本発明の半導体レーザの第１実施例を示す図で
ある。
【図５】図４の半導体レーザの各偏波モードにおける光
子エネルギーと線形利得との関係を示す図である。
【図６】図４の半導体レーザの発光スペクトルを示す図
である。
【図７】図４の半導体レーザにおける駆動電流と各部の
光出力の波形を示す図である。
【図８】本発明の半導体レーザの第２実施例を示す図で
ある。
【図９】図８の半導体レーザの発光スペクトルを示す図
である。
【図１０】本発明の光源装置の構成例を示す概略斜視図
である。
【図１１】図１０の光源装置に用いた半導体レーザの第
３実施例を示す図である。
【図１２】本発明の光通信システムの構成例を示す概略
斜視図である。
【図１３】図１２の半導体レーザへ２つの電極から注入
する電流の比と発振波長との関係を示す図である。
【図１４】図１２の半導体レーザのゲインスペクトルの
一例を示す図である。
【図１５】本発明の光通信システムにおける波長スペク
トルを示す図である。
【図１６】本発明の半導体レーザを用いた光ＬＡＮシス
テムの構成例を示す模式図である。
【図１７】図１６のシステムにおけるノードの構成例を
示す模式図である。
【図１８】本発明の半導体レーザを用いた双方向光ＣＡ
ＴＶシステムの構成例を示す模式図である。
【図１９】従来の光通信装置の概略構成を示す図であ
る。
【図２０】図１９の装置に用いられたＤＦＢレーザの構
成を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ ２，３，８ 電極 ４ 無反射コート ５ 偏光子 ６ 出射光 ７ 変調光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−159781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−42593（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−55684（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−251829（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−60088（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−505363（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に活性層を含む光導波路と、該光
    導波路に近接した回折格子とを設けて成り、該光導波路
    の一部に流す電流を変調することによって、偏波面の異
    なる２つの偏波モードの発振を選択的に行なう分布帰還
    型の半導体レーザにおいて、前記２つの偏波モードの発
    振波長が異なり、各々の偏波モードにおけるブラッグ波
    長近傍のしきい値利得の最低値がほぼ等しくなるように
    形成したことを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
    て、前記活性層は多重量子井戸構造を有し、前記活性層
    の利得スペクトルのピーク波長よりブラッグ波長が短波
    長となるように、前記回折格子のピッチが形成されたこ
    とを特徴とする半導体レーザ。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
    て、前記活性層は多重量子井戸構造を有し、この多重量
    子井戸構造に引っ張り歪が加えられる構成とすることに
    よって、前記活性層における正孔の第２準位であるライ
    トホール準位が、正孔の基底準位であるヘビーホール準
    位と等しいか、ヘビーホール準位よりも高くなるように
    形成されたことを特徴とする半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
    て、レーザ発振方向にバイアス電流が注入される第１の
    領域と、変調された電流が注入される第２の領域とに分
    割され、第１の領域には活性層が形成され、第２の領域
    には活性層が形成されていないことを特徴とする半導体
    レーザ。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の半導体レーザと、該半
    導体レーザから出射する光の内、前記２つの偏波モード
    の一方の発振による光のみを取り出す偏光子とから成る
    光源装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の半導体レーザと、該半
    導体レーザから出射する光の内、前記２つの偏波モード
    の一方の発振による光のみを取り出す偏光子とから成る
    光源装置を備えた光送信機、前記偏光板によって取り出
    された光を伝送する伝送手段、及び、前記伝送手段によ
    って伝送された光を受信する光受信機から成る光通信シ
    ステム。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の半導体レーザと、該半
    導体レーザから出射する光の内、前記２つの偏波モード
    の一方の発振による光のみを取り出す偏光子とから成る
    光源装置を用い、所定のバイアス電流に送信信号に応じ
    て変調された電流を重畳して前記半導体レーザに供給す
    ることによって、前記偏光板から送信信号に応じて強度
    変調された信号光を取り出し、この信号光を光受信機に
    向けて送信する光通信方法。
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