JP3382471B2 - 半導体光デバイス及びそれを用いた光ネットワーク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、光通信および光情
報処理等に用いられる光源及びそれを用いた光ネットワ
ークに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術の大容量化に伴い、多くの問
題点が解決されてきた。しかしながら、いわゆるチャー
ピングとよばれる、高速強度変調時の半導体レーザ内の
キャリア不均一分布による屈折率変動が発振波形を歪ま
せる現象は、必ずしも解決されるに至っていない。この
問題を回避するのに現在用いられている主流の方法は、
半導体レーザを連続（ＣＷ）で駆動し、誘電体や半導体
からなる外部変調器により強度変調を行うものである。
この方法では、デバイスの小型化や低価格化には限界が
あるとともに、これを光ネットワークに用いた場合、光
ネットワークの柔軟性（変調速度が大きく異なる信号を
同時に伝送できる能力の高さ等）も高いとはいえない。

【０００３】一方、別の方法として、デバイスの発振光
の偏波面を信号に応じてスイッチングさせる方法、いわ
ゆる偏波変調法がある。これは、たとえば、特開昭６２
−４２５９３、特開昭６２−１４４４２６に開示されて
いる。この骨子は以下のようなものである。図１２に示
すように、或る電流値でＴＭモードからＴＥモードへ偏
波が反転する特性を有する半導体レーザを用いる。そし
て、ＴＥモードとＴＭモードが同時発振する電流値をバ
イアス点として、信号電流（変調電流）Ｉ_ｓによってＴ
ＥとＴＭのしきい値利得をスイッチし、偏光子によって
特定方向に偏光した光のみを伝送路に送出するものであ
る。

【０００４】偏波変調法は、半導体レーザの光密度が変
調中も一定であることから（駆動電流が常にほぼ一定
で、オン・オフされないので）、変調に伴うキャリア変
動も極めて小さくできるという本質的な利点がある。し
かしながら、上記従来例では、このようなレーザの具体
的構造については何ら明示されていない。

【０００５】一方、具体的構成例として、２電極構成の
次の様なものがある。 （１）通常のＤＦＢレーザを２電極構成とし、キャリア
を不均一注入することで位相と利得を同時に制御する。 （２）活性層を量子井戸構造とすることで、利得の偏波
依存性を持たせ、ＴＭモードの利得の不足を補う。 （３）ブラッグ波長のＴＥモードとＴＭモードを位相制
御でスイッチングさせることで直接偏波変調を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この方法では、離散す
るＤＦＢモードの発振（利得）条件と位相整合条件を満
足させることが必要不可欠である。そして、このこと
が、共振器長、グレーティング構造および層構成（特に
活性層の利得スペクトル）について設計の自由度を小さ
くするとともに、高精度な製作技術を要求していた。そ
の結果、これまで安定な偏波変調を行うことを困難にし
てきた。

【０００７】従って、本発明の目的は、チャーピングを
抑えることができ、設計および作製の自由度の高い半導
体レーザとそれを用いた光ネットワークを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の半導体光デバイスは、少なくともファブリペロ共振
器領域と分布帰還型共振器（ＤＦＢ）領域から成る複合
共振器構造を有し、偏光方向が互いに直交する複数の導
波モードを有する各共振器領域の光導波路と、該各共振
器領域の光導波路を結合する光結合手段と、該各共振器
領域に利得を与える利得媒質と、該各共振器領域の光導
波路に導波されるそれぞれの光の位相を調整する位相調
整手段とから成ることを特徴とする。

【０００９】より具体的には、以下の様な態様にもでき
る。前記分布帰還型共振器領域のブラッグ波長が、前記
利得媒質のピークエネルギー近傍に設定されている。前
記各共振器領域の光導波路のそれぞれが、少なくとも、
第１クラッド層、活性層、光ガイド層および第２クラッ
ド層からなるスラブ型光導波路であり、前記各共振器領
域の光導波路を結合する手段が、前記光ガイド層を共振
器方向に整列或は共通化することである。前記利得媒質
となる活性層の構造が複数の量子井戸からなり、かつ量
子井戸のウェル層あるいはバリア層あるいは両方の構造
が他の量子井戸のそれと異なる非対称量子井戸となって
おり、該活性層を含む光導波路で誘起される、偏波が互
いに直交する複数の導波モードに対して、該活性層に注
入するキャリアの密度を変化させることにより、前記活
性層が生成する利得スペクトルを前記複数の導波モード
のしきい発振利得に制御する。前記非対称量子井戸を構
成する少なくとも１つのウェル層あるいはバリア層に層
方向に垂直に歪応力がかけられている。前記分布帰還型
共振器領域のブラッグ波長が、前記非対称量子井戸の基
底準位のエネルギー近傍に設定されている。前記デバイ
スを共振器方向に複数に分割し、それぞれ互いに独立な
電極を形成し、分割された各領域に独立にキャリアを注
入することによりキャリアの注入レベルを変化させる。
前記分布帰還型共振器領域のストップバンドに対して、
ファブリペロ共振器モードの軸モード間隔が充分小さく
なるように設定されている。並行して２つの光導波路が
形成され、前記光結合手段は、前記ファブリペロ共振器
領域の少なくとも一方の端部に設けられた該２つの光導
波路間の分岐・合流比可変な光カップラ手段である。

【００１０】また、上記目的を達成する本発明の光ネッ
トワークは、上記の半導体光デバイスを用いて、該光デ
バイスの出射面に偏光子を配置してＤＦＢモードのみを
選択して通信に用いることを特徴とする。

【００１１】本発明の骨子は以下のようである。少なく
とも強度変復調を用いて光ネットワークを構成する場合
等には、偏波変調可能な光源は、発振光のＴＭとＴＥを
両方とも低チャープにする必要はなく、どちらか一方を
信号として利用すればよい。それで、一方のモードのコ
ヒーレンス（単一軸モード性）を犠牲にし、代わりにス
イッチングの制御性と信頼性を高めることが本発明の半
導体レーザの狙いである。

【００１２】基本的な構成は以下の通りである。 １）ファブリペロ共振器（ＦＰ）を持つ領域、ＤＦＢを
有する領域および位相調整領域とからなる複合共振器と
すること。 ２）複合共振器を形成する複数の導波路の結合係数を最
適化する、あるいは可変することで共振器損失スペクト
ルを制御すること。 ３）位相調整領域に信号電流あるいは信号電圧を印加す
ること等で実効的な共振器長を変化させ、偏光方向の異
なる光を選択的に発振させること。

【００１３】より具体的には、次のようにもできる。 ４）通常のスラブ光導波路の場合、ＦＰの共振器損失は
ＴＥの方がＴＭより常に小さくなることを利用するこ
と。逆にする事もできる。 ５）ＤＦＢ領域のグレーティングのピッチを、ブラッグ
波長が利得ピーク波長になるように設定することで、Ｔ
ＭモードはＤＦＢモードが選択されるよう利得と共振器
損失スペクトルを制御すること。同時に、ＦＰの共振器
モードの軸モード間隔をＤＦＢのストップバンドにくら
べて小さくなるよう設定することでＴＥモードはＦＰ、
ＤＦＢあるいは両モードが同時に選択されるよう利得と
共振器損失スペクトルを制御すること。 ６）逆に、ＴＥモードはＤＦＢモード、ＴＭモードはＦ
Ｐ、ＤＦＢあるいは両モードが同時に選択されるよう利
得および共振器損失スペクトルを制御すること。 ７）非対称（歪み）量子井戸構造を活性層に適用し、利
得スペクトルに偏波依存性を与えること。

【００１４】ところで、半導体レーザの発振波長は以下
の発振条件式で決定される。 Γ・ｇ_ｔｈ＝Γ・α_ｉｎ＋α_Ｍ十α_ｓｃ （１） ここで、α_Ｍ＝ｌ／２Ｌ_ｅｆｆ・ｌｎ（１／Ｒ_１・１／
Ｒ_２） ｅｘｐ（ｉ・（２ｎ_ｅｆｆ・Ｌ_ｅｆｆ／λ十φ））＝０ （２） ここで Г：活性層への光閉じ込め係数 ｇ_ｔｈ：しきい利得 α_ｉｎ：内部損失 α_Ｍ：反射損失 α_ｓｃ：その他の損失（散乱損失、結合損失等） Ｒ_ｉ：共振器内の１点からみた２方向の実効的な反射率 ｎ_ｅｆｆ：導波路の実効的な屈折率 Ｌ_ｅｆｆ：実効的な共振器長 λ：発振波長 φ：位相 である。

【００１５】これに加え、直接偏波変調用半導体レーザ
には、別の条件として、互いに独立な偏波モード、例え
ばＴＥモードとＴＭモードを有し、かつそのしきい利得
がほぼ等しいこと、即ち、 Γ_ＴＥ・ｇ_ｔｈＴＥ＝Γ_ＴＭ・ｇ_ｔｈＴＭ （３） が要求される。

【００１６】各変数は波長依存や偏波依存があることか
ら、上記の条件（１）〜（３）をすべて満たすのは容易
ではない。特に（２）式は発振モード（波長、偏波モー
ド、横モード）を決める極めて重要な条件式である。従
来行われてきたＤＦＢによる共振器構成のものは、発振
モードであるＴＥモードとＴＭモード間において、発振
波長が利得スペクトルに対して相対的に離散しているた
めに（２）および（３）式を同時に満足させることは困
難であった。

【００１７】本発明であるＦＰとＤＦＢの複合共振器と
スラブ導波路からなる複合共振器レーザの場合、共振器
内の任意の一点で見た反射率およびその損失スペクトル
は、共振器の結合パラメータ（各導波路間の結合係数お
よび位相）によって大幅に変化させることができる。さ
らに、利得の共振器分布や偏波依存性を利用すること
で、たとえば、ブラッグ波長のＴＥモードとＴＭモード
のしきい利得をほぼ等しくすることができる。また、位
相調整領域を設け位相を変調させることで、他の反射端
（たとえばファブリペロ共振器）からの帰還により、た
とえばＴＭ偏光のＤＦＢモードに対してしきい値を下
げ、安定なＴＭ偏光のＤＦＢモードの発振を生じさせる
状況と、他の反射端（たとえばＤＦＢ共振器）からの帰
還により、たとえばＴＭ偏光のＤＦＢモードに対するし
きい値を上昇させ、ＴＥ偏光のＤＦＢモードとファブリ
ペロモード（マルチモード）の発振を生じさせる状況を
切替えることができる。このように従来の構成にくら
べ、ＴＥとＴＭの位相整合条件を満足させやすいことが
本発明のもっとも特徴的な部分である。

【００１８】利得の偏波依存についてさらに説明する。
非対称量子井戸構造は対称量子井戸構造に比べ、バンド
ギャップおよびプロファイルを可変する自由度がある。
さらに歪みを非対称に導入することでＴＥモードとＴＭ
モードに対して選択的にバンドギャップを可変できる。
このことは、同一の活性層に同一の注入キャリア密度で
生成される利得を、ＴＥモードとＴＭモードそれぞれの
しきい利得に設定できることを意味する。しきいキャリ
ア密度を変調バイアス点に設定し、注入電流に信号を重
畳するか、位相変調することで偏波スイッチングした光
出力を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】実施例１ 図１は本発明の第１の実施例の共振器方向の断面図であ
る。具体的な層構成は以下の通りである。図１におい
て、１０１はｎ型ＩｎＰ基板、１０２はｎ型ＩｎＰクラ
ッド層、１０３はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、１０
４はアンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層、１０５はｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層、１０６はｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト（キャップ）層である。また、１０７はｎ型クラッド
層１０２とｎ型光ガイド層１０３の境界に形成されたλ
／４位相シフト部を有するグレーティングであり、１０
８は正電極、１０９は負電極である。

【００２０】図１において、領域１はＤＦＢ領域、領域
２は位相調整領域、領域３はファブリペロ共振器（Ｆ
Ｐ）領域である。ＤＦＢ領域の結合パラメータκ・Ｌは
２程度とし、ＦＰ領域の共振器長を３００μｍとするこ
とで、ストップバンドに比べ、ファブリペロモードの軸
モード間隔を十分小さくしている。各領域は電気的には
独立であるが、光学的には共振器方向に整列した光ガイ
ド層１０３を介して結合している。ＤＦＢ領域では光ガ
イド層１０３にグレーティング１０７が形成されてお
り、そのＴＭモードのブラッグ波長が利得ピークと一致
するようグレーティングピッチが設定してある。

【００２１】ＦＰ領域では両端面がファブリペロ共振器
を形成している。本実施例の場合、一方をへき開面１１
２、他方をエッチング面（エッチングミラー）１１０を
用いた。エッチング面１１０の深さは本実施例の場合、
活性層１０４に達するまでとした。この結果、反射鏡と
光結合器の両方の機能を持たせることができる。位相調
整領域には利得媒質はなく、その両端面は共振器を形成
しないよう斜めカットしてある。ＤＦＢ領域の端面１１
３とＦＰ領域の端面１１２は必要に応じてコーティング
を行っても良い。本実施例の場合、ＤＦＢ側は無反射
（ＡＲ）コート１１３を、ＦＰ側は５０％反射コート１
１２を施した。

【００２２】次に本実施例の動作原理について説明す
る。図３は、個々の偏光（ＴＥとＴＭ）に着目してそれ
ぞれの偏光についてその利得スペクトルと共振損失を示
したものである（横軸が波長で、縦軸は利得または損失
である）。実際のデバイスでは、図３の（ａ）、（ｂ）
のグラフが重ね合わさった状態であり、発振する光のモ
ードは、共振器損失が利得を下回ったものになる。簡単
のために利得が偏光状態に関わらず同じスペクトル分布
であるとする（たとえばバルク活性層の場合）と、発振
するかどうかは共振器損失だけで決まることになる。本
実施例の場合、領域１（分布帰還型半導体レーザ）から
出射された後領域３で反射され領域１へ戻る光の位相を
領域２の屈折率を変化させることにより調整することが
重要である。

【００２３】一般に、導波路のＴＥ偏光とＴＭ偏光に対
する等価屈折率は異なる。本実施例の場合、ＴＥ偏光に
対する等価屈折率の方がＴＭ偏光に対する等価屈折率よ
り約０．２％程大きな値となっている。したがって、仮
に、反射面までの物理的な距離が同じで、領域１と領域
２の界面でＴＥとＴＭ偏光の光の位相が一致していたと
しても、等価屈折率の違いにより、実際に光が感じる距
離（光学長）が異なり、反射により戻ってくる光の位相
は異なっている。また、領域２の屈折率をプラズマ効果
で変化させる時の各偏光に対する屈折率の変化量も異な
る。半導体レーザの場合、反射光の位相により、しきい
値が変化する。例えば、反射光の位相が出射光と半波長
異なれば、強度が同じなら丁度打ち消しあうことにな
り、しきい値を上昇させる効果を示す。一方、同位相な
ら、共振を助けることになりしきい値を低減させること
になる。ファブリペロレーザでは、この他の反射端（た
とえばＤＦＢ共振器）からの帰還により、共振を助ける
位相条件になる波長で発振を起こす。

【００２４】分布帰還型半導体レーザの場合、共振器損
失が低い波長が回折格子により決まっているので、他の
反射端（たとえばファブリペロ共振器）からの戻り光に
より、ＤＦＢモードのしきい値を変化させることができ
る。一方、ファブリペロレーザを構成している領域３
は、分布帰還型半導体レーザの光が強い時は、ＤＦＢモ
ードの光を増幅して利得を消費しているので、発振は抑
制されている。この時に、ＤＦＢモードの光が弱くなる
と、領域３内での利得の消費量が低下し、ファブリペロ
モードヘの利得を与え、十分に励起されていれば、ファ
ブリペロモードの発振を生じるようになる。本発明で
は、このＤＦＢモードからファブリペロモードヘの切り
替えの時に、分布帰還型半導体レーザの発振している偏
光モードを切替える（例えば、ＴＭ偏光からＴＥ偏光に
切り替える）。このようにすることにより、ＴＭ偏光の
ＤＦＢモードからＴＥ偏光のファブリペロモードとＤＦ
Ｂモードの混合モードとの間で切り替えることができ
る。

【００２５】したがって、各領域のキャリア注入量を制
御することにより、両モードのしきい利得を等しくでき
るだけでなく、安定なＴＭモードとマルチモードのＴＥ
モードをスイッチングすることができる。ＬＤ全体とし
てＴＥモードで発振するかＴＭモードで発振するかは、
位相条件で決まる。位相調整領域ではキャリアを注入す
ることでプラズマ効果により実効的な屈折率を変化させ
ている。

【００２６】図４に、上記のキャリア注入量を変調バイ
アスとして、微小な信号電流を重畳させたときの電流
（Ｉ）対光出力（Ｌ）特性を示した。従来例に比べ、わ
ずかな電流変化でＴＥおよびＴＭモードをスイッチング
できることが大きな特徴である。この結果、変調中にト
ータルの光出力の変化がないことと相俟って、チャーピ
ングの影響がほとんど見られない。静的にはＴＥモード
でもＴＭモードでも単一軸モードである。高速変調時に
はＴＥモードでは多モード化するが、ＴＭモードでは単
一軸モードはもちろん低チャープを維持している。出射
端面の前に偏光子を配置し、ＴＭ光のみを選択すること
で低チャープな光信号を取り出すことができる。

【００２７】本実施例では、ＴＭモードとしてＤＦＢモ
ードを、ＴＥモードとしてＦＰ／ＤＦＢのマルチモード
の例を示したが、その逆も可能である。例えば、端面コ
ーティング反射率の偏波依存性を用いて、スラブ光導波
路に対して、ＴＭの方がＴＥより反射率が大きい領域を
作ることができる。この場合、ＴＥモードのブラッグ波
長が利得ピークと一致するようにグレーティングピッチ
を設定する。

【００２８】実施例２ 図２は、第１実施例と同様な作用、効果を異なる構成で
達成するものを示したものである。図２において、領域
１は利得領域、領域２はＤＦＢ領域、領域３は位相調整
領域である。端面２１２および端面２１３でファブリペ
ロ共振器が形成され、グレーティング２０７で第２の共
振器が形成されている。２０１はｎ型ＩｎＰ基板、２０
２はｎ型ＩｎＰクラッド層、２０３はｎ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ光ガイド層、２０４はアンドープＧａＩｎＡｓＰ活性
層、２０５はｐ型ＩｎＰクラッド層、２０６はｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層である。また、２０７はｎ型ク
ラッド層２０２とｎ型光ガイド層２０３の境界に形成さ
れたλ／４位相シフト部を有するグレーティングであ
り、２０８は正電極、２０９は負電極である。

【００２９】本実施例の場合、製作は容易になる反面、
導波路の結合係数はほぼ１００％になるので、他のパラ
メータ（ＤＦＢ領域の結合パラメータκ・Ｌ等）への負
担が大きくなる可能性がある。本実施例では、複数の光
導波路を結合する手段が、光ガイド層を共通化すること
である。動作原理は、第１実施例において図３、図４を
用いて説明したものと実質的に同じである。

【００３０】実施例３ 条件式（２）および（３）において、利得ｇのプロファ
イルを制御することでさらに特性を改善できる。利得の
偏波依存性を積極的に利用した実施例について述べる。

【００３１】一般に量子井戸に歪み応力を加えると価電
子帯の縮退が解け、無歪み系とはかなり異なる性質が現
れる。例えば、通常の量子井戸では、ＴＥモードの利得
がＴＭモードよりもやや大きいが、圧縮歪みを与えるこ
とでこの傾向が強調され、引っ張り歪みを与えることで
逆にＴＭモードの利得を大きくすることができる。即
ち、偏波依存性を制御出来る。また、同時に微分利得
（キャリア変化量対利得変化量の比）も大きくできるこ
とから、低しきい値化や変調限界周波数の向上などが可
能であることが知られている。

【００３２】図５に活性層のバンド構造の模式図を示
す。量子井戸１および量子井戸２（低エネルギー側の量
子井戸層であり、ＴＥモードの利得に寄与する）のフォ
トルミネッセンスのピーク波長をそれぞれ１．５５０μ
ｍおよび１．５６５μｍに設定した。量子井戸１（高エ
ネルギー側の量子井戸層であり、ＴＭモードの利得に寄
与する）にのみ２．０％の歪み（引っ張り歪み）を導入
している。本実施例では、第１又は第２の実施例の活性
層１０４、２０４をこのバンド構造の活性層に置き換え
たものである。ＤＦＢ領域のグレーティングピッチは、
２つの導波モードのブラッグ波長の少なくとも一方が、
前記非対称量子井戸の利得スペクトルピーク波長近傍に
来る様に、設定されている。

【００３３】この結果、キャリア注入によって利得が増
えるが、通常のバルク結晶や量子井戸層の利得とは異な
り、利得プロファイル（利得スペクトル）のキャリア密
度依存性が大きい。或るキャリア密度（注入電流）にお
けるГ・ｇの利得スペクトルを図６に示した。第１及び
第２の実施例にくらべ、しきいキャリア密度（しきい利
得）が低くなること（ｋ空間におけるエネルギーバンド
構造の形態変化による）、変調効率が高くなること（よ
り小さな電流或は電圧変化等で偏波変調できること。こ
れは、有効質量が小さくなってキャリアが動き易くなる
ことによる）、利得スペクトルの偏波依存性を大きくで
きてＴＥモードとＴＭモードの利得ピーク波長を可変で
きることなどが違いである。

【００３４】図７は、本実施例のしきい値近傍にキャリ
ア注入された状態における任意の一点で見たГ・ｇ（利
得×閉じ込め係数）と共振器損失との関係を、ＴＥモー
ドとＴＭモードとで別々に示したものである。本実施例
の場合、ＴＭおよびＴＥのそれぞれについて利得プロフ
ァイルを最適化できるメリットがある。動作原理は、第
１実施例において図３、図４を用いて説明したものと実
質的に同じである。

【００３５】本実施例では高エネルギー側の量子井戸の
みに引っ張り歪みを導入したが、低エネルギー側の量子
井戸のみに圧縮歪みを導入したり、高低エネルギーの量
子井戸それぞれに引っ張り歪みおよび圧縮歪みを導入す
ることも可能である。２層の量子井戸では、利得の飽和
が問題になる場合もある為、上記活性層を多段に重ねた
非対称多重歪み量子井戸層としてもよい。

【００３６】実施例４ 共振器損失スペクトルを制御するためには、複合共振器
の中に分岐比可変光結合器を導入することが有効であ
る。本発明に適した分岐比可変機構として、本出願人の
出願である特願平５−８０１７０、特願平５−３５２７
０９で示されたものがある。本実施例は、この分岐比可
変機構を第２の実施例に適用したものである。図８はそ
の共振器方向の断面模式図であり、図９は共振器方向に
垂直な断面図である。領域１および３のカプラ部によっ
て分岐・合流比を制御できるため、共振器損失スペクト
ルの制御範囲が広がる。即ち、偏波変調できる範囲を広
げることができる（偏波変調の前段階として各領域の電
流、印加電圧等を調整しておく必要があるが、その調整
範囲が広くなる）。

【００３７】図８において、光の進行方向に対して、５
個の領域が直列につながれた構成になっている。領域１
および３は光カプラ部、領域４および５は光増幅部、領
域２は位相調整部である。たとえば、図８において、３
００はｎ型ＧａＡｓ基板、３０１はｎ型ＡｌＧａＡｓ第
１クラッド層、３０２はｎ型ＡｌＧａＡｓ第１コア層、
３０３はｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層、３０４はア
ンドープＡｌＧａＡｓ第２コア層、３０５はｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ第３クラッド層、３０６はコンタクト層（ＧａＡ
ｓ）である。３０７ａは正電極、３０７ｂおよび３０８
は負電極であり、３０９は屈折率を変調するための周期
的電流狭窄層である。また、端面には、反射コート３１
１を施している。

【００３８】本実施例の製作方法について簡単に説明す
る。たとえば、通常の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）や分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）を用い
て、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３００上に第１クラッド層
３０１から第２クラッド層３０３の下部層まで成長す
る。第２クラッド層３０３の下部層を成長したあと、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ層を形成した後、適当なピッチのグレー
ティングパターンを、その深さがｐ型ＡｌＧａＡｓ層
（第２クラッド層３０３の下部層）に達するようにエッ
チングする。この後、引続き、ＭＯＣＶＤでｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ層３０３の上部層を成長する。この結果、周期的
電流狭窄層３０９が作製される。この後、アンドープＡ
ｌＧａＡｓ第２コア層３０４、第３クラッド層３０５の
下部層を成長し、領域４のグレーティング３１０を形成
する。そして、第３クラッド層３０５の上部層、コンタ
クト層３０６を成長する。横モードの制御のために、埋
め込み構造等をつくり付け、電極３０７ａ、３０７ｂ、
３０８を形成することで本実施例は完成する。

【００３９】図９の横断面の模式図において、３２０は
ｐ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み層、３２１はｎ型埋め込み
層、３３０は正電極３０７ａと負電極３０７ｂ間の電流
の経路である。

【００４０】次に本実施例の動作原理について説明す
る。例えば、領域１および３にキャリアを注入した状態
にすると（正電極３０７ａと負電極３０８間）、周期的
電流狭窄層３０９によってキャリア分布が変調され、第
１コア層３０２中に、キャリア分布ができ、これに対応
した等価的屈折率分布が形成される。従って、第１およ
び第２コア層３０２、３０４を中心とする２つの導波路
に導波される光は、周期的電流狭窄層３０９によってカ
ップリングする。カップリングの程度は、領域１および
３へのキャリア注入状態を制御することで制御できる。
これは、ＤＦＢ共振器領域の導波路とファブリペロ共振
器領域の導波路の結合係数を制御することに相当する。
従って、領域２、４および５への電流注入（正電極３０
７ａと負電極３０７ｂ間の電流経路３３０）制御と相ま
って、上記実施例と同様な動作原理で、ＴＥモードで発
振させたりＴＭモードで発振させたりすることができ
る。光カプラ部は一方に設けるのみでもよい。

【００４１】実施例５ 次に上記のデバイスを光ネットワークへ適用した例につ
いて述べる。図１０および図１１はバス型光ネットワー
クおよびリング型光ネットワークヘの適用例であり、光
ノード４０１〜４０６に上記デバイスが搭載されてい
る。第１実施例〜第４実施例で述べた半導体レーザの出
射面に偏光子を配置し、特定偏波光（例えばＴＥ光）の
みを取り出し、伝送路へ送出できる。４００は光バスラ
インであり、４１１〜４１６は端末装置である。本発明
の半導体レーザは、高速変調時にも線幅が狭くかつ安定
している。

【００４２】

【発明の効果】本発明の効果は以下の通りである。 １）偏波スイッチングの前後でトータルの光出力はほと
んど変化しないことから、レーザ共振器内のキャリア変
動はほとんどなく、チャーピングを抑えることができ
る。 ２）直接偏波変調可能な光源を歩留まりよく作製でき
る。 ３）偏波変調ができるデバイスの設計自由度が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の共振器方向断面図。

【図２】第２の実施例の共振器方向断面図。

【図３】第１の実施例の利得スペクトルと共振器損失ス
ペクトルの関係を各モードについて説明する模式図。

【図４】本発明の実施例の変調特性を示すグラフ。

【図５】非対称歪み量子井戸のバンド図。

【図６】非対称歪み量子井戸の利得スペクトルを各モー
ドについて説明する模式図。

【図７】非対称歪み量子井戸を用いた場合の、共振器損
失スペクトルと利得スペクトルの関係を各モードについ
て説明する模式図。

【図８】第４の実施例の共振器方向断面図。

【図９】第４の実施例の横方向断面図。

【図１０】本発明の半導体光デバイスを光ネットワーク
へ適用した場合の例を示す図。

【図１１】本発明の半導体光デバイスを光ネットワーク
へ適用した場合の例を示す図。

【図１２】従来例を説明する図。

【符号の説明】

１０１、２０１、３００ 基板 １０２、１０５、２０２、２０５、３０１、３０５
クラッド層 １０３、２０３ 光ガイド層 １０４、２０４ 活性層 １０６、２０６、３０６ キャップ層 １０７、２０７、３１０ 位相シフトグレーティング １０８、２０８、３０７ａ 正電極 １０９、２０９、３０７ｂ、３０８ 負電極 １１０ エッチングミラー １１２、２１２、２１３ コーティング面 １１３ ＡＲコート ３０２ 第１コア層 ３０４ 第２コア層 ３０９ 周期的電流狭窄層 ３２０ ｐ型埋め込み層 ３２１ ｎ型埋め込み層 ３３０ 電流経路 ４００ 光バスライン ４０１〜４０６ 光ノード ４１１〜４１６ 端末装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−265958（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−45860（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−231133（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−172245（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−264138（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−307530（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−186315（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−299291（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−196088（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−107249（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−202342（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−235718（ＪＰ，Ａ) Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，1988年，63［２ ］，ｐ．291−294 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H04B 10/20

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくともファブリペロ共振器領域と分布
   帰還型共振器（ＤＦＢ）領域から成る複合共振器構造を
   有し、偏光方向が互いに直交する複数の導波モードを有
   する各共振器領域の光導波路と、該各共振器領域の光導
   波路を結合する光結合手段と、該各共振器領域に利得を
   与える利得媒質と、該各共振器領域の光導波路に導波さ
   れるそれぞれの光の位相を調整する位相調整手段とから
   成ることを特徴とする半導体光デバイス。
2. 【請求項２】 前記分布帰還型共振器領域のブラッグ波
   長が、前記利得媒質のピークエネルギー近傍に設定され
   ていることを特徴とする請求項１記載の半導体光デバイ
   ス。
3. 【請求項３】 前記各共振器領域の光導波路のそれぞれ
   が、少なくとも、第１クラッド層、利得媒質から成る活
   性層、光ガイド層および第２クラッド層から成るスラブ
   型光導波路であり、前記各共振器領域の光導波路を結合
   する手段が、前記光ガイド層を共振器方向に整列或は共
   通化することであることを特徴とする請求項１又は２記
   載の半導体光デバイス。
4. 【請求項４】 前記各共振器領域の光導波路のそれぞれ
   が、少なくとも、利得媒質から成る活性層からなるスラ
   ブ型光導波路であり、該利得媒質から成る活性層の構造
   が複数の量子井戸からなり、かつ量子井戸のウェル層あ
   るいはバリア層あるいは両方の構造が他の量子井戸のそ
   れと異なる非対称量子井戸となっており、該活性層を含
   む光導波路で誘起される、偏波が互いに直交する複数の
   導波モードに対して、該活性層に注入するキャリアの密
   度を変化させることにより、前記活性層が生成する利得
   スペクトルを前記複数の導波モードのしきい発振利得に
   制御することを特徴とする請求項１、２又は３記載の半
   導体光デバイス。
5. 【請求項５】 前記非対称量子井戸を構成する少なくと
   も１つのウェル層あるいはバリア層に層方向に垂直に歪
   応力がかけられていることを特徴とする請求項４記載の
   半導体光デバイス。
6. 【請求項６】 前記分布帰還型共振器領域のブラッグ波
   長が、前記非対称量子井戸の基底準位のエネルギー近傍
   に設定されていることを特徴とする請求項４記載の半導
   体光デバイス。
7. 【請求項７】 前記デバイスを共振器方向に複数に分割
   し、それぞれ互いに独立な電極を形成し、分割された各
   領域に独立にキャリアを注入することによりキャリアの
   注入レベルを変化させることを特徴とする請求項１乃至
   ６の何れかに記載の半導体光デバイス。
8. 【請求項８】 前記分布帰還型共振器領域のストップバ
   ンドに対して、ファブリペロ共振器モードの軸モード間
   隔が充分小さくなるように設定されていることを特徴と
   する請求項１乃至７の何れかに記載の半導体光デバイ
   ス。
9. 【請求項９】 並行して２つの光導波路が形成され、前
   記光結合手段は、前記ファブリペロ共振器領域の少なく
   とも一方の端部に設けられた該２つの光導波路間の分岐
   ・合流比可変な光カップラ手段であることを特徴とする
   請求項１乃至８の何れかに記載の半導体光デバイス。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９の何れかに記載の半導
    体光デバイスを用いて、該光デバイスの出射面に偏光子
    を配置してＤＦＢモードのみを選択して通信に用いるこ
    とを特徴とする光ネットワーク。