JP3407065B2 - 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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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、波長可変半導体レー
ザに関し、特にその構造に関するものである。
ザに関し、特にその構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２(a) は従来の波長可変レーザの構造
を示す共振器方向の断面図である。図において、１０は
活性層、１１は回折格子、１２は活性領域、１３はＤＢ
Ｒ（Distributed Bragg Reflector)領域である。
を示す共振器方向の断面図である。図において、１０は
活性層、１１は回折格子、１２は活性領域、１３はＤＢ
Ｒ（Distributed Bragg Reflector)領域である。
【０００３】また、図２(b) ，図２(c) はそれぞれ上記
波長可変レーザの量子井戸構造のバンドダイアグラム，
およびゲインの波長依存性を示す図である。図におい
て、１はｐ−ＩｎＰクラッド層、２はｎ−ＩｎＰクラッ
ド層、３は層厚１０ｎｍのＩｎ0.71Ｇａ0.29Ａｓ0.64Ｐ
0.36バリア層、４はウエル層厚５ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.
47Ａｓウエル層、５はウエル層厚５．５ｎｍのＩｎ0.53
Ｇａ0.47Ａｓウエル層、６はウエル層厚６ｎｍのＩｎ0.
53Ｇａ0.47Ａｓウエル層である。また、７はウエル層厚
５ｎｍのウエル層のゲインの波長依存性を示す曲線、８
はウエル層厚５．５ｎｍのウエル層のゲインの波長依存
性を示す曲線、９はウエル層厚６ｎｍのウエル層のゲイ
ンの波長依存性を示す曲線である。
波長可変レーザの量子井戸構造のバンドダイアグラム，
およびゲインの波長依存性を示す図である。図におい
て、１はｐ−ＩｎＰクラッド層、２はｎ−ＩｎＰクラッ
ド層、３は層厚１０ｎｍのＩｎ0.71Ｇａ0.29Ａｓ0.64Ｐ
0.36バリア層、４はウエル層厚５ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.
47Ａｓウエル層、５はウエル層厚５．５ｎｍのＩｎ0.53
Ｇａ0.47Ａｓウエル層、６はウエル層厚６ｎｍのＩｎ0.
53Ｇａ0.47Ａｓウエル層である。また、７はウエル層厚
５ｎｍのウエル層のゲインの波長依存性を示す曲線、８
はウエル層厚５．５ｎｍのウエル層のゲインの波長依存
性を示す曲線、９はウエル層厚６ｎｍのウエル層のゲイ
ンの波長依存性を示す曲線である。
【０００４】図２(a) に示す半導体レーザは波長可変Ｄ
ＢＲレーザと呼ばれ、このレーザは、光の共振器方向に
おいて、活性領域１２と、回折格子１１が形成されたＤ
ＢＲ領域１３の２つの領域に分かれている。ＤＢＲの反
射率は、次式で与えられるブラッグ波長λB で最大とな
る。
ＢＲレーザと呼ばれ、このレーザは、光の共振器方向に
おいて、活性領域１２と、回折格子１１が形成されたＤ
ＢＲ領域１３の２つの領域に分かれている。ＤＢＲの反
射率は、次式で与えられるブラッグ波長λB で最大とな
る。
【０００５】λB ＝２（ｎeff Λ） …(1)
ここで、Λは回折格子の周期、ｎeff はＤＢＲ領域の導
波路の等価屈折率である。
波路の等価屈折率である。
【０００６】この式からわかるように、ブラッグ波長付
近でＤＢＲの反射率は最大となる。一方、半導体レーザ
の発振には、位相整合条件を満足することが必要であ
る。ＤＢＲレーザの発振波長は、反射率の最も高いブラ
ッグ波長近傍において、位相整合条件を満足する波長と
なる。ＤＢＲ領域の等価屈折率ｎeff を変化させれば、
(1) 式で与えられるブラッグ波長が変化し、発振波長が
変化する。ＤＢＲ領域１３に電流（以下ＤＢＲ領域電流
ともいう。）Ｉｄを注入すれば、プラズマ効果により等
価屈折率ｎeff が変化し、それに伴いブラッグ波長も変
わる。この場合、レーザ発振に要する動作電流は活性領
域１２に注入された電流Ｉａによって維持される。図２
(d) に示すように、ＤＢＲ領域電流Ｉｄを変化させるこ
とにより、レーザ発振波長も変化する。この例では、上
記ＤＢＲ領域電流Ｉｄを０ｍＡから１００ｍＡまで変え
ると、レーザ発振波長は１．５５８μｍから１．５５２
μｍまで６ｎｍ変化する。
近でＤＢＲの反射率は最大となる。一方、半導体レーザ
の発振には、位相整合条件を満足することが必要であ
る。ＤＢＲレーザの発振波長は、反射率の最も高いブラ
ッグ波長近傍において、位相整合条件を満足する波長と
なる。ＤＢＲ領域の等価屈折率ｎeff を変化させれば、
(1) 式で与えられるブラッグ波長が変化し、発振波長が
変化する。ＤＢＲ領域１３に電流（以下ＤＢＲ領域電流
ともいう。）Ｉｄを注入すれば、プラズマ効果により等
価屈折率ｎeff が変化し、それに伴いブラッグ波長も変
わる。この場合、レーザ発振に要する動作電流は活性領
域１２に注入された電流Ｉａによって維持される。図２
(d) に示すように、ＤＢＲ領域電流Ｉｄを変化させるこ
とにより、レーザ発振波長も変化する。この例では、上
記ＤＢＲ領域電流Ｉｄを０ｍＡから１００ｍＡまで変え
ると、レーザ発振波長は１．５５８μｍから１．５５２
μｍまで６ｎｍ変化する。
【０００７】波長可変ＤＦＢレーザの活性層１０は、通
常量子井戸構造で構成されている。これは、量子井戸構
造にすると、閾値電流の低減や，変調特性の向上など、
レーザ特性の改善が著しいためである。量子井戸構造
は、ウエル層とバリア層で構成されており、ウエル層の
層厚は２０ｎｍ以下である。光通信用に用いられるＩｎ
ＧａＡｓＰ系材料の半導体レーザでは、利得、すなわち
ゲインを大きくするため、複数のウエル層にする。波長
可変半導体レーザでは、さらに図２(b) のバンドダイア
グラムに示すように、それぞれ同数，この場合，各３層
のウエル層４，５，６の厚さを５ｎｍ，５．５ｎｍ，６
ｎｍと少しずつ変えてある。これは、ゲインの波長依存
性をフラットにするためで、各ウエル層厚を変えること
により、図２(c) に示すように、単一の層厚のウエル層
の場合よりゲインの波長依存性を緩和することができる
からである。つまり、ゲインの波長依存性はウエル層厚
により強く影響される訳である。活性層をこのような量
子井戸構造にすると、その波長可変領域が単一のウエル
層の半導体レーザに比べて大きく拡大することができる
ものである。
常量子井戸構造で構成されている。これは、量子井戸構
造にすると、閾値電流の低減や，変調特性の向上など、
レーザ特性の改善が著しいためである。量子井戸構造
は、ウエル層とバリア層で構成されており、ウエル層の
層厚は２０ｎｍ以下である。光通信用に用いられるＩｎ
ＧａＡｓＰ系材料の半導体レーザでは、利得、すなわち
ゲインを大きくするため、複数のウエル層にする。波長
可変半導体レーザでは、さらに図２(b) のバンドダイア
グラムに示すように、それぞれ同数，この場合，各３層
のウエル層４，５，６の厚さを５ｎｍ，５．５ｎｍ，６
ｎｍと少しずつ変えてある。これは、ゲインの波長依存
性をフラットにするためで、各ウエル層厚を変えること
により、図２(c) に示すように、単一の層厚のウエル層
の場合よりゲインの波長依存性を緩和することができる
からである。つまり、ゲインの波長依存性はウエル層厚
により強く影響される訳である。活性層をこのような量
子井戸構造にすると、その波長可変領域が単一のウエル
層の半導体レーザに比べて大きく拡大することができる
ものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の波長可変半導体
レーザは以上のように構成されていたが、この従来の波
長可変半導体レーザにおけるウエル構造では２つの問題
がある。１つはゲインピークは、ウエル層を変えるとこ
れに伴って変化することであり、図２(c) の例では、５
ｎｍのウエル層４のゲインピークが最大で、ウエル層が
厚くなるほどピーク値は小さくなるものであるが、この
ように、該ゲインピークは、図に示すような右下がりに
なり完全にフラットではなくなることとなる。つまり、
長波長側ではゲインは短波長側に比べて低く、発振しに
くくなっているものである。
レーザは以上のように構成されていたが、この従来の波
長可変半導体レーザにおけるウエル構造では２つの問題
がある。１つはゲインピークは、ウエル層を変えるとこ
れに伴って変化することであり、図２(c) の例では、５
ｎｍのウエル層４のゲインピークが最大で、ウエル層が
厚くなるほどピーク値は小さくなるものであるが、この
ように、該ゲインピークは、図に示すような右下がりに
なり完全にフラットではなくなることとなる。つまり、
長波長側ではゲインは短波長側に比べて低く、発振しに
くくなっているものである。
【０００９】もう１つの問題は、複数のウエル層を有す
る量子井戸構造の場合、ホールは質量が大きく、該ホー
ルに対するバリア層３のバリア効果が高いものであるた
め、ｐ−ＩｎＰクラッド層１側から量子井戸構造内に注
入されるホールが、ｐ−ＩｎＰクラッド層１に近いウエ
ル層で電子と再結合し、ｎ−ＩｎＰクラッド層２近傍ま
では至らないため、ｎ−ＩｎＰ側のウエル層ではレーザ
発振しにくくなる、という問題である。すなわち、電子
は軽いため、量子井戸構造に対して均一に入ることがで
きるが、ホールは重いために該量子井戸構造に対して均
一に入ることができず、これにより均一な発振が起こら
ないことによって、ゲインが理論値より小さくなってし
まうという問題があった。
る量子井戸構造の場合、ホールは質量が大きく、該ホー
ルに対するバリア層３のバリア効果が高いものであるた
め、ｐ−ＩｎＰクラッド層１側から量子井戸構造内に注
入されるホールが、ｐ−ＩｎＰクラッド層１に近いウエ
ル層で電子と再結合し、ｎ−ＩｎＰクラッド層２近傍ま
では至らないため、ｎ−ＩｎＰ側のウエル層ではレーザ
発振しにくくなる、という問題である。すなわち、電子
は軽いため、量子井戸構造に対して均一に入ることがで
きるが、ホールは重いために該量子井戸構造に対して均
一に入ることができず、これにより均一な発振が起こら
ないことによって、ゲインが理論値より小さくなってし
まうという問題があった。
【００１０】この発明は、上記のような従来の問題点を
解決するためになされたもので、ゲインの波長依存性が
平坦となり、波長可変幅の広い波長可変半導体レーザを
得ることを目的としている。
解決するためになされたもので、ゲインの波長依存性が
平坦となり、波長可変幅の広い波長可変半導体レーザを
得ることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる波長可
変半導体レーザは、層厚の互いに異なる複数の種類のウ
エル層を有し、各々、層厚の異なる複数のウエル層を層
厚の順に配置してなる，複数組の半導体積層構造を、周
期的に配置してなる量子井戸構造を、その活性層に有す
るものである。
変半導体レーザは、層厚の互いに異なる複数の種類のウ
エル層を有し、各々、層厚の異なる複数のウエル層を層
厚の順に配置してなる，複数組の半導体積層構造を、周
期的に配置してなる量子井戸構造を、その活性層に有す
るものである。
【００１２】また、この発明に係る波長可変半導体レー
ザは、層厚の互いに異なる複数の種類のウエル層を有
し、各々、各組ごとに異なる層厚のウエル層を含む複数
組の半導体積層構造を、上記ウエル層の層厚の順に配置
してなる量子井戸構造を、その活性層に有し、利得の高
い層厚のウエル層を含む組の半導体積層構造ほどそのウ
エル層数を少なくし、利得の低い層厚のウエル層を含む
組の半導体積層構造ほどそのウエル層数を多くしたもの
である。
ザは、層厚の互いに異なる複数の種類のウエル層を有
し、各々、各組ごとに異なる層厚のウエル層を含む複数
組の半導体積層構造を、上記ウエル層の層厚の順に配置
してなる量子井戸構造を、その活性層に有し、利得の高
い層厚のウエル層を含む組の半導体積層構造ほどそのウ
エル層数を少なくし、利得の低い層厚のウエル層を含む
組の半導体積層構造ほどそのウエル層数を多くしたもの
である。
【００１３】また、この発明にかかる波長可変半導体レ
ーザは、上記量子井戸構造の活性層を含む活性領域と、
該活性領域の共振器長方向の端部に連続して配置され
た、その等価屈折率を変化させることが可能な分布ブラ
ッグ反射器領域とを備えたものである。
ーザは、上記量子井戸構造の活性層を含む活性領域と、
該活性領域の共振器長方向の端部に連続して配置され
た、その等価屈折率を変化させることが可能な分布ブラ
ッグ反射器領域とを備えたものである。
【００１４】また、この発明にかかる波長可変半導体レ
ーザは、上記波長可変半導体レーザにおいて、ｉ（ｉ＝
１〜ｎ）番目のウエル層厚のウエル層を含む組の半導体
積層構造のウエル数Ｎi と、ｉ番目のウエル層厚のウエ
ル層の光閉じ込め係数Γｉと、ｉ番目のウエル層厚のウ
エル層のホール注入効率ηｉと、ｉ番目のウエル層厚の
ウエル層のゲインｇi との積が、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn であるようにした ものである。
ーザは、上記波長可変半導体レーザにおいて、ｉ（ｉ＝
１〜ｎ）番目のウエル層厚のウエル層を含む組の半導体
積層構造のウエル数Ｎi と、ｉ番目のウエル層厚のウエ
ル層の光閉じ込め係数Γｉと、ｉ番目のウエル層厚のウ
エル層のホール注入効率ηｉと、ｉ番目のウエル層厚の
ウエル層のゲインｇi との積が、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn であるようにした ものである。
【００１５】また、この発明にかかる波長可変半導体レ
ーザは、上記波長可変半導体レーザにおいて、ウエル層
の材料をＩｎＧａＡｓとしたものである。
ーザは、上記波長可変半導体レーザにおいて、ウエル層
の材料をＩｎＧａＡｓとしたものである。
【００１６】
【作用】この発明にかかる波長可変半導体レーザにおい
ては、層厚の互いに異なる複数の種類のウエル層を有
し、各々、層厚の異なる複数のウエル層を層厚の順に配
置してなる，複数組の半導体積層構造を、周期的に配置
してなる量子井戸構造を、その活性層に有するものとし
たので、ゲインの波長依存性が平坦になり、波長可変幅
の広い半導体レーザが得られる。
ては、層厚の互いに異なる複数の種類のウエル層を有
し、各々、層厚の異なる複数のウエル層を層厚の順に配
置してなる，複数組の半導体積層構造を、周期的に配置
してなる量子井戸構造を、その活性層に有するものとし
たので、ゲインの波長依存性が平坦になり、波長可変幅
の広い半導体レーザが得られる。
【００１７】また、この発明にかかる波長可変半導体レ
ーザにおいては、層厚の互いに異なる複数の種類のウエ
ル層を有し、各々、各組ごとに異なる層厚のウエル層を
含む複数組の半導体積層構造を、上記ウエル層の層厚の
順に配置してなる量子井戸構造を、その活性層に有し、
利得の高い層厚のウエル層を含む組の半導体積層構造ほ
どそのウエル層数を少なくし、利得の低い層厚のウエル
層を含む組の半導体積層構造ほどそのウエル層数を多く
したので、ゲインの波長依存性が平坦になり、波長可変
幅の広い半導体レーザが得られる。
ーザにおいては、層厚の互いに異なる複数の種類のウエ
ル層を有し、各々、各組ごとに異なる層厚のウエル層を
含む複数組の半導体積層構造を、上記ウエル層の層厚の
順に配置してなる量子井戸構造を、その活性層に有し、
利得の高い層厚のウエル層を含む組の半導体積層構造ほ
どそのウエル層数を少なくし、利得の低い層厚のウエル
層を含む組の半導体積層構造ほどそのウエル層数を多く
したので、ゲインの波長依存性が平坦になり、波長可変
幅の広い半導体レーザが得られる。
【００１８】この発明にかかる波長可変半導体レーザに
おいては、上記量子井戸構造の活性層を含む活性領域
と、該活性領域の共振器長方向の端部に連続して配置さ
れた、その等価屈折率を変化させることが可能な分布ブ
ラッグ反射器領域とを備えた構成としたので、波長可変
幅の広い波長可変ＤＢＲレーザが得られる。
おいては、上記量子井戸構造の活性層を含む活性領域
と、該活性領域の共振器長方向の端部に連続して配置さ
れた、その等価屈折率を変化させることが可能な分布ブ
ラッグ反射器領域とを備えた構成としたので、波長可変
幅の広い波長可変ＤＢＲレーザが得られる。
【００１９】また、この発明にかかる波長可変半導体レ
ーザにおいては、上記波長可変半導体レーザにおいて、
ｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目のウエル層厚のウエル層を含む組
の半導体積層構造のウエル数Ｎi と、ｉ番目のウエル層
厚のウエル層の光閉じ込め係数Γｉと、ｉ番目のウエル
層厚のウエル層のホール注入効率ηｉと、ｉ番目のウエ
ル層厚のウエル層のゲインｇi との積が、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn であるように したので、ゲインの波長依存性が平坦にな
り、波長可変幅の広い半導体レーザが得られる。
ーザにおいては、上記波長可変半導体レーザにおいて、
ｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目のウエル層厚のウエル層を含む組
の半導体積層構造のウエル数Ｎi と、ｉ番目のウエル層
厚のウエル層の光閉じ込め係数Γｉと、ｉ番目のウエル
層厚のウエル層のホール注入効率ηｉと、ｉ番目のウエ
ル層厚のウエル層のゲインｇi との積が、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn であるように したので、ゲインの波長依存性が平坦にな
り、波長可変幅の広い半導体レーザが得られる。
【００２０】
【００２１】
【実施例】実施例１
．以下本発明の実施例を図について説明する。
図１は、本発明の第１の実施例による波長可変半導体レ
ーザを説明するための図であり、図１(a) は該半導体レ
ーザの量子井戸構造のバンドダイアグラムを、図１(b)
は該量子井戸構造を構成する各ウエル層のゲインの波長
依存性を示している。図において、４はウエル層厚５ｎ
ｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓウエル層、５はウエル層厚
５．５ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓウエル層、６はウエ
ル層厚６ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓウエル層である。
また、７はウエル層厚５ｎｍのウエル層のゲインの波長
依存性を示す曲線、８はウエル層厚５．５ｎｍのウエル
層のゲインの波長依存性を示す曲線、９はウエル層厚６
ｎｍのウエル層のゲインの波長依存性を示す曲線をそれ
ぞれ示す。
図１は、本発明の第１の実施例による波長可変半導体レ
ーザを説明するための図であり、図１(a) は該半導体レ
ーザの量子井戸構造のバンドダイアグラムを、図１(b)
は該量子井戸構造を構成する各ウエル層のゲインの波長
依存性を示している。図において、４はウエル層厚５ｎ
ｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓウエル層、５はウエル層厚
５．５ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓウエル層、６はウエ
ル層厚６ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓウエル層である。
また、７はウエル層厚５ｎｍのウエル層のゲインの波長
依存性を示す曲線、８はウエル層厚５．５ｎｍのウエル
層のゲインの波長依存性を示す曲線、９はウエル層厚６
ｎｍのウエル層のゲインの波長依存性を示す曲線をそれ
ぞれ示す。
【００２２】本実施例の半導体レーザの構造は、従来例
のそれと同じであるのでその詳しい説明は省略する。本
実施例１の波長可変ＤＢＲレーザにおいては、量子井戸
構造は、図１(a) に示すようなエネルギバンドダイアグ
ラムになっている。この図１(a) 中では、左側の方がエ
ネルギが高くなっている。この構造においては、複数の
異なるウエル層厚のウエル層４，５，６が、交互に周期
的に積層された構造になっており、またそれぞれのウエ
ル層４，５，６のトータルの数は、等しくなっている。
この構成では、たとえｐ−ＩｎＰクラッド層１から注入
されたホールがｎ−ＩｎＰクラッド層２まで到達せずに
量子井戸構造内に不均一に分布することとなっても、こ
れらのホールは特定のウエル層厚のウエル層に片寄って
存在するものではなくなるので、図１(b) に示すよう
に、従来例のようにウエル層の配置がウエル層厚ごとに
順に並ぶ配置となっているものよりも、そのゲインの波
長依存性は大きく緩和されることとなる。従って、該波
長可変半導体レーザの波長可変幅も大きく増大すること
となる。
のそれと同じであるのでその詳しい説明は省略する。本
実施例１の波長可変ＤＢＲレーザにおいては、量子井戸
構造は、図１(a) に示すようなエネルギバンドダイアグ
ラムになっている。この図１(a) 中では、左側の方がエ
ネルギが高くなっている。この構造においては、複数の
異なるウエル層厚のウエル層４，５，６が、交互に周期
的に積層された構造になっており、またそれぞれのウエ
ル層４，５，６のトータルの数は、等しくなっている。
この構成では、たとえｐ−ＩｎＰクラッド層１から注入
されたホールがｎ−ＩｎＰクラッド層２まで到達せずに
量子井戸構造内に不均一に分布することとなっても、こ
れらのホールは特定のウエル層厚のウエル層に片寄って
存在するものではなくなるので、図１(b) に示すよう
に、従来例のようにウエル層の配置がウエル層厚ごとに
順に並ぶ配置となっているものよりも、そのゲインの波
長依存性は大きく緩和されることとなる。従って、該波
長可変半導体レーザの波長可変幅も大きく増大すること
となる。
【００２３】このような本実施例１の波長可変半導体レ
ーザでは、量子井戸構造の活性層を、層厚の互いに異な
る複数の種類のウエル層を有し、各々、層厚の異なる複
数のウエル層を層厚の順に配置してなる，複数組の半導
体積層構造を、周期的に配置してなるものとしたので、
その量子井戸構造の波長に対するゲインの特性は、例え
ば、低波長側で高いものとなり、従って、この構成で
は、たとえｐ−ＩｎＰクラッド層１から注入されたホー
ルがｎ−ＩｎＰクラッド層２まで到達せずに量子井戸構
造内に不均一に分布しても、特定の層厚のウエル層に片
寄ることはなく、従来例のようにウエル層の配置が活性
層全体にわたってウエル層厚ごとに順に並ぶ配置となっ
ているものよりも、ゲインの波長依存性は大きく緩和さ
れ、これによりその波長可変幅もこれを増大することの
できる波長可変半導体レーザが得られる効果がある。
ーザでは、量子井戸構造の活性層を、層厚の互いに異な
る複数の種類のウエル層を有し、各々、層厚の異なる複
数のウエル層を層厚の順に配置してなる，複数組の半導
体積層構造を、周期的に配置してなるものとしたので、
その量子井戸構造の波長に対するゲインの特性は、例え
ば、低波長側で高いものとなり、従って、この構成で
は、たとえｐ−ＩｎＰクラッド層１から注入されたホー
ルがｎ−ＩｎＰクラッド層２まで到達せずに量子井戸構
造内に不均一に分布しても、特定の層厚のウエル層に片
寄ることはなく、従来例のようにウエル層の配置が活性
層全体にわたってウエル層厚ごとに順に並ぶ配置となっ
ているものよりも、ゲインの波長依存性は大きく緩和さ
れ、これによりその波長可変幅もこれを増大することの
できる波長可変半導体レーザが得られる効果がある。
【００２４】実施例２．本発明の第２の実施例は、ウエ
ル層厚によってゲインの大きさが変わる影響をなくする
ため、ゲインの一番高いウエル層厚の層数を一定の値と
し、ゲインの小さいウエル層厚のウエルの数を順次増や
していくようにしたものであり、これにより、全体とし
てフラットな、つまり波長依存性の少ないゲインが得ら
れるようにしたものである。
ル層厚によってゲインの大きさが変わる影響をなくする
ため、ゲインの一番高いウエル層厚の層数を一定の値と
し、ゲインの小さいウエル層厚のウエルの数を順次増や
していくようにしたものであり、これにより、全体とし
てフラットな、つまり波長依存性の少ないゲインが得ら
れるようにしたものである。
【００２５】即ち、図３は本発明の第２の実施例による
半導体レーザ装置を示し、図３(a)に示すように、ゲイ
ンの一番高いウエル層厚、この例では５ｎｍのウエル層
４を３層にして、ゲインの小さいウエル層厚５．５ｎ
ｍ，６ｎｍ，のウエルの数を、例えば４層，５層と順次
増やしていけば、全体としてフラットな、つまり波長依
存性の少ないゲインを得ることができることとなる。こ
れを一般式として、数式で表わせば、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn となる。ここで、Ｎi は、各ｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目のウ
エル層厚のウエル層のウエル数、Γi は、各ｉ番目のウ
エル層厚のウエル層の光閉じ込め係数、ηi は、各ｉ番
目のウエル層厚のウエル層のホール注入効率、ｇi は、
各ｉ番目のウエル層厚のウエル層のゲインをそれぞれ表
す。上式を満足するようウエル数を選べば、フラットな
波長依存性のゲインが得られ、その結果、波長可変幅の
広い半導体レーザが得られる。
半導体レーザ装置を示し、図３(a)に示すように、ゲイ
ンの一番高いウエル層厚、この例では５ｎｍのウエル層
４を３層にして、ゲインの小さいウエル層厚５．５ｎ
ｍ，６ｎｍ，のウエルの数を、例えば４層，５層と順次
増やしていけば、全体としてフラットな、つまり波長依
存性の少ないゲインを得ることができることとなる。こ
れを一般式として、数式で表わせば、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn となる。ここで、Ｎi は、各ｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目のウ
エル層厚のウエル層のウエル数、Γi は、各ｉ番目のウ
エル層厚のウエル層の光閉じ込め係数、ηi は、各ｉ番
目のウエル層厚のウエル層のホール注入効率、ｇi は、
各ｉ番目のウエル層厚のウエル層のゲインをそれぞれ表
す。上式を満足するようウエル数を選べば、フラットな
波長依存性のゲインが得られ、その結果、波長可変幅の
広い半導体レーザが得られる。
【００２６】このような本実施例２による波長可変半導
体レーザでは、活性層を、層厚の異なる各複数のウエル
層を、該層厚の変化する順に配置してなる量子井戸構造
により構成し、該量子井戸構造を、利得の高い層厚のウ
エル層ほどそのウエル層数を少なくし、利得の低い層厚
のウエル層ほどそのウエル層数を多くしたので、たとえ
ｐ−ＩｎＰクラッド層１から注入されたホールがｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層２まで到達せずに量子井戸構造内に不均
一に分布することとなったしても、利得の低い層厚のウ
エル層の部分でもそのウエル層数を多くしていることに
よって所要の利得が得られることとなって、ゲインの波
長依存性は大きく緩和され、これによりその波長可変幅
もこれを増大することができるものが得られる効果があ
る。
体レーザでは、活性層を、層厚の異なる各複数のウエル
層を、該層厚の変化する順に配置してなる量子井戸構造
により構成し、該量子井戸構造を、利得の高い層厚のウ
エル層ほどそのウエル層数を少なくし、利得の低い層厚
のウエル層ほどそのウエル層数を多くしたので、たとえ
ｐ−ＩｎＰクラッド層１から注入されたホールがｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層２まで到達せずに量子井戸構造内に不均
一に分布することとなったしても、利得の低い層厚のウ
エル層の部分でもそのウエル層数を多くしていることに
よって所要の利得が得られることとなって、ゲインの波
長依存性は大きく緩和され、これによりその波長可変幅
もこれを増大することができるものが得られる効果があ
る。
【００２７】なお、上記各実施例では、ＤＢＲ領域を備
え、該ＤＢＲ領域の等価屈折率を変化させることによっ
て発振波長の制御を行なう、波長可変ＤＢＲレーザに適
用した場合について説明したが、本発明は、発振波長の
制御をＤＢＲ以外の他の構造によって行なう波長可変レ
ーザにも適用することができ、上記実施例と同様の効果
を奏する。
え、該ＤＢＲ領域の等価屈折率を変化させることによっ
て発振波長の制御を行なう、波長可変ＤＢＲレーザに適
用した場合について説明したが、本発明は、発振波長の
制御をＤＢＲ以外の他の構造によって行なう波長可変レ
ーザにも適用することができ、上記実施例と同様の効果
を奏する。
【００２８】また、レーザを構成する半導体材料も上記
実施例に示すものに限られるものではなく、ＧａＡｓ系
等他の材料系を用いて構成したレーザにも適用可能であ
ることは言うまでもない。
実施例に示すものに限られるものではなく、ＧａＡｓ系
等他の材料系を用いて構成したレーザにも適用可能であ
ることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】以上のように、この発明にかかる波長可
変半導体レーザによれば、層厚の互いに異なる複数の種
類のウエル層を有し、各々、層厚の異なる複数のウエル
層を層厚の順に配置してなる、複数組の半導体積層構造
を、周期的に配置してなる量子井戸構造を、その活性層
に有するものとしたので、ゲインの波長依存性が平坦に
なり、波長可変幅の広い波長可変半導体レーザを得るこ
とができる効果がある。
変半導体レーザによれば、層厚の互いに異なる複数の種
類のウエル層を有し、各々、層厚の異なる複数のウエル
層を層厚の順に配置してなる、複数組の半導体積層構造
を、周期的に配置してなる量子井戸構造を、その活性層
に有するものとしたので、ゲインの波長依存性が平坦に
なり、波長可変幅の広い波長可変半導体レーザを得るこ
とができる効果がある。
【００３０】また、この発明にかかる波長可変半導体レ
ーザによれば、層厚の互いに異なる複数の種類のウエル
層を有し、各々、各組ごとに異なる層厚のウエル層を含
む複数組の半導体積層構造を、上記ウエル層の層厚の順
に配置してなる量子井戸構造を、その活性層に有し、利
得の高い層厚のウエル層を含む組の半導体積層構造ほど
そのウエル層数を少なくし、利得の低い層厚のウエル層
を含む組の半導体積層構造ほどそのウエル層数を多くし
たので、ゲインの波長依存性が平坦になり、波長可変幅
の広い波長可変半導体レーザを得ることができる効果が
ある。
ーザによれば、層厚の互いに異なる複数の種類のウエル
層を有し、各々、各組ごとに異なる層厚のウエル層を含
む複数組の半導体積層構造を、上記ウエル層の層厚の順
に配置してなる量子井戸構造を、その活性層に有し、利
得の高い層厚のウエル層を含む組の半導体積層構造ほど
そのウエル層数を少なくし、利得の低い層厚のウエル層
を含む組の半導体積層構造ほどそのウエル層数を多くし
たので、ゲインの波長依存性が平坦になり、波長可変幅
の広い波長可変半導体レーザを得ることができる効果が
ある。
【００３１】また、本発明にかかる波長可変半導体レー
ザによれば、層厚の互いに異なる複数の種類のウエル層
を上記量子井戸構造の活性層を含む活性領域と、該活性
領域の共振器長方向の端部に連続して配置された、その
等価屈折率を変化させることが可能な分布ブラッグ反射
器領域とを備えた構成としたので、波長可変幅の広い波
長可変ＤＢＲレーザを得ることができる効果がある。
ザによれば、層厚の互いに異なる複数の種類のウエル層
を上記量子井戸構造の活性層を含む活性領域と、該活性
領域の共振器長方向の端部に連続して配置された、その
等価屈折率を変化させることが可能な分布ブラッグ反射
器領域とを備えた構成としたので、波長可変幅の広い波
長可変ＤＢＲレーザを得ることができる効果がある。
【００３２】また、本発明にかかる波長可変半導体レー
ザによれば、上記波長可変半導体レーザにおいて、ｉ
（ｉ＝１〜ｎ）番目のウエル層厚のウエル層を含む組の
半導体積層構造のウエル数Ｎi と、ｉ番目のウエル層厚
のウエル層の光閉じ込め係数Γｉと、ｉ番目のウエル層
厚のウエル層のホール注入効率ηｉと、ｉ番目のウエル
層厚のウエル層のゲインｇi との積が、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn であるようにしたので、さらに ゲインの波長依存性が平
坦になり、波長可変幅の広い波長可変半導体レーザを得
ることができる効果がある。
ザによれば、上記波長可変半導体レーザにおいて、ｉ
（ｉ＝１〜ｎ）番目のウエル層厚のウエル層を含む組の
半導体積層構造のウエル数Ｎi と、ｉ番目のウエル層厚
のウエル層の光閉じ込め係数Γｉと、ｉ番目のウエル層
厚のウエル層のホール注入効率ηｉと、ｉ番目のウエル
層厚のウエル層のゲインｇi との積が、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn であるようにしたので、さらに ゲインの波長依存性が平
坦になり、波長可変幅の広い波長可変半導体レーザを得
ることができる効果がある。
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施例による波長可変半導体レ
ーザの量子井戸構造のバンドダイアグラムを示す図（図
１(a) ），及びゲインの波長依存性を示す図（図１
(b)）である。
ーザの量子井戸構造のバンドダイアグラムを示す図（図
１(a) ），及びゲインの波長依存性を示す図（図１
(b)）である。
【図２】従来の波長可変半導体レーザの素子断面図（図
２(a) ），その量子井戸構造のバンドダイアグラムを示
す図（図２(b) ），そのゲインの波長依存性を示す図
（図２(c) ），及びその発振波長とＤＢＲ領域への注入
電流の関係を示す図（図２(d) ）である。
２(a) ），その量子井戸構造のバンドダイアグラムを示
す図（図２(b) ），そのゲインの波長依存性を示す図
（図２(c) ），及びその発振波長とＤＢＲ領域への注入
電流の関係を示す図（図２(d) ）である。
【図３】本発明の第２の実施例による波長可変半導体レ
ーザの量子井戸構造のバンドダイアグラムを示す図（図
３(a) ），及びそのゲインの波長依存性を示す図（図３
(b) ）である。
ーザの量子井戸構造のバンドダイアグラムを示す図（図
３(a) ），及びそのゲインの波長依存性を示す図（図３
(b) ）である。
１ ｐ−ＩｎＰクラッド層
２ ｎ−ＩｎＰクラッド層
３ ＩｎＧａＡｓＰバリア層
４ ウエル層厚５ｎｍのＩｎＧａＡｓウエル層
５ ウエル層厚５．５ｎｍのＩｎＧａＡｓウエル層
６ ウエル層厚６ｎｍのＩｎＧａＡｓウエル層
７ ウエル層厚５ｎｍのゲインの波長依存性を示す
曲線 ８ ウエル層厚５．５ｎｍのゲインの波長依存性を
示す曲線 ９ ウエル層厚６ｎｍのゲインの波長依存性を示す
曲線 １０ 活性層 １１ 回折格子 １２ 活性領域 １３ ＤＢＲ領域
曲線 ８ ウエル層厚５．５ｎｍのゲインの波長依存性を
示す曲線 ９ ウエル層厚６ｎｍのゲインの波長依存性を示す
曲線 １０ 活性層 １１ 回折格子 １２ 活性領域 １３ ＤＢＲ領域
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−214683（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−179488（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−304993（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−37083（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−165087（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−278291（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/343
Claims (5)
- 【請求項１】 複数の波長のレーザ光を発生可能な活性
層を有する波長可変半導体レーザにおいて、 層厚の互いに異なる複数の種類のウエル層を有し、各
々、層厚の異なる複数のウエル層を層厚の順に配置して
なる，複数組の半導体積層構造を、周期的に配置してな
る量子井戸構造を、その活性層に有することを特徴とす
る波長可変半導体レーザ。 - 【請求項２】 複数の波長のレーザ光を発生可能な活性
層を有する波長可変半導体レーザにおいて、 層厚の互いに異なる複数の種類のウエル層を有し、各
々、各組ごとに異なる層厚のウエル層を含む複数組の半
導体積層構造を、上記ウエル層の層厚の順に配置してな
る量子井戸構造を、その活性層に有し、 利得の高い層厚のウエル層を含む組の半導体積層構造ほ
どそのウエル層数を少なくし、利得の低い層厚のウエル
層を含む組の半導体積層構造ほどそのウエル層数を多く
した ことを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の波長可
変半導体レーザにおいて、上記量子井戸構造の活性層を含む活性領域と、 該活性領域の共振器長方向の端部に連続して配置され
た、その等価屈折率を変化させることが可能な分布ブラ
ッグ反射器領域とを備えた ことを特徴とする波長可変半
導体レーザ。 - 【請求項４】 請求項２記載の波長可変半導体レーザに
おいて、ｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目のウエル層厚のウエル層を含む組
の半導体積層構造のウエル数Ｎi と、ｉ番目のウエル層
厚のウエル層の光閉じ込め係数Γｉと、ｉ番目のウエル
層厚のウエル層のホール注入効率ηｉと、ｉ番目のウエ
ル層厚のウエル層のゲインｇi との積が、 Ｎ1 ・Γ1 ・η1 ・ｇ1 ＝・・・＝Ｎi ・Γi ・ηi ・ｇi ＝・・・ ＝Ｎn ・Γn ・ηn ・ｇn であることを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４に記載の波長可
変半導体レーザにおいて、ウエル層の材料がＩｎＧａＡｓであることを特徴とする
波長可変半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01127094A JP3407065B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 波長可変半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01127094A JP3407065B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 波長可変半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07221403A JPH07221403A (ja) | 1995-08-18 |
| JP3407065B2 true JP3407065B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=11773288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01127094A Expired - Fee Related JP3407065B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 波長可変半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3407065B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08236868A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Gijutsu Kenkyu Kumiai Shinjoho Shiyori Kaihatsu Kiko | 面型半導体光増幅素子 |
| JPH118442A (ja) * | 1996-10-07 | 1999-01-12 | Canon Inc | 光半導体デバイス、それを用いた光通信システム及び方法 |
| JP4069479B2 (ja) * | 1997-02-19 | 2008-04-02 | ソニー株式会社 | 多重量子井戸型半導体発光素子 |
| JP3033517B2 (ja) * | 1997-04-17 | 2000-04-17 | 日本電気株式会社 | 半導体波長可変レーザ |
| TW525306B (en) * | 2001-04-19 | 2003-03-21 | Univ Nat Taiwan | Technique using multi-layer quantum well of different widths for increasing the light emitting bandwidth of semiconductor photoelectric device |
| JP2006203100A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザおよび光送信器モジュール |
| KR100693632B1 (ko) * | 2005-02-18 | 2007-03-14 | 엘에스전선 주식회사 | 광대역 이득을 갖는 양자우물 레이저 다이오드 |
| JP2009124009A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置 |
| JP2009152261A (ja) * | 2007-12-19 | 2009-07-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置 |
| JPWO2016143579A1 (ja) | 2015-03-06 | 2017-12-14 | 古河電気工業株式会社 | 半導体光素子 |
| JP6807643B2 (ja) * | 2016-01-08 | 2021-01-06 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
-
1994
- 1994-02-03 JP JP01127094A patent/JP3407065B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH07221403A (ja) | 1995-08-18 |
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