JP3420422B2

JP3420422B2 - 量子細線を利用した半導体光デバイスおよびそれを用いた光源装置、光通信方式、光通信システム

Info

Publication number: JP3420422B2
Application number: JP03438196A
Authority: JP
Inventors: 誠一宮澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 2003-06-23
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JPH09214060A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速変調時等にお
いても動的波長変動を抑えて直接変調方式での駆動を可
能とする偏波スイッチングする半導体レーザ及び偏波無
依存の光増幅器などの半導体光デバイス、並びにその作
製法等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】偏波スイッチング可能な動的単一モード
（ＤｙｎａｍｉｃＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅ）半導体レ
ーザとして、既に、小振幅のデジタル信号を注入電流に
重畳してデジタル偏波変調を可能にする素子構造が提案
されている。

【０００３】これは、グレーティングからなる分布反射
器を半導体レーザ共振器内部に導入し、その波長選択性
を利用する構造のＤＦＢレーザを用いたものであった。
このレーザでは、発振波長近傍の波長の光のＴＥ、ＴＭ
モードの両方に対して、発振しきい値程度の電流注入条
件下の利得をおおよそ同程度のものとするために、活性
層の量子井戸に引っ張り歪を導入したり、ブラッグ波長
を利得スペクトルのピークよりも短波長側に設定したり
している。そして、複数の電極を持つ構成とし、これら
の複数の電極に対して不均一に電流注入を行うものであ
った。こうして、不均一注入によって共振器の等価屈折
率を不均一に変化させて、ＴＥモードとＴＭモードのう
ちで、位相整合条件を満たして最低のしきい値利得とな
る波長と偏波モードで発振させる。この際、不均一注入
のバランスを僅かに変えることで位相条件の競合関係が
変化して、発振波長と偏波モードを変えることができる
というものであった。このデバイスでは、出力側と変調
側に対する不均一注入の効果を非対称に引き出すため
に、片面無反射コーティングとすること、２つの電極長
を変えるという様な構造的な非対称性を導入することが
有効であった。

【０００４】また、特開平２−１１７１９０において、
直列または並列に接続された２つの半導体装置から成
り、その一方は主として特定の偏光状態の波を発生また
は増幅し、他方は主として別の偏光状態の波を発生また
は増幅するものが、１つの共同層または互いに平行する
層に設けられている半導体レーザ装置が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、従来提案
されている位相条件で偏波モードを選択するＤＦＢ型の
偏波スイッチングレーザでは、発振モードの選択が端面
位相に敏感であった。そのために、デバイスの発振波
長、偏波モードの電流注入条件依存性の複雑な振る舞い
や、デバイス間での偏波モードの特性のばらつきが生じ
ていた。また、この点を改良するべく両側の端面に無反
射コーティングを施すと、デバイスの導波方向の非対称
性が弱くなり、不均一注入の効果が弱まって安定した偏
波スイッチングが得られないという問題点があった。ま
た、特開平２−１１７１９０による提案においては、リ
ッジの幾何学的形状の選定によって特定の偏波状態の波
を発生または増幅するものとしているのであり、リッジ
作成時のエッチング深さ、リッジ幅のプロセス上のばら
つきに歩留まりが左右されるという問題点があった。

【０００６】よって、本発明の目的は、再現性が良く安
定して動作する偏波変調半導体レーザ、偏波無依存の光
増幅器などの半導体光デバイス及びそれを用いた光源装
置、光通信方式、光通信システム等を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する為に、
本出願の第１の発明は、共振器方向に直列に形成された
少なくとも２つの領域を持つ半導体レーザ構造を含み構
成される半導体光デバイスであって、ＴＥモードとＴＭ
モードの利得がほぼ等しい第１の活性領域と、量子細線
を有し、ＴＥモードとＴＭモードの利得が互いに異なる
第２の活性領域を含み、共振器を構成する該第１と第２
の活性領域に独立に電流注入するための電極が設けられ
ていることを特徴とする半導体光デバイスに関わる。請
求項１、３に対応し、第１実施例等に示す。

【０００８】本出願の第２の発明は、両方の偏波モード
利得のほぼ等しいか一方の偏波モード利得が僅かに大き
な第１の活性領域が、少なくとも２つ以上の断面形状の
異なる量子細線で形成されていることを特徴とする。請
求項２に対応し、第２実施例に示す。

【０００９】本出願に係る第３の発明は、ＴＥ及びＴＭ
モード利得のほぼ等しい領域、量子細線を含みＴＥモー
ド利得が優位な領域、及び量子細線を含んだＴＭモード
利得が優位な領域を含み、個々の領域に独立に電流注入
することが可能なことを特徴とする半導体光デバイスで
ある。請求項４に対応し、第３実施例に示す。

【００１０】本出願に係る第４の発明は、グレーティン
グなどの波長選択手段を持ったＴＥ／ＴＭ選択半導体レ
ーザ及び光増幅器などの半導体光デバイスである。請求
項５に対応し、第４実施例に示す。

【００１１】本出願に係る第５の発明は、前記量子細線
が、凹凸構造が形成された｛１１１｝面又は｛１１０｝
面又はこれらの面から僅かに傾いた基板上に形成されて
いることを特徴とする。この様に、ＩＩＩ−Ｖ族におい
て凹凸構造が形成された｛１１１｝面又は｛１１０｝面
又はこれらの面から僅かに傾いた基板を用い、量子細線
の作製精度及び再現性を上げている。請求項６に対応
し、第５、第７実施例に示す。

【００１２】本出願に係る第６の発明は、ＩＩＩ−Ｖ族
において両性不純物を使用する事により電流の閉じ込め
効率の良い構成にしている。請求項７に対応し、第６実
施例に示す。

【００１３】本出願に係る第７の発明は、本発明のレー
ザの端面に低反射膜を形成しないで、偏波変調可能な半
導体レーザとして構成したものである。請求項８に対応
し、第１実施例等に示す。

【００１４】本出願に係る第８の発明は、光増幅器に関
するものである。本発明のレーザの端面に低反射膜を形
成することにより、光アンプとして使用したものであ
る。請求項９に対応し、第８実施例に示す。

【００１５】本出願に係る第９の発明は、上記構造の半
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
す偏光子などの偏光選択手段とから成る光源装置として
構成される。請求項１０に対応し、第９実施例に示す。

【００１６】本出願に係る第１０の発明は、上記構造の
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
出す偏光選択手段とから成る光源装置を備えた光送信
機、前記偏光選択手段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として構成さ
れる。請求項１１に対応し、第９、第１０実施例に示
す。

【００１７】本出願に係る第１１の発明は、上記構造の
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
出す偏光選択手段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
選択手段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
信方法に関わる。請求項１２に対応し、第９、第１０実
施例に示す。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明では以下の基本的概念を実
現する為の最適化構造を提供するものである。本発明を
実現する第１の技術は、活性層に一次元量子細線を用い
ることにより、半導体レーザのＴＥ／ＴＭモード利得が
ほぼ等しいか僅かに一方が大きい領域と、他方のモード
利得が大きくなる様な領域を形成する。こうして、半導
体レーザの利得のＴＥ／ＴＭモードを制御するものであ
る。まず、量子細線による偏波モードの基本的概念を記
述する。たとえば、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す
様な量子細線構造を半導体レーザの活性層に使用し、そ
の細線の長手方向をレーザストライプ（即ち共振器方
向）に平行とする。各細線のレーザストライプに直交す
る断面の活性層の面方向の長さをＬｙ、厚さ方向の長さ
をＬｚとすると、Ｌｙ／Ｌｚ≫１の場合、ｚ方向に垂直
な量子薄膜と等価になることからＴＥ偏光の利得が高く
なり図１（ｂ）となる。Ｌｙ＝Ｌｚの場合は、無偏光と
なる。そして、Ｌｙ／Ｌｚ＜１の場合はＴＭ偏光を示す
様になる。さらにＬｙ／Ｌｚを小さくすれば、垂直な量
子薄膜と等しくなりＴＭ偏光の利得が高くなり図ｌ
（ｃ）に示す様なものとなる。

【００１９】本発明の基本的考え方を図２をもって説明
する。本発明の構成は、ＴＥ、ＴＭの利得のほは等しい
か僅かに一方が優位な第一の領域と、第一の領域と異な
る偏波モードを優位に発生する第２の領域を有した構成
から成る。こうして、半導体レーザおよび光増幅器等を
提供するものである。この結果、偏波を僅かな電流で切
り替えることが可能となり、発振スペクトルの半値幅の
狭い半導体レーザが作製できる。また、駆動用電気回路
の負担も低減する。

【００２０】（第１実施例）図２（ａ）は、本実施例の
構成図である。構成は以下の通りである。１は基板であ
るところのｎ−ＩｎＰ基板、２はバッファ層であるＳｉ
ｄｏｐｅｄＩｎＰ（厚さ１．５μｍ）、３は活性領
域でありｕｎｄｏｐｅｄとした。４は上部クラッド層で
あるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＰ（厚さ１．５μｍ）、５
はキャップ層であるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ
（厚さ０．５μｍ）である。

【００２１】活性領域３は前記したように２つの領域を
持つ。６はＴＥ、ＴＭモードの利得がほぼ同じになるよ
うに形成されている。ここでは、通常のバルク活性層で
あるｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰを使用し、厚みは
０．ｌμｍであり、発振波長は１．５μｍに合わせてあ
る。この６の領域はＴＥ、ＴＭ利得がほぼ同じである
が、発振する時にはＴＥモードが優位となる領域であ
る。この領域６に直列にもう一方の領域７を形成する。
この領域７は量子細線であり、量子細線の活性層はｕｎ
ｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓで、量子細線はｕｎｄｏｐｅ
ｄＩｎＧａＡｓＰのバリアで挟まれている。発振波長
は１．５μｍに合わせてあり、ＴＭモードが優位になる
ように形成されている。この２つの領域６、７は、図２
（ｂ）に示す様に、直列に形成する。

【００２２】更に、図２（ａ）において、８は発振した
レーザ光の放出方向、９はＴＥ、ＴＭ利得がほぼ等しい
領域６に電流を注入するための電極、ｌ０はＴＭモード
が優位な量子細線領域７に電流を注入する為の電極であ
る。

【００２３】図２（ｃ）は、バルク領域６のＴＥ、ＴＭ
モード利得変化である。縦軸はモード利得、横軸は波長
であり、バルク領域６は、ほぼＴＥ、ＴＭ利得は同じで
あることがわかる。図２（ｄ）は、量子細線領域７でＴ
Ｍモードが優位であることがわかる。

【００２４】駆動方法について記述する。ＴＥモードで
レーザを発振させる時には、量子細線領域７に吸収領城
にならない程度のキャリアを供給しておき、バルク領域
６に発振に必要なキャリア（電流）を供給してＴＥモー
ドでレーザを発振する。このレーザの発振モードを、Ｔ
Ｍにするには量子細線領域７のキャリアを僅かに変化さ
せればよい。すでに、バルク領域６はＴＥモードのみで
なくＴＭモードの利得も有していることから、量子細線
領域７での僅かなＴＭ利得の増加でＴＥモード発振か
ら、ＴＭモード発振に変化する。

【００２５】以上説明した様に、ＴＥ、ＴＭモードを安
定に変化させることができると共に、僅かなキャリアの
変化でＴＥ、ＴＭモードをコントロールする偏波変調レ
ーザが実現できた。

【００２６】（第２実施例）本発明の第２実施例は、Ｔ
Ｅ、ＴＭ利得がほぼ等しい領域を量子細線で作製したこ
とを特徴とした半導体レーザ、光増幅器である。量子細
線にすることにより、ＴＥ、ＴＭモード利得比を精度良
く作製することができる。図３（ａ）を用いて構成を説
明する。

【００２７】図３（ａ）において、１１は基板であると
ころのｎ−ＩｎＰ基板、１２はバッファ層であるＳｉ
ｄｏｐｅｄＩｎＰ（厚さ１．５μｍ）、１３は活性領
城でありｕｎｄｏｐｅｄとした。１４は上部クラッド層
であるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＰ（厚さ１．５μｍ）、
１５はキャップ層であるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡ
ｓ（厚さ０．５μｍ）である。１３に示した活性層は２
つの領域を持つ。

【００２８】第１の領域はＴＥ、ＴＭ利得がほぼ等しい
領域であり、図３（ａ）に示す１６、１７の２つの量子
細線により形成されている。１６はＴＥモード利得が大
きな量子細線で、１７はＴＭモード利得が大きな量子細
線である。この２つの量子細線１６、１７によりＴＥ、
ＴＭ利得がほぼ等しい領域が形成されている。ここで
は、僅かにＴＭモードが優位になるように、１７の量子
細線の利得を大きくした。この第１の領域に接して、Ｔ
Ｅモード利得の大きな第２の領域を形成する。第２の領
域は１８による量子細線により形成されている。この量
子細線１８はＴＥ利得が優位になっている。更に、図３
（ａ）中、１９は発振したレーザ光の放出方向、２０は
第１活性領域への電流注入電極、２１は第２活性領城へ
の電流注入電極である。これら量子細線１６、１７、１
８の活性層はｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓで、量子細
線はｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰのバリアで挟まれ
ている。発振波長は１．５μｍに合わせた。

【００２９】図３（ｂ）は、第１の領域１６、１７のＴ
Ｍ、ＴＥモード利得比である。図３（ｃ）は第２の領域
１８のモード利得比である。この構成により、ＴＭモー
ドで発振させたい時には、第１の領域１６、１７の発振
が支配的になる様に電流を流しておく。ＴＥモードで発
振させたい時には、第１領域のＴＥモード利得を補助す
るように、第２の領域１８の電流を僅かに増やすことに
よりＴＥモードで発振させることができる。この結果、
僅かな電流（キャリア）の変化でモードが切り替わる
為、発振スペクトル幅の狭いレーザが得られる。本実施
例では、第１の領域が２つの異なる量子細線１６、１７
により形成されているため、量子細線形状などにより容
易にＴＥ、ＴＭモード利得比が精度良く規定することが
可能となった。

【００３０】（第３実施例）本実施例は、ＴＥ、ＴＭモ
ードの利得がそれぞれ優位な領域と、ＴＥ、ＴＭ利得が
ほぼ同じ領域により、レーザが形成されている。図４を
用いて説明する。３１は基板であるところのｎ−ＩｎＰ
基板、３２はバッファ層であるＳｉｄｏｐｅｄＩｎ
Ｐ（厚さ１．５μｍ）、３３は活性領域でありｕｎｄｏ
ｐｅｄとした。３４は上部クラッド層であるＢｅｄｏ
ｐｅｄＩｎＰ（厚さ１．５μｍ）、３５はキャップ層
であるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ（厚さ０．５μ
ｍ）である。

【００３１】活性領域３３は前記したように３つの領域
を持つ。３６はＴＭモードの利得が大きくなるように形
成された量子細線領域である。３７はＴＥモードの利得
が大きくなるように形成された量子細線領域である。３
８はＴＥ、ＴＭ利得がほぼ等しい領域により形成されて
いる領域であり、ここでは、通常のバルク活性層である
ｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰを使用し、厚みは０．
１μｍ、発振波長は１．５μｍに合わせてある。３９
は、３６のＴＭ利得が大きな活性層３６にキャリア（電
流）を注入する為の電極である。４０は、ＴＥ、ＴＭ利
得が同程度の３８の活性領域ヘキャリアを注入する電極
である。４１は、ＴＥ利得が優位な３７の活性領域ヘキ
ャリアを注入する電極である。

【００３２】このレーザは、３８のＴＥ、ＴＭ利得領域
により、ＴＥ、ＴＭ両方の利得をレーザ発振しきい付近
まで上げておき、３６、３７に示した夫々ＴＭ、ＴＥモ
ードが優位な領域の僅かなキャリア変化（一方の領域に
変調電流を注入しても良いし、両方の領域に逆相の変調
電流を注入しても良い）によりＴＥ、ＴＭモード利得を
変化させようとしたものである。本実施例においても、
ＴＥ、ＴＭモードの切り替えは僅かなキャリア変化によ
り行えることにより、発振スペクトルの狭いレーザがで
きると共に、ＴＥ、ＴＭモード独自の利得領域を持つこ
とにより、ＴＥ、ＴＭモード発振スイッチングがさらに
安定になった。

【００３３】（第４実施例）第４の実施例の特徴は、第
３の実施例に示した構成に波長選択機能を付けたことに
ある。図５をもって説明する。５１は基板であるところ
のｐ−ＩｎＰ基板、５２はクラッド層であるＢｅｄｏ
ｐｅｄＩｎＰ（厚さ２．０μｍ）、５３は活性領域で
ありｕｎｄｏｐｅｄとした。５４は上部クラッド層であ
るＳｉｄｏｐｅｄＩｎＰ（厚さ２．０μｍ）、５５
はキャップ層であるＳｉｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ（厚
さ０．．５μｍ）である。

【００３４】活性領域５３は前記したように３つの領域
を持つ。５６はＴＭモードの利得が大きくなるように形
成された量子細線領域である。５７はＴＥモードの利得
が大きくなるように形成された量子細線領域である。５
８は、ＴＥ、ＴＭ利得がほぼ等しい領域により形成され
ている領域であり、ここでは、通常のバルク活性層であ
るｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰを使用し、厚みは
０．１μｍ、発振波長は１．５５μｍに合わせてある。
５９は、５６のＴＭ利得が大きな活性層５６にキャリア
（電流）を注入する為の電極である。６０は、ＴＥ、Ｔ
Ｍ利得が同程度の５８の活性領域ヘキャリアを注入する
電極である。６１は、ＴＥ利得が優位な５７の活性領域
ヘキャリアを注入する電極である。ここで、６２は、レ
ーザの発振波長を決定するグレーティングである。この
グレーティング６２は、Ｈｅ−Ｃｄレーザによる干渉露
光法により形成した。ピッチは２４０ｎｍである。この
グレーティング６２を用いることにより、発振波長が
１．５３８μｍに固定され、かつ量子細線領域５６、５
７へのキャリアの注入によりＴＥ、ＴＭモードが切り替
えられた。こうして、波長安定化偏波変調レーザが作製
できた。

【００３５】尚、５８のＴＥ、ＴＭモード利得のほぼ等
しい領域は、バルク活性層に限られない。前記した量子
細線、量子箱等で構成することも適した方法である。ま
た、本実施例では、５９、６０、６１に示す電極が繋が
っている様に表示されているが、実際上は独立で分離さ
れている。さらに、電流の広がりを考慮した場合には、
５９、６０、６１の電極間は、５５のキャップ層の全
層、および５４のクラッド層の一部までエッチングして
おくことが望ましい。この結果、電流のクロストークが
小さくなり、ＴＥ、ＴＭモードおよび出力等の安定度が
増加する。電極の分離は本実施例のみに限らず、上記の
実施例においても重要である。また、波長選択機能につ
いても、上記の実施例の構造においても実現可能であ
る。上記実施例において、位相調整領域を設けてもよい
し、電極を複数にして各電極への注入電流を制御して発
振波長をチューナブルにもできる。

【００３６】（第５実施例）次に本発明の第５の実施例
を図６をもって説明する。本実施例では、断面形状の異
なる量子細線をグレーティングを用いて作製する方法を
提案する。

【００３７】図６（ａ）において、ジンクブレンド（閃
亜鉛鉱）構造を有した半導体｛１１１｝面から５度（０
〜２０度位ならよい）の面方位を持つ半導体基板７１上
に、７９に示した様にピッチΛｌのグレーティング７２
を形成する。作製法としては、干渉露光法とドライエッ
チングを利用する。図６（ａ）中、７２は干渉露光にて
作製されたピッチ２４０ｎｍの周期構造であり、固体ソ
ースのＭＢＥ法、または一部の分子線源をガス化したＧ
ＳＭＢＥ法、または分子線源に有機金属を用いるＭＯＭ
ＢＥ法、または全ての分子線源をガス化したＣＢＥ法に
よって、周期構造７２上に半導体膜７３を成長する。

【００３８】この時に、成長条件として斜面部分の面７
５（｛１００｝面）より平面７８（｛１１１｝面）での
成長速度が遅くなるような条件を選ぶことである。｛１
１１｝面からなるテラス７８と｛１００｝面又は｛１１
３｝のステップからなる面７５の組み合わせは、成長速
度差がつきやすい本条件に適した構成である。こうし
て、ノコギリ形状７４を形成することができる。この上
に同様の条件で、半導体膜７３とは異なる材質の半導体
膜７６を成長する。この結果、７６の半導体膜はステッ
プ部分７５に集中するような形となる。この半導体膜７
６上に、７６の半導体膜とは異なる７７の半導体膜を堆
積する。この繰り返しにより組成の異なる領域が部分的
に形成できる。

【００３９】上述した様に、本実施例の１つのポイント
は成長速度の異なる面を形成することにある。７６の様
に形成された膜の成長しやすい面上の部分の一片の長さ
が、量子効果が期待出来るサイズ（＜５０ｎｍ）程度
で、容易に制御できることを満たせば、容易に半導体領
域を細線状に部分的に閉じ込めることができる。成長法
としては、先にも記述した固体ソースのＭＢＥ法、ＧＳ
ＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ法、ＣＢＥ法の他にＭＯＣＶＤ
法、ＭＯＶＰＥ法、ＯＭＶＰＥ法などによって半導体結
晶を成長できる。

【００４０】ここで、半導体膜７６に形成される量子細
線の大きさについて記述する。量子効果を得るためには
半導体膜７６の一辺を５０ｎｍ以下にすることが必要で
ある。そして、この部分の大きさは図６（ａ）の７９に
示した様に、グレーティングのピッチ７９と（１１１）
面からの傾斜角で決定される。具体的な一例を述べる。
図６（ｂ）は図６（ａ）の一部分を拡大したものであ
る。８１は、干渉露光とドライエッチングにて作製した
グレーティングピッチである。Λ１は１２０ｎｍであ
る。この上にエピタキシャル法によって膜８５を積層す
ると、ステップ（１００）面の幅８４（Ｂ）は次の様な
式で決定される。Ｂ＝Λ１ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’ ここでθは｛１１１｝面からの基板の傾斜角度８２、
θ’は、ここでは｛１１１｝面とステップを形成してい
る面（例えば（１００）面とすると、この面）がなす角
θ’（８３）＝５４．７度である。基板の傾斜角８２を
θ＝５度程度とすると、ステップに形成される（１０
０）面の幅８４（Ｂ）は１２ｎｍとなる。この上にエピ
タキシャル成長により、結晶を成長する。例えば、ＭＢ
Ｅ法を用いたＧａＡｓ上のＧａＡｓ膜の成長であれば、
（１００）面と（１１１）面との成長速度の差は３倍程
度とれ（１００）面の方が速い。図６（ａ）に示した様
にステップ７５に対応したところに量子細線が形成され
る。供給する材料を変えることにより、量子細線の多層
化が可能である。この様に正確な量子細線を規定するこ
とができる。

【００４１】こうして作製した量子細線の利得領域を複
数、或はバルク領域と集積することにより、安定にＴＥ
／ＴＭ変調するレーザが作製できる。

【００４２】（第６実施例）本発明の第６の実施例につ
いて図７を用いて以下に記述する。本実施例は量子細線
に注入される電流方向を規定することにより効率よくＴ
Ｅ／ＴＭモード変調を実現しようとするものである。

【００４３】基本的概念について説明する。ＳｉはＩＩ
Ｉ−Ｖ化合物にとって両性不純物として働く。Ｇａサイ
トに入れ替わればｎ型に、Ａｓサイトと入れ替わればｐ
型に極性を変化させる。一般的に、｛１１１｝Ａ面上に
ＳｉｄｏｐｅｄＧａＡｓを成長させるとｐ型ＧａＡ
ｓが成長できる。これに対して｛１００｝面上に成長さ
せるとｎ型が形成できる。この特性を利用して電流狭窄
を実現する。

【００４４】この特性を利用し量子細線に電流を注入す
る方法について述べる。図７（ａ）は本実施例の半導体
レーザの活性層領域を示した図である。基板には｛１１
１｝面から数度傾いたものを用い、ｐ‐ＡＩＧａＡｓク
ラッド層である９１を成長した。このクラッド層９１上
に、９２に示したｐ−ＡｌＧａＡｓグレーティングを形
成する。この上に、Ｂｅ−ｄｏｐｅｄＧａＡｓまたは
ＡｌＧａＡｓを成長するとグレーティングはノコギリ形
状になる。この時、９３は全層ｐ型である。この層９３
におけるｐ型キャリアの活性化率は、テラス｛１１１｝
Ａ面よりステップ｛１００｝面の方が活性化率はよく、
ステップ方向の方が低抵抗となる。この層９３上に、ｕ
ｎｄｏｐｅｄＧａＡｓ９４を形成し、斜面に量子細線
領域９５を形成する。続いて、９６のＳｎ−ｄｏｐｅｄ
ＡｌＧａＡｓを成長する。ＳｎはＩＶ族であるが、Ｓ
ｉの様に両性不純物的振る舞いをしないため、９６全層
がｎ型となる。続いて、９７に示す層を成長する。ここ
で層９７はＳｉのドーピングを行なった。層９７の（１
１１）斜面部９８はｐ型となり、９９のステップ部分は
ｎ型となる。さらに、１００のＳｎ−ｄｏｐｅｄＡｌ
ＧａＡｓを形成している。

【００４５】この結果、層９７のテラス斜面部９８に対
応した領域では、層９６、９７、１００によりｎｐｎ接
合が形成されるため、電流１０２がブロックされ流れに
くい。さらに、層９３、層９４のステップに対応した
｛１００｝面の活性化率は｛１１１｝Ａ面に比較して高
く、電流が｛１００｝面に対応した部分に集中しやす
い。よって電流は、９９のステップ部分を通って斜面に
沿って流れる。こうして、量子細線９５に特定方向よ
り、効率よく電流を流すことが可能となる。

【００４６】また、図７（ｂ）に示す様にレーザの電流
狭窄領域に対応した部分にのみグレーティングを形成し
ておくと、｛１１１｝Ａ面に対応した平坦な領域では電
流プロックが生じ電流１０２は流れない。よって、グレ
ーティングのある部分１０３付近のみ電流１０１が通電
できる。本方法は、このＳｉ−ｄｏｐｅｄＧａＡｓ、
ＡｌＧａＡｓ膜による横方向Ｐ／Ｎの変化とＢｅ−ｄｏ
ｐｅｄによる組み合わせにより量子細線へ供給される電
流の方向を規定し、かつレーザとしての電流を狭窄しよ
うとするものである。この様に、量子細かい線領域への
電流注入が改善される。こうして、注入効率の良い偏波
変調が可能となったレーザが作製できる。

【００４７】この結果、特に電流狭窄構造を設定するこ
と無く、｛１００｝面が形成されているグレーティング
部分のみに電流を流すことができる。ＢＨ加工、リッジ
加工なしに電流を閉じ込めることが容易となった。本実
施例において、量子細線の構造、ＴＥ／ＴＭモード変調
の動作原理は上記実施例と同じである。

【００４８】（第７実施例）本発明の第７の実施例は、
｛１１０｝面においてもＳｉｄｏｐｅｄＧａＡｓ、
ＡｌＧａＡｓがｐ型になり、かつ｛１１０｝から数度傾
いた基板を用いることにより、ステップに形成される
｛１００｝面との組み合わせで、第５、第６実施例と同
様の効果を持たせようとしたものである。つまり、図７
（ａ）の９１に示した基板を｛１１０｝面から数度傾い
た基板に換えるのみで、９３のステップ部分には｛１０
０｝面が形成でき、｛１１１｝面基板を用いた場合と同
様の効果が得られる。

【００４９】（第８実施例）本発明の第８の実施例は、
光増幅器に関するものである。上記実施例中に記載した
レーザの端面に低反射膜を形成する（たとえばＳｉＯ₂
／ＺｒＯ膜を用いて）ことにより、上記レーザを光増幅
器として使用することができる。また、各領域で電流を
選択的に供給することにより、ＴＥ／ＴＭモード選択型
の光増幅器として使用できる。

【００５０】（第９実施例）図９に、本発明による半導
体レーザを波長多重光ＬＡＮシステムに応用する場合の
各端末に接続される光−電気変換部（ノード）の構成例
を示し、図１０にそのノード２８１を用いた光ＬＡＮシ
ステムの構成例を示す。

【００５１】外部に接続された光ファイバ２８０を媒体
として光信号がノード２８１に取り込まれ、分岐部２７
２によりその一部が波長可変光フィルタ等を備えた受信
装置２７３に入射する。この受信装置２７３により所望
の波長の光信号だけ取り出して信号検波を行う。一方、
ノード２８１から光信号を送信する場合には、上記実施
例の半導体レーザ装置２７４を適当な方法で駆動し、偏
波変調して、偏光板２７７及びアイソレータ２７５を通
して出力光を分岐部２７６を介して光伝送路２８０に入
射せしめる。また、半導体レーザ及び波長可変光フィル
タを２つ以上の複数設けて、波長可変範囲を広げること
もできる。

【００５２】光ＬＡＮシステムのネットワークとして、
図１０に示すものはバス型であり、ＡおよびＢの方向に
ノードを接続しネットワーク化された多数の端末及びセ
ンタ２８２を設置することができる。ただし、多数のノ
ードを接続するためには、光の減衰を補償するために光
増幅器を伝送路２８０上に直列に配することが必要とな
る。また、各端末２８２にノード２８１を２つ接続し伝
送路を２本にすることでＤＱＤＢ方式による双方向の伝
送が可能となる。また、ネットワークの方式として、図
１０のＡとＢをつなげたループ型やスター型あるいはそ
れらを複合した形態のものでも良い。

【００５３】（第１０実施例）図１１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１１において、２９０はＣＡＴＶ
センタ、２９２は夫々光ファイバ２９１によってセンタ
２９０と接続されたサブセンタ、２９３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２９０
は、本発明の光源装置を備え、複数の画像信号を夫々波
長の異なる信号光に載せて、受像機２９３に送信する。
受像機２９３は、波長可変光フィルタ及び光検出器を含
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
ネルを選択し、所望の画像を得ることが出来る。

【００５４】従来は、ＤＦＢレーザの動的波長変動の影
響により、ＤＦＢフィルタをこのようなシステムに用い
ることが困難であったが、本発明により可能となった。

【００５５】さらに、加入者に外部変調器を持たせ、加
入者からの信号をその変調器からの反射光で受け取り
（簡易型双方向光ＣＡＴＶの一形態、例えば、石川、古
田“光ＣＡＴＶ加入者系における双方向伝送用ＬＮ外部
変調器”，ＯＣＳ９１−８２，ｐ．５１）、図１６のよ
うなスター型ネットワークを構築することで、双方向光
ＣＡＴＶが可能となり、サービスの高機能化が図れる。

【００５６】

【発明の効果】上記に説明した様に、両方の利得がほぼ
等しい領域と、異なる利得を持つ領域からなるレーザを
作製する第１の発明により、安定してＴＥ／ＴＭモード
を制御することが出来た。また、僅かな電流で制御する
ことにより、発振スペクトル幅の狭いレーザが再現性良
く作製できた。また、ＴＥ、ＴＭ利得がほぼ等しい領域
に量子細線を用いる第２の発明により、この領域の利得
差を正確に規定でき、より再現性よく且つ設計自由度の
大きなＴＥ／ＴＭモード変調が可能となった。また、Ｔ
Ｅ、ＴＭ利得がほぼ等しい領域に加え、ＴＥ、ＴＭ利得
がそれぞれに優位な領域を設ける第３の発明により、個
別のモードに利得が与えられ、よりモード安定度が増加
した。また、グレーティング（波長選択手段）を用いる
第４の発明により動的単一モードでＴＥ／ＴＭモード変
調を行えるレーザが出来た。また、成長速度の面方位依
存性を利用する第５の発明により、低しきい電流で波長
制御性の良いＴＥ／ＴＭモードを効率よく制御すること
が出来た。また、両性不純物を使用する第６の発明によ
り、工程数が少なく、電流閉じ込めの良いＴＥ／ＴＭモ
ード選択レーザが出来た。また、無反射コーティングす
る第８の発明により、光増幅器として使用することがで
きた。

【００５７】更に、第９、第１０、第１１の発明によれ
ば、レーザ発振の偏波モードを、電流注入量によって制
御できる生産性の良い半導体レーザを用いて、性能の良
い光源装置、光通信システム、光通信方法を比較的容易
に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】量子細線の断面形状とＴＥ／ＴＭ偏波の関係を
説明する図。

【図２】本発明の第１実施例を説明する図。

【図３】本発明の第２実施例を説明する図。

【図４】本発明の第３実施例の斜視図。

【図５】本発明の波長選択用回折格子を有した第４実施
例の構造を説明する図。

【図６】本発明のグレーティング（凹凸構造）を用いて
量子細線を作製した第５実施例の製法を説明する図。

【図７】本発明のグレーティング（凹凸構造）を用いて
量子細線を作製した第６実施例の製法と動作を説明する
図。

【図８】図９のシステムにおけるノードの構成例を示す
模式図。

【図９】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。

【図１０】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。

【符号の説明】

１、１１、３１、５１、７１、１０１、１２１、１８１
基板２、１２、３２バッファ層３、１３、３３、５３活性領域４、１４、３４、５２、５４、９１クラッド層５、１５、３５、５５キャップ層（コンタクト層）６、３８、５８バルク活性層７量子細線層８、１９レーザ光９、２０、２１、３９、４０、４１、５９、６０、６１
電極１６、５７ＴＥモード利得の優位な量子細線１７、３６、５６ＴＭモード利得の優位な量子細線１８、３７ＴＥモード利得の優位な量子細線層６２波長選択用グレーティング７２、９２、１０３グレーティング（グレーティン
グ領域、凹凸構造）７３、７６、７７、８５、９３、９４、９６、９７、、
１００半導体層７４ノコギリ形状７５、９９ステップ面７８、９８テラス面７９、８１ピッチ９５量子細線１０１、１０２電流２７２、２７６光分岐部２７３受信装置２７４半導体レーザ２７５アイソレータ２７７偏光子２８０、２９１光伝送路２８１ノード２８２端末２９０センタ２９２サブセンタ２９３受像機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H04B 10/02 H04B 10/28 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】共振器方向に直列に形成された少なくとも
２つの領域を持つ半導体レーザ構造を含み構成される半
導体光デバイスであって、ＴＥモードとＴＭモードの利
得がほぼ等しい第１の活性領域と、量子細線を有し、Ｔ
ＥモードとＴＭモードの利得が互いに異なる第２の活性
領域を含み、共振器を構成する該第１と第２の活性領域
に独立に電流注入するための電極が設けられていること
を特徴とする半導体光デバイス。
【請求項２】前記第１の活性領域が、少なくとも２つ以
上の断面形状の異なる量子細線を含んでいることを特徴
とする請求項１記載の半導体光デバイス。
【請求項３】前記第１の活性領域が、バルク活性層から
成ることを特徴とする請求項１記載の半導体光デバイ
ス。
【請求項４】ＴＥ及びＴＭモード利得のほぼ等しい領
域、量子細線を含みＴＥモード利得が優位な領域、及び
量子細線を含んだＴＭモード利得が優位な領域を含み、
個々の領域に独立に電流注入することが可能なことを特
徴とする請求項１記載の半導体光デバイス。
【請求項５】波長選択機構を有したことを特徴とする請
求項１記載の半導体光デバイス。
【請求項６】前記量子細線が、凹凸構造が形成された
｛１１１｝面又は｛１１０｝面又はこれらの面から僅か
に傾いた基板上に形成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。
【請求項７】前記基板上に形成される半導体層にドーパ
ントとして両性不純物が使用されたことを特徴とする請
求項６記載の半導体光デバイス。
【請求項８】偏波変調可能な半導体レーザとして動作可
能である様に構成されたことを特徴とする請求項１乃至
７のいずれかに記載の半導体光デバイス。
【請求項９】レーザ端面に低反射コーティングを施して
半導体光増幅器として動作可能であることを特徴とする
請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体光デバイス。
【請求項１０】請求項８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選択手段とか
ら成ることを特徴とする光源装置。
【請求項１１】請求項８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選択手段とか
ら成る光源装置を備えた光送信機、前記偏光選択手段に
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
ることを特徴とする光通信システム。
【請求項１２】請求項８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選択手段とか
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、前記偏光選択手段から送信信号
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ことを特徴とする光通信方
法。