JPH01199487A - 半導体レーザ装置および光通信システム - Google Patents
半導体レーザ装置および光通信システムInfo
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- JPH01199487A JPH01199487A JP63247350A JP24735088A JPH01199487A JP H01199487 A JPH01199487 A JP H01199487A JP 63247350 A JP63247350 A JP 63247350A JP 24735088 A JP24735088 A JP 24735088A JP H01199487 A JPH01199487 A JP H01199487A
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- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体レーザ装置に係り、特に発振波長を所
定範囲で変化することができる波長可変の半導体レーザ
装置に関する。本発明に係る半導体レーザ装置は、コヒ
ーレント光通信や大容量光通信における送信光源、若し
くは局部発振光源として用いて特に好適である。
定範囲で変化することができる波長可変の半導体レーザ
装置に関する。本発明に係る半導体レーザ装置は、コヒ
ーレント光通信や大容量光通信における送信光源、若し
くは局部発振光源として用いて特に好適である。
波長可変の半導体レーザとして、従来知られているもの
に例えば日本応用物理学会、１９８６年ｑイつ０ 秋期請演会予稿＠ ２９ ａ −Ｔ −７の一岬一の半
導体レーザがある。この従来技術の構造概略をＦＩＧ、
２に示す１本図は半導体レーザを横方向からみた断面図
である。半導体基板２０１上に活性領域ＩとＤＢＲ領域
領域数け、半導体基板２０１表面のＤＢＲ領域■には回
折格子２１１を形成する。その上に光ガイド層２０２．
バッファ層２０３を順次積層し、更に７ラツド層２０５
等を含む半導体層を積層して電流注入用の電極２０７
（２０８）及び２０９を形成する。その後活性領域ｌと
ＤＢＲ領域領域数気的に分離するための溝２１０を設け
る。従って半導体レーザ上面部の電流注入電極は、活性
領域に対応する電極２０７とＤＢＲ領域に対応する電極
２０８とに分離される。この半導体レーザは電極２０７
により活性域領■に活性層２０４が光発振するための励
起電流を注入すると共に、電極２０８により発振波長変
化のための電流を、ＤＢＲ領域領域性入する構造となっ
ている。ＤＢＲ領域領域性入された電流（キャリア）は
、ＤＢＲ領域■内の光ガイド層２０２の屈折率を変化さ
せる。これは光ガイド層２０２を構成する半導体が、そ
の中のキャリア濃度によりその屈折率を変えるという現
象−プラズマ効果−に基づくものである。従って、活性
領域Ｉで発生した光が、このＤＢＲ領域領域性過する際
、上記光ガイド層２０２の屈折率変化に伴う回折格子の
光学的な摂動周期の変化を受けてその帰還波長が変わる
ため、この半導体レーザは出射波長を可変とすることが
できる。即ち、活性領域■への注入電流を一定としても
、ＤＢＲ領域領域性入するキャリア数（電流）を変化さ
せることにより、波長可変となる。
に例えば日本応用物理学会、１９８６年ｑイつ０ 秋期請演会予稿＠ ２９ ａ −Ｔ −７の一岬一の半
導体レーザがある。この従来技術の構造概略をＦＩＧ、
２に示す１本図は半導体レーザを横方向からみた断面図
である。半導体基板２０１上に活性領域ＩとＤＢＲ領域
領域数け、半導体基板２０１表面のＤＢＲ領域■には回
折格子２１１を形成する。その上に光ガイド層２０２．
バッファ層２０３を順次積層し、更に７ラツド層２０５
等を含む半導体層を積層して電流注入用の電極２０７
（２０８）及び２０９を形成する。その後活性領域ｌと
ＤＢＲ領域領域数気的に分離するための溝２１０を設け
る。従って半導体レーザ上面部の電流注入電極は、活性
領域に対応する電極２０７とＤＢＲ領域に対応する電極
２０８とに分離される。この半導体レーザは電極２０７
により活性域領■に活性層２０４が光発振するための励
起電流を注入すると共に、電極２０８により発振波長変
化のための電流を、ＤＢＲ領域領域性入する構造となっ
ている。ＤＢＲ領域領域性入された電流（キャリア）は
、ＤＢＲ領域■内の光ガイド層２０２の屈折率を変化さ
せる。これは光ガイド層２０２を構成する半導体が、そ
の中のキャリア濃度によりその屈折率を変えるという現
象−プラズマ効果−に基づくものである。従って、活性
領域Ｉで発生した光が、このＤＢＲ領域領域性過する際
、上記光ガイド層２０２の屈折率変化に伴う回折格子の
光学的な摂動周期の変化を受けてその帰還波長が変わる
ため、この半導体レーザは出射波長を可変とすることが
できる。即ち、活性領域■への注入電流を一定としても
、ＤＢＲ領域領域性入するキャリア数（電流）を変化さ
せることにより、波長可変となる。
しかしながら、上記半導体レーザに代表される従来の技
術においては、この波長の可変幅が小さいという問題が
ある。上記の半導体レーザにおいても発振波長の可変幅
は高々数ｍであり、半導体レーザ装置としてこの様な狭
い可変幅では必ずしも実際上有用では無い。そして例え
ば少なくとも数千ｍの可変幅を有する半導体レーザ装置
の開発が、上述した本発明の技術分野にとり不可欠なも
のであるが、これまでは、そのような実用的な半導体レ
ーザ装置が存在しなかった０例えば、上記述来技術にお
いては、発振波長を可変とするためのパラメータは、Ｄ
ＢＲ領域■内の光ガイド層２０２の屈折率を変化するた
めの一換言すれば、ＤＢＲ領域領域光学的摂動周期を変
化するための厚 一キャリアａ＃というパラメータ１つのみであり、この
ため可変幅には自づと限界が存在する。
術においては、この波長の可変幅が小さいという問題が
ある。上記の半導体レーザにおいても発振波長の可変幅
は高々数ｍであり、半導体レーザ装置としてこの様な狭
い可変幅では必ずしも実際上有用では無い。そして例え
ば少なくとも数千ｍの可変幅を有する半導体レーザ装置
の開発が、上述した本発明の技術分野にとり不可欠なも
のであるが、これまでは、そのような実用的な半導体レ
ーザ装置が存在しなかった０例えば、上記述来技術にお
いては、発振波長を可変とするためのパラメータは、Ｄ
ＢＲ領域■内の光ガイド層２０２の屈折率を変化するた
めの一換言すれば、ＤＢＲ領域領域光学的摂動周期を変
化するための厚 一キャリアａ＃というパラメータ１つのみであり、この
ため可変幅には自づと限界が存在する。
本発明の目的は、波長可変幅の大きい半導体レーザ装置
を提供することにある。
を提供することにある。
本発明の他の目的は、発振波長の幅広い範囲において、
連続的に若しくはＩＩ？統的に発振波長幅を変化するこ
とが可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
連続的に若しくはＩＩ？統的に発振波長幅を変化するこ
とが可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は１発振波長の幅広い範囲において任
意の波長を制御性良く選択できる半導体レーザ装置を提
供することにある。
意の波長を制御性良く選択できる半導体レーザ装置を提
供することにある。
本発明の一局面によれば、光を発生するための活性領域
と、この活性領域と光学的に結合した帰還領域であって
、帰還する光の波長を変化するための複数のパラメータ
を構造１有する帰還領域とを具備してなる半導体レーザ
装置が提供される。
と、この活性領域と光学的に結合した帰還領域であって
、帰還する光の波長を変化するための複数のパラメータ
を構造１有する帰還領域とを具備してなる半導体レーザ
装置が提供される。
そのような半導体レーザ装置の帰還領域は、周期の変化
した摂動部分を含んでいる。この周期の変化した摂動部
分は、上述した帰還する光の波長を変化するための１つ
の構造上のパラメータを半導体レーザ装置、に提供する
。上記複数の構造上のパラメータのうち、他のパラメー
タとなるものとして、上記帰還領域に注入するキャリア
濃度−即ち帰還領域への注入電流−若しくは上記帰還領
域に印加する電界強度等を使うことができる。これらの
複数のパラメータを組み合せることにより、半導体レー
ザ装置の発振波長可変幅を著しく大きくすることが可能
となる。又、このために本発明は。
した摂動部分を含んでいる。この周期の変化した摂動部
分は、上述した帰還する光の波長を変化するための１つ
の構造上のパラメータを半導体レーザ装置、に提供する
。上記複数の構造上のパラメータのうち、他のパラメー
タとなるものとして、上記帰還領域に注入するキャリア
濃度−即ち帰還領域への注入電流−若しくは上記帰還領
域に印加する電界強度等を使うことができる。これらの
複数のパラメータを組み合せることにより、半導体レー
ザ装置の発振波長可変幅を著しく大きくすることが可能
となる。又、このために本発明は。
周期の変化した摂動部分の一部領域と、上記帰還領域内
を伝播する光との光学的結合強度を選択的に変化させる
ことにより上述した如く波長可変マージンをかせぐもの
である。従って、本発明に係る半導体レーザ装置は上記
光学的結合強度を選択的に変化するための手段を含んで
いる。これにより上述した複数のパラメータを組み合せ
てその効果を発揮することが可能となる。このような光
学的結合強度を選択的に変化するための手段としては、
上記摂動部分の各領域に対応して上記帰還領域に配設さ
れた複数の分割電極を用いることができる。
を伝播する光との光学的結合強度を選択的に変化させる
ことにより上述した如く波長可変マージンをかせぐもの
である。従って、本発明に係る半導体レーザ装置は上記
光学的結合強度を選択的に変化するための手段を含んで
いる。これにより上述した複数のパラメータを組み合せ
てその効果を発揮することが可能となる。このような光
学的結合強度を選択的に変化するための手段としては、
上記摂動部分の各領域に対応して上記帰還領域に配設さ
れた複数の分割電極を用いることができる。
本発明の限定された局面によれば、上記摂動部分が、異
なる周期を有する複数の副摂動部分を含んでいる半導体
レーザ装置が提供される。この複数の副摂動部分にそれ
ぞれ対応して上記光学的結合強度を選択的に変化するた
めの手段を設けることにより、大きな発振波長可変幅で
連続的若しくは断続的に波長を変化させることができる
。当然ながら、本発明に係る半導体レーザ装置の、帰還
領域内にある摂動部分は、その周期が除々に変化してい
ても良く、周期分布パターンの態様は種々存在する０本
発明において重要なことは、この摂動部分の周期分布の
一部領域との光学的結合強度を変化すること及びそのた
めの構成にある。
なる周期を有する複数の副摂動部分を含んでいる半導体
レーザ装置が提供される。この複数の副摂動部分にそれ
ぞれ対応して上記光学的結合強度を選択的に変化するた
めの手段を設けることにより、大きな発振波長可変幅で
連続的若しくは断続的に波長を変化させることができる
。当然ながら、本発明に係る半導体レーザ装置の、帰還
領域内にある摂動部分は、その周期が除々に変化してい
ても良く、周期分布パターンの態様は種々存在する０本
発明において重要なことは、この摂動部分の周期分布の
一部領域との光学的結合強度を変化すること及びそのた
めの構成にある。
本発明の限定された他の局面によれば、上記活性領域と
、上記帰還領域とが、位相調整領域を介して光学的に結
合している半導体レーザ装置が提供される。この位相調
整領域は本発明に係る大きな発振波長可変幅を有する半
導体レーザ装置に特に有効である。この位相調整領域に
より、活性領域内を伝播する光の位相と、帰還領域内を
伝播する帰還光の位相を整合することにより、発振波長
のスペクトル線幅を小さくすることが可能である。
、上記帰還領域とが、位相調整領域を介して光学的に結
合している半導体レーザ装置が提供される。この位相調
整領域は本発明に係る大きな発振波長可変幅を有する半
導体レーザ装置に特に有効である。この位相調整領域に
より、活性領域内を伝播する光の位相と、帰還領域内を
伝播する帰還光の位相を整合することにより、発振波長
のスペクトル線幅を小さくすることが可能である。
この位相調整手段による位相調整は、位相調整手段の光
路長を変化することにより行なう。半導体のキャリア注
入による屈折率変化や、電気光学効果を用いることがで
きる。
路長を変化することにより行なう。半導体のキャリア注
入による屈折率変化や、電気光学効果を用いることがで
きる。
本発明の他の局面によれば、基板と、この基板上に形成
された活性領域と、この活性領域と光学的に結合しかつ
上記基板に形成された帰還領域とを有し、上記帰還領域
が非一様周期分布を有する摂動部分と、この摂動部分の
一部領域との上記帰還領域内を伝播する光の光学的結合
強度を変化するための手段とを有する、半導体レーザ装
置が提供される。上記光学的結合強度を変化するための
手段は、上記帰還領域内を伝播する光の強度分布を変化
するための手段と言い代えることができる。
された活性領域と、この活性領域と光学的に結合しかつ
上記基板に形成された帰還領域とを有し、上記帰還領域
が非一様周期分布を有する摂動部分と、この摂動部分の
一部領域との上記帰還領域内を伝播する光の光学的結合
強度を変化するための手段とを有する、半導体レーザ装
置が提供される。上記光学的結合強度を変化するための
手段は、上記帰還領域内を伝播する光の強度分布を変化
するための手段と言い代えることができる。
この手段と、上記非一様周期分布を有する摂！！ＩＪ部
分と相互作用により、発振波長可変幅の大きい半導体レ
ーザ装置を初めて得ることができる。
分と相互作用により、発振波長可変幅の大きい半導体レ
ーザ装置を初めて得ることができる。
本発明の限定された他の局面によれば、上記帰還領域は
光導波領域を有し、この光導波領域が１つ若しくは複数
の光導波層を含んでいる半導体レーザ装置が提供される
。これらの光導波層としていわゆるＭＱＷ層を用いるこ
とができる。ＭＱＷ層による大きな屈折率変化を利用し
て、より効率の良い発振波長可変の半導体レーザ装置Ｎ
を実現することができる。
光導波領域を有し、この光導波領域が１つ若しくは複数
の光導波層を含んでいる半導体レーザ装置が提供される
。これらの光導波層としていわゆるＭＱＷ層を用いるこ
とができる。ＭＱＷ層による大きな屈折率変化を利用し
て、より効率の良い発振波長可変の半導体レーザ装置Ｎ
を実現することができる。
説明する０本発明に係る半導体レーザ装置は、基板１０
１上に設けられた活性領域１１２及びこの活性領域と光
学的に結合する帰還領域１１３をその基本構成とする。
１上に設けられた活性領域１１２及びこの活性領域と光
学的に結合する帰還領域１１３をその基本構成とする。
活性領域１１２は光を発生するための、比較的エネルギ
ー・バンドギャップの小さい半導体により構成された活
性層１０３が必須である。この活性層１０３を上下から
挾んで、活性層】０３よりもエネルギー・バンドギャッ
プの大きい半導体積層構造１０２及び１０４が形成され
ている。これらの半導体積層構造のうち、活性層に近い
部分に比較的大きな屈折率を有する半導体層（いわゆる
光ガイド層と呼ばれるもの）を設ける場合もある。この
場合、活性層と光ガイド層により、活性領域内部にオプ
ティカル・コンファインメント領域が形成されることと
なり、活性層からの光はこのオプティカル・コンファイ
ンメント領域に強く分布する。活性層１０３は、励起電
流注入のための電極１０８により注入されるキャリアに
より光を発生する。基板１０１に設けられた電極１０９
とこの電極１０８間を流れる電流が活性ｋＩｊ１０２の
光発生に寄与し、活性層１０３の上下に積層されている
半導体層の導電型により、電流の流れる方向が決まる。
ー・バンドギャップの小さい半導体により構成された活
性層１０３が必須である。この活性層１０３を上下から
挾んで、活性層】０３よりもエネルギー・バンドギャッ
プの大きい半導体積層構造１０２及び１０４が形成され
ている。これらの半導体積層構造のうち、活性層に近い
部分に比較的大きな屈折率を有する半導体層（いわゆる
光ガイド層と呼ばれるもの）を設ける場合もある。この
場合、活性層と光ガイド層により、活性領域内部にオプ
ティカル・コンファインメント領域が形成されることと
なり、活性層からの光はこのオプティカル・コンファイ
ンメント領域に強く分布する。活性層１０３は、励起電
流注入のための電極１０８により注入されるキャリアに
より光を発生する。基板１０１に設けられた電極１０９
とこの電極１０８間を流れる電流が活性ｋＩｊ１０２の
光発生に寄与し、活性層１０３の上下に積層されている
半導体層の導電型により、電流の流れる方向が決まる。
この活性領域１１２と光学的に結合した位１１ｔに、帰
還領域１１３が配設される。帰還領域１１３には摂動部
分１１１及び光導波領域１０５が含まれる。上述した活
性領域１１２と帰還領域１１３の光学的結合は、この光
導波領域１０５と、活性領域１１２の前述した活性層１
０３（若しくは前述したオプティカル・コンファインメ
ント領域）どの光学的結合により担われる。当然ながら
、活性領域１１２と帰還領域１１３との光学的結合は、
後に説明する様な位相調整領域等の他の構造体や、空間
を介しての光学的結合でも良い。光導波領域１０５は、
帰還領域１１３内に比較的屈折率の大きな構造体を設け
ることにより形成さオしる。この光導波領域１０５は複
数の光導波層を有していても良い。この光導波領域１０
５の近傍に、摂動部分１１１を設ける。摂動部分１１１
は、半導体層の上に形成した回折格子を用いることがで
きる。
還領域１１３が配設される。帰還領域１１３には摂動部
分１１１及び光導波領域１０５が含まれる。上述した活
性領域１１２と帰還領域１１３の光学的結合は、この光
導波領域１０５と、活性領域１１２の前述した活性層１
０３（若しくは前述したオプティカル・コンファインメ
ント領域）どの光学的結合により担われる。当然ながら
、活性領域１１２と帰還領域１１３との光学的結合は、
後に説明する様な位相調整領域等の他の構造体や、空間
を介しての光学的結合でも良い。光導波領域１０５は、
帰還領域１１３内に比較的屈折率の大きな構造体を設け
ることにより形成さオしる。この光導波領域１０５は複
数の光導波層を有していても良い。この光導波領域１０
５の近傍に、摂動部分１１１を設ける。摂動部分１１１
は、半導体層の上に形成した回折格子を用いることがで
きる。
本発明に係る半導体レーザ装置の特徴の１つは、この帰
還領域１１３に設けられた摂動部分が、非一様周期分布
を有する点である。図の摂動部分１１１は模式的に示し
たものであるが、非一様周期分布の例として摂動の周期
を除々に変化させたものを記載した。しかし、この摂動
の周期パターンは非一様であればいかなるものでも良く
、例えばそれぞれ固有の摂動周期を有する複数の副摂動
部分によりこの摂動部分が構成されても良い、また、摂
動の周期パターンは１図に示す如くキャビティ方向に沿
って変化するものでも良いし、これとは異る方向、例え
ばキャビティ方向に垂直な方向に沿って変化するもので
あっても良い、なお図では摂動部分１１１を光導波領域
１０５の下部に隣接して設けた例を示しているが、摂動
部分１１１は光導波領域１０５の上部に位置しても良い
し、両方にそれぞれ位置していても良い、更に、摂動部
分１１１と光導波領域１０５との間には他の半導体層が
介していても良い。これら光導波層と、摂動部分の位置
関係は、後に示す条件を満足する限り、互いに近傍に位
置していれば充分である。
還領域１１３に設けられた摂動部分が、非一様周期分布
を有する点である。図の摂動部分１１１は模式的に示し
たものであるが、非一様周期分布の例として摂動の周期
を除々に変化させたものを記載した。しかし、この摂動
の周期パターンは非一様であればいかなるものでも良く
、例えばそれぞれ固有の摂動周期を有する複数の副摂動
部分によりこの摂動部分が構成されても良い、また、摂
動の周期パターンは１図に示す如くキャビティ方向に沿
って変化するものでも良いし、これとは異る方向、例え
ばキャビティ方向に垂直な方向に沿って変化するもので
あっても良い、なお図では摂動部分１１１を光導波領域
１０５の下部に隣接して設けた例を示しているが、摂動
部分１１１は光導波領域１０５の上部に位置しても良い
し、両方にそれぞれ位置していても良い、更に、摂動部
分１１１と光導波領域１０５との間には他の半導体層が
介していても良い。これら光導波層と、摂動部分の位置
関係は、後に示す条件を満足する限り、互いに近傍に位
置していれば充分である。
上述してきた光導波層１０５及び摂動部分１１１の上部
に、表面層を含む半導体積層構造１０６を形成した後、
図では複数の分離電極１０７を形成した例が示されてい
る。この分離電ｔ４ｉ（ｐｌ、）は、本発明に係る半導
体レーザ装置の他の特徴の１つである、帰還領域１１３
内を伝播する光の強度分布を変化するための手段、即ち
、上述してきた摂動部分１１１の一部領域と帰還領域１
１３内を伝播する光の光学的結合強度を変化するための
手段としい用いることができる。以下、この帰還領域１
１３内を伝播する光の強度分布を変化するための手段の
作用について説明する。
に、表面層を含む半導体積層構造１０６を形成した後、
図では複数の分離電極１０７を形成した例が示されてい
る。この分離電ｔ４ｉ（ｐｌ、）は、本発明に係る半導
体レーザ装置の他の特徴の１つである、帰還領域１１３
内を伝播する光の強度分布を変化するための手段、即ち
、上述してきた摂動部分１１１の一部領域と帰還領域１
１３内を伝播する光の光学的結合強度を変化するための
手段としい用いることができる。以下、この帰還領域１
１３内を伝播する光の強度分布を変化するための手段の
作用について説明する。
第７Ａ図及び第７Ｂ図に言及して、本発明に係る半導体
レーザ装置の帰還領域の機能につき詳述する。図は、帰
還領域の一部を抜き出したものである。光学的分布強度
を変化するための手段、即ち複数の分離電極７０７によ
り、帰還領域内に一様に電界が印加されている場合、若
しくは一様に電流が注入されている場合第７Ａ図、活性
領域からの光は帰還領域内の主として光導波領域７０６
にその強度を大きくして分布するが、光の一部は摂動部
分７１１にもしみ出しており（７１５の領域）その光学
的結合強度により定まる帰還波長で半導体レーザは発振
する。今、分離電極７０７の一部の印加電界若しくは注
入電流を大きくすることにより、それに対応する部分の
光ガイド層の屈折率を小さくすると、第７Ｂ図に示す如
く帰還領域内部の光強度分布が変化し、結果的にその部
分における光と摂動部分７１１の光学的結合強度が変化
する。図では、小さくなった場合を示す、帰還領域内部
を伝播する光と摂動部分との光学的結合強度の変化によ
り、帰還波長が変化する結果、半導体レーザ装置の発振
波長が変化する０本発明では、摂動部分は非一様周期分
布を有するため。
レーザ装置の帰還領域の機能につき詳述する。図は、帰
還領域の一部を抜き出したものである。光学的分布強度
を変化するための手段、即ち複数の分離電極７０７によ
り、帰還領域内に一様に電界が印加されている場合、若
しくは一様に電流が注入されている場合第７Ａ図、活性
領域からの光は帰還領域内の主として光導波領域７０６
にその強度を大きくして分布するが、光の一部は摂動部
分７１１にもしみ出しており（７１５の領域）その光学
的結合強度により定まる帰還波長で半導体レーザは発振
する。今、分離電極７０７の一部の印加電界若しくは注
入電流を大きくすることにより、それに対応する部分の
光ガイド層の屈折率を小さくすると、第７Ｂ図に示す如
く帰還領域内部の光強度分布が変化し、結果的にその部
分における光と摂動部分７１１の光学的結合強度が変化
する。図では、小さくなった場合を示す、帰還領域内部
を伝播する光と摂動部分との光学的結合強度の変化によ
り、帰還波長が変化する結果、半導体レーザ装置の発振
波長が変化する０本発明では、摂動部分は非一様周期分
布を有するため。
帰還領域内の光強度分布を変化させる位置を変えること
により、発振波長の可変幅を著しく大きな範囲で変化さ
せることができる６以上の説明から理解されるように１
本発明に係る半導体レーザ装置では、帰還領域内の非一
様周期分布を有する摂動部分と伝播する光との光学的結
合強度が重要であり、又、更に単一モード発振を安定化
する上でも光導波領域と摂動部分との間の距離は一定の
条件を満足することが好ましい、この条件は、帰還領域
を構成する各半導体層の屈折率にも依存するが、好まし
くは第７Ａ図に示す距離Ｑが０．５μｍ以下、理想的に
は０．２μｍ以下が良い。次に、より具体的に本発明に
係る半導体レーザ装置を説明する。
により、発振波長の可変幅を著しく大きな範囲で変化さ
せることができる６以上の説明から理解されるように１
本発明に係る半導体レーザ装置では、帰還領域内の非一
様周期分布を有する摂動部分と伝播する光との光学的結
合強度が重要であり、又、更に単一モード発振を安定化
する上でも光導波領域と摂動部分との間の距離は一定の
条件を満足することが好ましい、この条件は、帰還領域
を構成する各半導体層の屈折率にも依存するが、好まし
くは第７Ａ図に示す距離Ｑが０．５μｍ以下、理想的に
は０．２μｍ以下が良い。次に、より具体的に本発明に
係る半導体レーザ装置を説明する。
第３図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の１
実施例を説明する。本実施例は、左の活性領域と右の帰
還領域とに分かれ、それぞれ以下の多層構造を有してい
る。活性領域は、ｎ型ＩｎＰ基板３０１上に、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３０２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３
０３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層３０４
、ｐ型ＩｎＰクラッドＭ３０５を順次エピタキシャル成
長した構造となっている。
実施例を説明する。本実施例は、左の活性領域と右の帰
還領域とに分かれ、それぞれ以下の多層構造を有してい
る。活性領域は、ｎ型ＩｎＰ基板３０１上に、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層３０２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３
０３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層３０４
、ｐ型ＩｎＰクラッドＭ３０５を順次エピタキシャル成
長した構造となっている。
帰還領域はｎ型１ｎＰ基板３０１の表面に１周期が、２
３５ｎｍ （副摂動部分ａ）、２４０ｎｍ（副摂動部分
ｂ）、２４５ｎｍ （副摂動部分Ｃ）の３種類の回折格
子２を作製して、摂動部分３１１とした。その後、ｎ型
ＩｎＰ下部クラッド層３０６、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部
光ガテド３０７、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ中部クラッド層３
０８、ＩｎＧａＡｓＰ −Ｉ ｎ Ｐ多重量子井戸層３
０９、ｐ型１ｎＰ上部クラッド層３１０を、順次エビタ
ルキシャル成長した構造となっている。基板３０１の底
部には、ｎ側電極３１２を全面に、上部には、活性領域
に励起用の電極３１３および、帰還領域には個々の副摂
動部分に対応する位置に複数の分離したｐ側電極３１４
を設ける。副摂動部分ａ、即ち摂動周期が２３５ｎｍの
部分に加える電界を調整することにより、本発導体レー
ザ装置の発振波長を１，５４５μｍ〜１．５４９μｍま
で、連続的に変化させることができる。さらに、副摂動
部分す、即ち摂動周期が２４０ ｎ ｍの部分の電界を
調整することにより１ 、５４８ ｐ ｍ 〜ｌ 、
５５２ ｐ ｕｌまで、また副摂動部分Ｃ９即ち摂動周
期が２４５ ｎ ＋ｎの部分の電界を調整することによ
り１．５５１μｍ〜１．５５５μｍまで、連続的に発振
波長を変化させることができる。このようにして、本実
施例の半導体レーザ装置は１．５４５μｍ〜１．５５５
μｍの１００人の範囲にわたって１発振波長を変化させ
ることができる。またこの１００人の波長範囲にわたっ
て、常に単一モードで発振させるこができる。
３５ｎｍ （副摂動部分ａ）、２４０ｎｍ（副摂動部分
ｂ）、２４５ｎｍ （副摂動部分Ｃ）の３種類の回折格
子２を作製して、摂動部分３１１とした。その後、ｎ型
ＩｎＰ下部クラッド層３０６、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部
光ガテド３０７、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ中部クラッド層３
０８、ＩｎＧａＡｓＰ −Ｉ ｎ Ｐ多重量子井戸層３
０９、ｐ型１ｎＰ上部クラッド層３１０を、順次エビタ
ルキシャル成長した構造となっている。基板３０１の底
部には、ｎ側電極３１２を全面に、上部には、活性領域
に励起用の電極３１３および、帰還領域には個々の副摂
動部分に対応する位置に複数の分離したｐ側電極３１４
を設ける。副摂動部分ａ、即ち摂動周期が２３５ｎｍの
部分に加える電界を調整することにより、本発導体レー
ザ装置の発振波長を１，５４５μｍ〜１．５４９μｍま
で、連続的に変化させることができる。さらに、副摂動
部分す、即ち摂動周期が２４０ ｎ ｍの部分の電界を
調整することにより１ 、５４８ ｐ ｍ 〜ｌ 、
５５２ ｐ ｕｌまで、また副摂動部分Ｃ９即ち摂動周
期が２４５ ｎ ＋ｎの部分の電界を調整することによ
り１．５５１μｍ〜１．５５５μｍまで、連続的に発振
波長を変化させることができる。このようにして、本実
施例の半導体レーザ装置は１．５４５μｍ〜１．５５５
μｍの１００人の範囲にわたって１発振波長を変化させ
ることができる。またこの１００人の波長範囲にわたっ
て、常に単一モードで発振させるこができる。
第４図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の他
の１実施例を説明する６本発明例では第３図の多重量子
井戸層３０９の代わりに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部光ガ
イド層４０９をもうけ、また１位相調整領域４１５及び
位相調整のための電極４１６を設けた点が、第３図の実
施例と異なる。
の１実施例を説明する６本発明例では第３図の多重量子
井戸層３０９の代わりに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部光ガ
イド層４０９をもうけ、また１位相調整領域４１５及び
位相調整のための電極４１６を設けた点が、第３図の実
施例と異なる。
この実施例においても、周期の異なる回折格子のそれぞ
れの領域に注入する電流を調整することにより１００人
の範囲にわたって、連続的に発振波長を変化させること
ができる。さらに、位相調整領域の電流を調整すること
により、スペクトル線１１を常に、５ＭＨ７，以下に抑
えることができる。なお第３図と同一符号は同一構成要
素を表している。
れの領域に注入する電流を調整することにより１００人
の範囲にわたって、連続的に発振波長を変化させること
ができる。さらに、位相調整領域の電流を調整すること
により、スペクトル線１１を常に、５ＭＨ７，以下に抑
えることができる。なお第３図と同一符号は同一構成要
素を表している。
上記２つの実施例においては、各発振波長を連続的に変
化させることができるが、＃Ｊ摂動部分ａ。
化させることができるが、＃Ｊ摂動部分ａ。
ｂ、ｃに加える電界を適当に選択することにより。
若しくは副摂動部分の摂動周期の差を大きく選択すれば
、断続的に発振波長を幅広い範囲で変化させることがで
きることはもちろんである。
、断続的に発振波長を幅広い範囲で変化させることがで
きることはもちろんである。
第５Ａ図及び第５Ｂ図を参照して、帰還領域内にある光
導波領域が、複数の光導波層を有する場合の本発明の動
作原理について説明する。既述した実施例のうち、第３
図及び第４図のタイプは、この動作原理に基づいている
。２つの図は共に本発明に係る半導体レーザ装置の帰還
領域の一部分の断面図である。本例では、摂動部分とし
て、基板５０１上に回折格子５１１を形成した。この構
造体上にブラッド層５１２．下部光ガイド層５０２クラ
ッド層５０３．上部光ガイドＭ５０４としてたとえばＭ
ＱＷＷ、及びクラッド層５０５を順次成長する０本図で
は、帰還領域内を伝播する光の強度分布を示すグラフを
、重ねて描いである。第５Ａ図は、外部から例えば電界
（若しくは電流）を印加しない状態である。この場合、
光は摂動部分にほとんど分布しておらず、光と摂動との
結合は弱い、この多層構造に外部から電界若しくは電流
等を印加すると、ＭＱＷ層５０４の屈折率が大きく下が
り、第５Ｂ図に示すように光の強度分布が変化し、その
中心は下部光ガイド層５０２側に移動する。その結果、
光と摂動部分との結合が強くなる。特に、上部光ガイド
層５０４にＭＱＷ層を用いた場合１例えばＭＱＷ構造の
電界による屈折率変化は他の層に比べて１桁以上大きく
なるため、その効果が著しい。この現象を利用すること
により非一様周期分布を有する摂動部分の各領域ごとに
対応して、光学的強度分布を変化するための手段（例え
ば分離電極等）を設けることにより、光と特定の周期を
有する摂動とを選択的に結合させることが可能となる。
導波領域が、複数の光導波層を有する場合の本発明の動
作原理について説明する。既述した実施例のうち、第３
図及び第４図のタイプは、この動作原理に基づいている
。２つの図は共に本発明に係る半導体レーザ装置の帰還
領域の一部分の断面図である。本例では、摂動部分とし
て、基板５０１上に回折格子５１１を形成した。この構
造体上にブラッド層５１２．下部光ガイド層５０２クラ
ッド層５０３．上部光ガイドＭ５０４としてたとえばＭ
ＱＷＷ、及びクラッド層５０５を順次成長する０本図で
は、帰還領域内を伝播する光の強度分布を示すグラフを
、重ねて描いである。第５Ａ図は、外部から例えば電界
（若しくは電流）を印加しない状態である。この場合、
光は摂動部分にほとんど分布しておらず、光と摂動との
結合は弱い、この多層構造に外部から電界若しくは電流
等を印加すると、ＭＱＷ層５０４の屈折率が大きく下が
り、第５Ｂ図に示すように光の強度分布が変化し、その
中心は下部光ガイド層５０２側に移動する。その結果、
光と摂動部分との結合が強くなる。特に、上部光ガイド
層５０４にＭＱＷ層を用いた場合１例えばＭＱＷ構造の
電界による屈折率変化は他の層に比べて１桁以上大きく
なるため、その効果が著しい。この現象を利用すること
により非一様周期分布を有する摂動部分の各領域ごとに
対応して、光学的強度分布を変化するための手段（例え
ば分離電極等）を設けることにより、光と特定の周期を
有する摂動とを選択的に結合させることが可能となる。
ＭＱＷ層を用いづに、単一層の光ガイド層５０４を設け
ても良いし、また、ＭＱＷ層は上下の光ガイド層５０２
及び５０４のいずれに用いても又は両者に用いても同様
の機能を発揮する。
ても良いし、また、ＭＱＷ層は上下の光ガイド層５０２
及び５０４のいずれに用いても又は両者に用いても同様
の機能を発揮する。
第６図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の他
の１実施例について説明する０本実施例は、左の活性領
域６１６．中央の位相調整領域６１７右の帰還領域６１
８から成り、それぞれ以下の多層構造を有している。活
性領域６１６は、ｎ型ＩｎＰ基板６０１上に、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層６０４、ノンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層６０５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバッ
ク層６０６、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０７を順次エピタ
キシャル成長した構造となっている０位相調整領域６１
７は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部クラッド層６０２．ノン
ドープＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイドＭ６１２．ノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ中部クラッド層６１３．ノンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ −Ｉ ｎ Ｐ多重量子井戸層Ｐ型ＩｎＰ
上部クラッド層６０３を順次エピタキシャル成長した構
造となっている。帰還領域６１８は、ｎ型ＩｎＰ基板６
０１の表面に、周期がＡｚ：２３７ｎｍ。
の１実施例について説明する０本実施例は、左の活性領
域６１６．中央の位相調整領域６１７右の帰還領域６１
８から成り、それぞれ以下の多層構造を有している。活
性領域６１６は、ｎ型ＩｎＰ基板６０１上に、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層６０４、ノンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層６０５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバッ
ク層６０６、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０７を順次エピタ
キシャル成長した構造となっている０位相調整領域６１
７は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部クラッド層６０２．ノン
ドープＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイドＭ６１２．ノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ中部クラッド層６１３．ノンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ −Ｉ ｎ Ｐ多重量子井戸層Ｐ型ＩｎＰ
上部クラッド層６０３を順次エピタキシャル成長した構
造となっている。帰還領域６１８は、ｎ型ＩｎＰ基板６
０１の表面に、周期がＡｚ：２３７ｎｍ。
Ａｚ＝２３８ｎｍ、Ａａ＝２３９ｎｍの回折格子１５を
レーザ光を光源とした密着露法により作製して複数（３
つ）の副摂動部分を形成した後、位相調整領域６１７と
全く同様のエピタキシャル成長を行なった。当然ながら
１位相調整領域６１７と帰還領域６１８を構成する各半
導体層は、帰還領域の摂動部分６１１を形成した後同時
に成長して形成しても良い。その後、ｎ側電極６１５お
よびｐ側電極６０８，６０９及び６１０を蒸着すること
により、所望の素子構造を得る帰還領域６１８の３つの
ｐ （ｌＩｌ］電極に加える電界の比率を変えることに
より、発振波長を１．５４０μｍ〜１．５６０μｍまで
の２０ｍの範囲にわたって連続的に変化させることがで
きる。主モードと副モードのパワー比は、２０閣の波長
可変幅にわたって常に３５ｄｂ以上であり、安定な縦モ
ード発振を行なった。また、位相調整領域に加える電、
界を調整することにより、スペクトル線幅を常に１０Ｍ
Ｈｚ以下に押えることができる。
レーザ光を光源とした密着露法により作製して複数（３
つ）の副摂動部分を形成した後、位相調整領域６１７と
全く同様のエピタキシャル成長を行なった。当然ながら
１位相調整領域６１７と帰還領域６１８を構成する各半
導体層は、帰還領域の摂動部分６１１を形成した後同時
に成長して形成しても良い。その後、ｎ側電極６１５お
よびｐ側電極６０８，６０９及び６１０を蒸着すること
により、所望の素子構造を得る帰還領域６１８の３つの
ｐ （ｌＩｌ］電極に加える電界の比率を変えることに
より、発振波長を１．５４０μｍ〜１．５６０μｍまで
の２０ｍの範囲にわたって連続的に変化させることがで
きる。主モードと副モードのパワー比は、２０閣の波長
可変幅にわたって常に３５ｄｂ以上であり、安定な縦モ
ード発振を行なった。また、位相調整領域に加える電、
界を調整することにより、スペクトル線幅を常に１０Ｍ
Ｈｚ以下に押えることができる。
第８図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の他
の１実施例を説明する。本実施例では位相調整領域を設
けなかった点が第６図の実施例と大きく異なる。長駒部
分８１１の周期をＡ ｎ ＝２４０ｎｍ、Ａｚ＝２３８
ｎｍ、Ａａ＝２３６ｎｍとして複数の副摂動部分を設は
帰還領域６１８の３つのＰ側″踵極６０９に加える電界
の比率を変えることにより、発振波長を１．５３０μｍ
〜１．５７０μｍまでの４０ｎｍの範囲にわたって連続
的に変化させることができる。
の１実施例を説明する。本実施例では位相調整領域を設
けなかった点が第６図の実施例と大きく異なる。長駒部
分８１１の周期をＡ ｎ ＝２４０ｎｍ、Ａｚ＝２３８
ｎｍ、Ａａ＝２３６ｎｍとして複数の副摂動部分を設は
帰還領域６１８の３つのＰ側″踵極６０９に加える電界
の比率を変えることにより、発振波長を１．５３０μｍ
〜１．５７０μｍまでの４０ｎｍの範囲にわたって連続
的に変化させることができる。
第９Ａ図及び第９Ｂ図を参照して、本発明に係る半導体
レーザ装置の他の１実施例について説明する。第９Ｂ図
は、第９Ａ図のＡ−Ａ’での断面図である。積層構造は
、ＦＩＧＵＲＥ ６の実施例とほぼ同じであるが、位相
調整領域６１７及び帰還領域６１８において、ノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ −Ｉ ｎ Ｐ多重量子井戸層６１４
の変わりに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層９１４
を設けた点が異なる。各半導体層の多層成長後、第９Ｂ
図に示したように、位相調整領域６１７および帰還領域
６１８に、幅１μｍのストライプを形成するように両側
の半導体各層をエツチングし、ｐ型ＩｎＰ埋込み層９０
２．ｎ型ＩｎＰ埋込み層９０３で埋め込み、Ｐ電極６０
９およびｎ電極６１５を蒸着法で作製することにより、
所望の素子構造を得る。このような構造を形成すること
により、２つの光ガイド層６１２．９１４のうち、ｐ型
ＩｎＧａＡｓＰ上部ガイド層９１１にだけ、電流を流し
てキャリアを注入し、屈折率を低下させることができる
。帰還領域６１８の３つのｐ側電極６０９に流す電流の
比率を変えることにより１発振波長を、１．５４０μｍ
〜１．５６０μｍまでの２０ｎｍの範囲にわたって、連
続的に変化させることができる。
レーザ装置の他の１実施例について説明する。第９Ｂ図
は、第９Ａ図のＡ−Ａ’での断面図である。積層構造は
、ＦＩＧＵＲＥ ６の実施例とほぼ同じであるが、位相
調整領域６１７及び帰還領域６１８において、ノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ −Ｉ ｎ Ｐ多重量子井戸層６１４
の変わりに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層９１４
を設けた点が異なる。各半導体層の多層成長後、第９Ｂ
図に示したように、位相調整領域６１７および帰還領域
６１８に、幅１μｍのストライプを形成するように両側
の半導体各層をエツチングし、ｐ型ＩｎＰ埋込み層９０
２．ｎ型ＩｎＰ埋込み層９０３で埋め込み、Ｐ電極６０
９およびｎ電極６１５を蒸着法で作製することにより、
所望の素子構造を得る。このような構造を形成すること
により、２つの光ガイド層６１２．９１４のうち、ｐ型
ＩｎＧａＡｓＰ上部ガイド層９１１にだけ、電流を流し
てキャリアを注入し、屈折率を低下させることができる
。帰還領域６１８の３つのｐ側電極６０９に流す電流の
比率を変えることにより１発振波長を、１．５４０μｍ
〜１．５６０μｍまでの２０ｎｍの範囲にわたって、連
続的に変化させることができる。
第１０図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例について説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１００
１の表面に、周期が、Ａ ｓ ＝２３８、Ｏｎｍ、Ａｚ
＝２３８．２ｎｍ、Ａｓ＝２３８．４ｎｍの回折格子１
０１１を作製して、複数の副摂動部分からなる非一様周
期分布を有する摂動部分１０１１を設けた。Ａｌ、Ａｘ
、Ａδのそれぞれの領域の中央には、回折格子の凹凸の
位相がλ πラジアンだけ変化した。いわゆる冥／４シフト１０２
１をそれぞれ設けた。その後ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイ
ド層１０１２．イントープＩｎＧａＡｓＰ活性層１０１
３．ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層１０１４
、ｐ型１ｎＰクラッド層１０１２を順次エピタキシャル
成長する。その後、複数のｐ側電極１００８．ｎ側電極
１００９を蒸着法で作製することにより、所望のレーザ
構造を得る０本実施例では、３つの周期の異なる副摂動
部分を設けている。特定の副摂動部分の摂動と光を選択
的に結合させることにより、発振波長を変化させること
ができる。更に１つの領域において、電極を２つ設けて
、電流を非対称に流すことにより屈折率分布を生じさせ
、細かく波長を変化させることができる。６コのｐ側電
極１ｏｏ８に流す電流を調整することにより、発振波長
を、１．５４０μｍ〜１．５４６μｍまでの６ｎｍの範
囲で、連続的に発振波長を変えることができる。また、
この範囲で、主モードと副モードのパワー比は、３５ｄ
Ｂ以上であり、安定な縦単一モード選択性を示す。
他の１実施例について説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１００
１の表面に、周期が、Ａ ｓ ＝２３８、Ｏｎｍ、Ａｚ
＝２３８．２ｎｍ、Ａｓ＝２３８．４ｎｍの回折格子１
０１１を作製して、複数の副摂動部分からなる非一様周
期分布を有する摂動部分１０１１を設けた。Ａｌ、Ａｘ
、Ａδのそれぞれの領域の中央には、回折格子の凹凸の
位相がλ πラジアンだけ変化した。いわゆる冥／４シフト１０２
１をそれぞれ設けた。その後ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイ
ド層１０１２．イントープＩｎＧａＡｓＰ活性層１０１
３．ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層１０１４
、ｐ型１ｎＰクラッド層１０１２を順次エピタキシャル
成長する。その後、複数のｐ側電極１００８．ｎ側電極
１００９を蒸着法で作製することにより、所望のレーザ
構造を得る０本実施例では、３つの周期の異なる副摂動
部分を設けている。特定の副摂動部分の摂動と光を選択
的に結合させることにより、発振波長を変化させること
ができる。更に１つの領域において、電極を２つ設けて
、電流を非対称に流すことにより屈折率分布を生じさせ
、細かく波長を変化させることができる。６コのｐ側電
極１ｏｏ８に流す電流を調整することにより、発振波長
を、１．５４０μｍ〜１．５４６μｍまでの６ｎｍの範
囲で、連続的に発振波長を変えることができる。また、
この範囲で、主モードと副モードのパワー比は、３５ｄ
Ｂ以上であり、安定な縦単一モード選択性を示す。
第１１図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例を説明する０本実施例は。
他の１実施例を説明する０本実施例は。
左の活性領域１１２５．中央の位相調整領域１１２６、
右の帰還領域１１２７からなる。活性領域１１２５はｎ
型１ｎＰ基板１１０１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイ
ド層１１２１．ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１１２
２．ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層１１２３
．ｐ型ＩｎＰクラッド層１１２４を順次エピタキシャル
成長した構造となっている。位相調整領域１１２６およ
び、帰還領域１１２７は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部クラ
ッド層１１０２、 ノンドープＩｎＧａＡｓＰ下部光ガ
イド層１１１３、ノンドープＩｎＧａ１ｓＰ中部クラッ
ド層１１１４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ −Ｉ ｎ
Ｐ多層量子井戸層１１１５．ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部ク
ラッド層１１１６、ｐ型ＩｎＰ上部りラッド層１１０３
を順次エピタキシャル成長した構造となっている。
右の帰還領域１１２７からなる。活性領域１１２５はｎ
型１ｎＰ基板１１０１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイ
ド層１１２１．ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１１２
２．ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層１１２３
．ｐ型ＩｎＰクラッド層１１２４を順次エピタキシャル
成長した構造となっている。位相調整領域１１２６およ
び、帰還領域１１２７は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部クラ
ッド層１１０２、 ノンドープＩｎＧａＡｓＰ下部光ガ
イド層１１１３、ノンドープＩｎＧａ１ｓＰ中部クラッ
ド層１１１４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ −Ｉ ｎ
Ｐ多層量子井戸層１１１５．ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部ク
ラッド層１１１６、ｐ型ＩｎＰ上部りラッド層１１０３
を順次エピタキシャル成長した構造となっている。
帰還領域１１２７においては、ｎ型ＩｎＰ基板１１０１
の表面の一部分に、周期Ａｚ＝２３５．０ｎｍの回折格
子を形成して副摂動部分１１１１とし、ｐ ｆｆＩｎＧ
ａＡｓＰ上部クラッド層１１１６の表面に、周期Ａｒ＝
２４０．Ｏｎｍの回折格子を形成して副摂動部分１１１
２とした。上述した各半導体層の多層成長後、ｎ側電極
１１０９およびｐ側電極１１０７．１１１０，１１０８
を蒸着法により形成し、所望の素子構造を得た。帰還領
域１１２７ｐ側電極１１０８に加える電界の強さを変え
る二゛ とにより、発振波長を１．５４０μｍ〜１．５
６０μｍまでの２０ｎｍの範囲にわたって、連続的に変
化させることができる。主モードと副モードのパワー比
は、２０ｎｍの波長可変幅にわたって、常に３５ｄＢ以
上であり、安定な縦モード発振を行なう、また、電極１
１１０により位相調整領域１１２６に加える電界を調整
することにより、スペクトル線幅を常に１０ＭＨｚ以下
に押えるこができる。
の表面の一部分に、周期Ａｚ＝２３５．０ｎｍの回折格
子を形成して副摂動部分１１１１とし、ｐ ｆｆＩｎＧ
ａＡｓＰ上部クラッド層１１１６の表面に、周期Ａｒ＝
２４０．Ｏｎｍの回折格子を形成して副摂動部分１１１
２とした。上述した各半導体層の多層成長後、ｎ側電極
１１０９およびｐ側電極１１０７．１１１０，１１０８
を蒸着法により形成し、所望の素子構造を得た。帰還領
域１１２７ｐ側電極１１０８に加える電界の強さを変え
る二゛ とにより、発振波長を１．５４０μｍ〜１．５
６０μｍまでの２０ｎｍの範囲にわたって、連続的に変
化させることができる。主モードと副モードのパワー比
は、２０ｎｍの波長可変幅にわたって、常に３５ｄＢ以
上であり、安定な縦モード発振を行なう、また、電極１
１１０により位相調整領域１１２６に加える電界を調整
することにより、スペクトル線幅を常に１０ＭＨｚ以下
に押えるこができる。
第１２図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例を説明する０本実施例では、ある一定の周
期ジ有する副摂動部分の領域に、帰還領域の分離電極を
複数（例えば２個）設ける点が、第６回流例と異なる。
他の１実施例を説明する０本実施例では、ある一定の周
期ジ有する副摂動部分の領域に、帰還領域の分離電極を
複数（例えば２個）設ける点が、第６回流例と異なる。
活性領域１２２５は。
ｐ型ＩｎＰ基板１２０１上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイ
ド１２０４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１２０５
．ｎ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層１２０６．
ｎ型ＩｎＰクラッド層１２０７を順次エピタキシャル成
長する°ことにより形成する０位相調整領域１２２６及
び帰還領域１２２７は、上述した各半導体層の一部をエ
ツチング等により除去し、ｐ型ＩｎＰ基板１２０１上の
一部に周期Ａｌ＝ ２３８ ｎｍ、Ａｚ＝２３９ｎｍの
副摂動部分をそれぞれ形成した後、以下の各層を成長し
て形成する。即ち、上記複数の副摂動部分からなる摂動
部分１２１１が形成された基板１２０１表面上に、ｐ型
ＩｎＧａＡｓＰ下部クラッド層１２０２．ノンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層１２１２．ノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ中部クラッド層１２１３．ノンドープＩｎＧ
ａＡｇＰ −Ｉ ｎ Ｐ ＭＱＷ構造の上部光ガイド
層１２１４．ｎ型ＩｎＰ上部クラッド層１２０３を順次
エピタキシャル成長して形成する。２種の摂動周期を有
する摂動部分１２１１の各副摂動部分に対して、各々複
数のｎ側電極が対応するように、分離電極１２０８を蒸
着により形成する。活性領域１２２５．位相調整領域１
２２６の電極１２０７，１２１０゜１２０７及び１２１
０．基板裏面のＰ側電極１２０９の形成は既述の各実施
例と同様である。
ド１２０４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１２０５
．ｎ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層１２０６．
ｎ型ＩｎＰクラッド層１２０７を順次エピタキシャル成
長する°ことにより形成する０位相調整領域１２２６及
び帰還領域１２２７は、上述した各半導体層の一部をエ
ツチング等により除去し、ｐ型ＩｎＰ基板１２０１上の
一部に周期Ａｌ＝ ２３８ ｎｍ、Ａｚ＝２３９ｎｍの
副摂動部分をそれぞれ形成した後、以下の各層を成長し
て形成する。即ち、上記複数の副摂動部分からなる摂動
部分１２１１が形成された基板１２０１表面上に、ｐ型
ＩｎＧａＡｓＰ下部クラッド層１２０２．ノンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層１２１２．ノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ中部クラッド層１２１３．ノンドープＩｎＧ
ａＡｇＰ −Ｉ ｎ Ｐ ＭＱＷ構造の上部光ガイド
層１２１４．ｎ型ＩｎＰ上部クラッド層１２０３を順次
エピタキシャル成長して形成する。２種の摂動周期を有
する摂動部分１２１１の各副摂動部分に対して、各々複
数のｎ側電極が対応するように、分離電極１２０８を蒸
着により形成する。活性領域１２２５．位相調整領域１
２２６の電極１２０７，１２１０゜１２０７及び１２１
０．基板裏面のＰ側電極１２０９の形成は既述の各実施
例と同様である。
帰還領域１２２７の複数の電極１２０８に加える電界の
比率を変えることにより、発振波長を、１．５３０μｍ
”１．５５０μｍの２０ｎｍの範囲にわたって連続的に
変化させることができる。また１位相調整領域に加える
電界を調整することにより、スペクトル線幅を常に１０
ＭＨｚ以下に押えることができる。
比率を変えることにより、発振波長を、１．５３０μｍ
”１．５５０μｍの２０ｎｍの範囲にわたって連続的に
変化させることができる。また１位相調整領域に加える
電界を調整することにより、スペクトル線幅を常に１０
ＭＨｚ以下に押えることができる。
第１３図を参照して１本発明に係る半導体レーザ装置の
他の１実施例を説明する０本図は、本実施例である半導
体レーザ装置を上方からみたときの模式図である。３つ
に分岐した光導波路１３０２を基板１３０４上に形成し
、各分岐点には、光スィッチ１３０３を設けた。この光
スィッチはキャリアを注入することにより、屈折率を変
化させて、光の進む方向を変化させるものである。
他の１実施例を説明する０本図は、本実施例である半導
体レーザ装置を上方からみたときの模式図である。３つ
に分岐した光導波路１３０２を基板１３０４上に形成し
、各分岐点には、光スィッチ１３０３を設けた。この光
スィッチはキャリアを注入することにより、屈折率を変
化させて、光の進む方向を変化させるものである。
光導波路１３０２の左端には、レーザ１３０１を設け、
分岐した３つの光導波路１３０２の反対側の端には、回
折格子による３つの副摂動部分１３１１を設けた。回折
格子の周期は、多々２３８ｎｍ、２４０ｎｍ＋ ２４２
ｎｍである。レーザ１３０１を駆動し、光スィッチ１３
０３により、光を任意の回折格子と結合させることによ
り、発振波長を、１．５３０μｍ 〜１．５６０／Ａｍ
の３０ｎｍの範囲にわたって、連続的に変化させること
ができる。
分岐した３つの光導波路１３０２の反対側の端には、回
折格子による３つの副摂動部分１３１１を設けた。回折
格子の周期は、多々２３８ｎｍ、２４０ｎｍ＋ ２４２
ｎｍである。レーザ１３０１を駆動し、光スィッチ１３
０３により、光を任意の回折格子と結合させることによ
り、発振波長を、１．５３０μｍ 〜１．５６０／Ａｍ
の３０ｎｍの範囲にわたって、連続的に変化させること
ができる。
第１４図を参照して、本発明に係る半導体レーザ装置を
光通信システムに応用する場合の１形態について説明す
る図は、多チャンネル・ヘテロダインコヒーレント光通
信システムのブロック図である。光１ｏｓｉ、光源Ｏ８
２，・・・・・・光源０８４００からの光を、それぞれ
変調器Ｍｌ、変調器Ｍ２．・・・・・・、変調器Ｍ４０
０で変調した。変調速度は、］、 Ｇ ｂ ／ Ｓであ
り、各光源間の波長間隔は、０．５人とした。この光を
、光ファイバにより、１１００ｋ伝送した後、受光器で
電気信号に変換し、増幅器、復調器により、増幅・復調
を行ない、信号を検出する。４００個の信号を選択する
ために、周波数制御回路及び局部発振光源ＬＳを用いて
、ヘテロダイン検波を行なった。局部発振光源ＬＳの波
長可変幅は、２０ｎｍ以上である。このようにして、４
００Ｇｂ／ｓ １１００ｋの大容量長距離光通信が可
能となる。この光通信システムの局部発振光源ＬＳとし
て１本発明の波長可変半導体レーザ装置を使用できる。
光通信システムに応用する場合の１形態について説明す
る図は、多チャンネル・ヘテロダインコヒーレント光通
信システムのブロック図である。光１ｏｓｉ、光源Ｏ８
２，・・・・・・光源０８４００からの光を、それぞれ
変調器Ｍｌ、変調器Ｍ２．・・・・・・、変調器Ｍ４０
０で変調した。変調速度は、］、 Ｇ ｂ ／ Ｓであ
り、各光源間の波長間隔は、０．５人とした。この光を
、光ファイバにより、１１００ｋ伝送した後、受光器で
電気信号に変換し、増幅器、復調器により、増幅・復調
を行ない、信号を検出する。４００個の信号を選択する
ために、周波数制御回路及び局部発振光源ＬＳを用いて
、ヘテロダイン検波を行なった。局部発振光源ＬＳの波
長可変幅は、２０ｎｍ以上である。このようにして、４
００Ｇｂ／ｓ １１００ｋの大容量長距離光通信が可
能となる。この光通信システムの局部発振光源ＬＳとし
て１本発明の波長可変半導体レーザ装置を使用できる。
また、４００コの光源も、０．５人の波長間隔で並べる
ために、波長を制御する必要があり、やはり本発明の波
長可変半導体レーザ装置を適用できる。
ために、波長を制御する必要があり、やはり本発明の波
長可変半導体レーザ装置を適用できる。
以上、本発明をプレーナ型の活性領域を有する半導体レ
ーザ装置に言及して説明してきたが、他の活性領域−例
えばＤＨレーザタイプ、ＢＨレーザタイプ等−の活性領
域を用いても同様である。
ーザ装置に言及して説明してきたが、他の活性領域−例
えばＤＨレーザタイプ、ＢＨレーザタイプ等−の活性領
域を用いても同様である。
また１本発明をＩ ｎ Ｐ 、 ＩｎＧａＡｓＰの化合
物半導体材料よりなる半導体レーザ装置に言及して説明
してきたが、他の半導体材料−例えば、ＧａＡｓ、 Ｉ
ｎＧａＡｓ。
物半導体材料よりなる半導体レーザ装置に言及して説明
してきたが、他の半導体材料−例えば、ＧａＡｓ、 Ｉ
ｎＧａＡｓ。
ＩｎＡ Ｑ Ａｓ、 ＩｎＡ Ｑ ＧａＡｓ等−より成
る半導体レーザ装置でも良いことはもちろんである。
る半導体レーザ装置でも良いことはもちろんである。
本発明によれば、発振波長可変幅の著しく大きい半導体
レーザ装置を実現することができる。
レーザ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る半導体レーザ装置の基本的構成
を説明するための図であり、キャビティ方向に平行な縦
断面図である。 第２図は、従来の波長可変型半導体レーザを説明するも
のである。 第３図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
説明するための図である。 第４図は１本発明に係る半導体レーザ装置の他の１実施
例を説明するだめの図である。本実施例は１発振波長の
狭スペクトル化のために特に好適な構造を有している。 第５Ａ図及び第５Ｂ図は１本発明に係る半導体レーザ装
置の帰還領域の一部を示す断面図であり。 帰還領域内部の光強度分布を共に示している。本図は、
帰還領域内の光導波領域の有効な形態を示唆するもので
ある。 第６図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
示す断面図である。 第７Ａ図及び第７Ｂ図は、本発明に係る半導体レーザ装
置の帰還領域を示す図であり、光学的結合強度の変化を
説明するための概念図である。 第８図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
説明するための図である。 第９Ａ図及び第９Ｂ図は、本発明に係る半導体レーザ装
置の更に他の１実施例を説明するための図であり、第９
Ａ図はキャビティ方向に平行な縦断面図、第９Ｂ図は第
９Ａ図のＡ−Ａ’断面図である。本実施例も１発振波長
の狭スペクトル化に特に有効な形態である。 第１０図は、本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の
１実施例を説明するための図である。本実施例は、活性
領域と帰還領域とが明確に分離しておらず、全領域が両
者の機能を同時に発揮する構造を有する。 第１１図は、本発明の更に他の１実施例を説明するため
の図であり、本実施例も発振波長の狭スペクトル化に有
効な形態の１つであるが１本実施例の重要な示唆は、帰
還領域のとり得る形態である。具体的には、摂動部分が
複数存在する可能性及び摂動部分が帰還領域内でとりう
る位置の可能性を示唆するもである。 第１２図は、本発明の更に他の１実施例を説明するため
の図であり、やはり発振波長の狭スペクトル化に有効な
形態の１つであるが、本実施例の重要な示唆は、摂動部
分の形態と、帰還領域内を伝播する光の強度分布を変化
させるための手段との特殊な組み合せにある。この構成
は、第１０図に示した実施例と共通の思想を含んでいる
。 第１３図は１本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の
１実施例を説明するための図であり、半導体レーザ装置
を上方からみたときの模式図である。本実施例の重要な
示唆は、分枝型光導波路。 光スィッチ等の光学的機能素子の利用である。 第１４図は、本発明に係る半導体レーザ装置を光通信シ
ステムに応用する場合の１実施例を説明するためのブロ
ック図である０本発明に係る半導体レーザ装置を光通信
システムに応用する場合の適用可能性を示唆する。 １１１・・・摂動部分、１０７・・・電極、１１３・・
・帰還領域。
を説明するための図であり、キャビティ方向に平行な縦
断面図である。 第２図は、従来の波長可変型半導体レーザを説明するも
のである。 第３図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
説明するための図である。 第４図は１本発明に係る半導体レーザ装置の他の１実施
例を説明するだめの図である。本実施例は１発振波長の
狭スペクトル化のために特に好適な構造を有している。 第５Ａ図及び第５Ｂ図は１本発明に係る半導体レーザ装
置の帰還領域の一部を示す断面図であり。 帰還領域内部の光強度分布を共に示している。本図は、
帰還領域内の光導波領域の有効な形態を示唆するもので
ある。 第６図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
示す断面図である。 第７Ａ図及び第７Ｂ図は、本発明に係る半導体レーザ装
置の帰還領域を示す図であり、光学的結合強度の変化を
説明するための概念図である。 第８図は、本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を
説明するための図である。 第９Ａ図及び第９Ｂ図は、本発明に係る半導体レーザ装
置の更に他の１実施例を説明するための図であり、第９
Ａ図はキャビティ方向に平行な縦断面図、第９Ｂ図は第
９Ａ図のＡ−Ａ’断面図である。本実施例も１発振波長
の狭スペクトル化に特に有効な形態である。 第１０図は、本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の
１実施例を説明するための図である。本実施例は、活性
領域と帰還領域とが明確に分離しておらず、全領域が両
者の機能を同時に発揮する構造を有する。 第１１図は、本発明の更に他の１実施例を説明するため
の図であり、本実施例も発振波長の狭スペクトル化に有
効な形態の１つであるが１本実施例の重要な示唆は、帰
還領域のとり得る形態である。具体的には、摂動部分が
複数存在する可能性及び摂動部分が帰還領域内でとりう
る位置の可能性を示唆するもである。 第１２図は、本発明の更に他の１実施例を説明するため
の図であり、やはり発振波長の狭スペクトル化に有効な
形態の１つであるが、本実施例の重要な示唆は、摂動部
分の形態と、帰還領域内を伝播する光の強度分布を変化
させるための手段との特殊な組み合せにある。この構成
は、第１０図に示した実施例と共通の思想を含んでいる
。 第１３図は１本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の
１実施例を説明するための図であり、半導体レーザ装置
を上方からみたときの模式図である。本実施例の重要な
示唆は、分枝型光導波路。 光スィッチ等の光学的機能素子の利用である。 第１４図は、本発明に係る半導体レーザ装置を光通信シ
ステムに応用する場合の１実施例を説明するためのブロ
ック図である０本発明に係る半導体レーザ装置を光通信
システムに応用する場合の適用可能性を示唆する。 １１１・・・摂動部分、１０７・・・電極、１１３・・
・帰還領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板と、この基板上に形成されて、注入されたキャ
リアによつて発光する活性層を有する活性領域と、上記
基板に形成されて、上記活性層からの光を導波する光導
波領域と非一様周期分布をもつ摂動部分とを有する帰還
領域と、上記帰還領域内を伝播する光の上記摂動部分の
一部への光学的結合強度を変化するための手段とを有す
ることを特徴とする半導体レーザ装置。 ２、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記
光導波領域が複数の光導波層を有している半導体レーザ
装置。 ３、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記
摂動部分が複数の副摂動部分を有し、かつ各副摂動部分
はそれぞれ固有の摂動周期を有する半導体レーザ装置。 ４、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記
変化するための手段が前記帰還領域に設けられた複数の
電極を有する半導体レーザ装置。 ５、請求項４に記載の半導体レーザ装置において、前記
摂動領域が複数の副摂動部分を有し、各副摂動部分はそ
れぞれ固有の摂動周期を有し、かつ前記電極は前記各副
摂動部分に対応して少くとも２つずつ存在する半導体レ
ーザ装置。 ６、基板と、この基板上に設けられ、非一様周期分布を
もつ摂動部分と光を導波するための光導波領域とを有す
る半導体積層構造体と、発振波長を変化するために上記
半導体積層構造体内部の光強度分布を変化するための手
段とを有することを特徴とする半導体レーザ装置。 ７、請求項６に記載の半導体レーザ装置において、前記
変化するための手段が前記半導体積層構造体に設けられ
た複数の電極である半導体レーザ装置。 ８、請求項６に記載の半導体レーザ装置において、前記
摂動部分が複数の副摂動部分を有は、かつ各副摂動部分
はそれぞれ固有の摂動周期を有する半導体レーザ装置。 ９、光を発生するための活性領域と、この活性領域と光
学的に結合し、発振波長を変化するための構造上のパラ
メータを複数個もつ帰還領域とを有することを特徴とす
る半導体レーザ装置。 １０、請求項９に記載の半導体レーザ装置において、前
記構造上のパラメータの１つが非一様周期分布をもつ摂
動部分である半導体レーザ装置。 １１、請求項１０に記載の半導体レーザ装置において、
前記構造上のパラメータの他の１つとして前記帰還領域
に設けられた複数の電極を有する半導体レーザ装置。 １２、請求項１１に記載の半導体レーザ装置において、
前記電極が前記帰還領域内部の光強度分布を変化するた
めの電界を前記帰還領域に印加する半導体レーザ装置。 １３、請求項１１に記載の半導体レーザ装置において、
前記電極が前記帰還領域内部の光強度分布を変化するた
めのキャリアを前記帰還領域に注入する半導体レーザ装
置。 １４、請求項９に記載の半導体レーザ装置において、前
記摂動部分は複数の副摂動部分を有し、かつ各副摂動部
分はそれぞれ固有の摂動周期を有する半導体レーザ装置
。 １５、請求項９に記載の半導体レーザ装置が、前記帰還
領域内を伝播する光と前記摂動部分の一部領域との結合
強度を選択的に変化するための手段を有する半導体レー
ザ装置。 １６、請求項１５に記載の半導体レーザ装置において、
前記変化する手段が前記帰還領域に設けられた複数の電
極である半導体レーザ装置。 １７、請求項９に記載の半導体レーザ装置において、前
記活性領域と前記帰還領域とは位相調整領域を介して光
学的に結合している半導体レーザ装置。 １８、請求項１７に記載の半導体レーザ装置において、
前記位相調整領域が前記活性領域内及び前記帰還領域内
を伝播する光の位相を整合するために光路長を変化する
ことができる光路を有する半導体レーザ装置。 １９、請求項９に記載の半導体レーザ装置において、前
記帰還領域が前記活性領域からの光を導波するための光
導波領域を有する半導体レーザ装置。 ２０、請求項１９に記載の半導体レーザ装置において、
前記光導波領域と前記摂動部分の距離が０．５μｍ以下
である半導体レーザ装置。 ２１、請求項１９に記載の半導体レーザ装置において、
前記光導波領域が複数の光導波層を有する半導体レーザ
装置。 ２２、請求項２１に記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の光導波層はＭＱＷ構造を有する半導体レーザ
装置。
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