JPH01223791A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH01223791A
JPH01223791A JP5020588A JP5020588A JPH01223791A JP H01223791 A JPH01223791 A JP H01223791A JP 5020588 A JP5020588 A JP 5020588A JP 5020588 A JP5020588 A JP 5020588A JP H01223791 A JPH01223791 A JP H01223791A
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JP
Japan
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modulation
frequency
region
phase adjustment
variation
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Pending
Application number
JP5020588A
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English (en)
Inventor
Yuji Kotaki
小滝 裕二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H01S3/1055Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements 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
    • H01S5/06255Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06256Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 半導体レーザの新規な構造に関し、 変調上限周波数を高め、且つ、周波数変調度を平坦にし
て、変調特性を向上させることを目的とし、 波長を可変にする分布反射型半導体レーザにおいて、キ
ャリア注入によって導波層の屈折率を変えて周波数を変
化させる位相調整領域と、逆バイアス電圧を印加して導
波層の屈折率を変えて周波数を変化させる周波数変調領
域とを具備してなることを特徴とする。
[産業上の利用分野] 本発明は光通信に用いる半導体レーザの新規な構造に関
する。
次世代の光通信方式として光コヒーレントシステムが研
究開発されており、その中でもFSK (Freque
ncy 5hift Keying)方式が簡便で低価
格なシステムとして注目されている。本発明はそのよう
なFSK方式光通信システムの光源に関するものである
〔従来の技術〕
現在、光通信システムでは強度変調方式が主体であるが
、周波数変調(F S K)方式が使用できれば多重波
長(周波数)通信が可能になり、現用の電波通信システ
ムに近くなる。そのFSK方式用として任意の波長で発
振できる光源が求められており、そのような光源には、
■広い波長可変幅を有すること、■平坦な周波数変調特
性をもつこと等の特性が要求される。
従来、そのような光源として、第5図に示す半導体レー
ザの構造が公知となっており、第5図の例はD B R
(Distributed Bragg Reflec
tor)型InGaAs P / In P系半導体レ
ーザの断面図で、全体が活性領域A1位相調整領域P1
分布反射領域りの3領域から構成されて、1はn−1n
P基板、2はp−1nP層、3は1nGaAs P層か
らなる活性層、4はn −1nGaAs P層からなる
光ガイド層、51は活性領域電極、52は位相調整電流
電橿、53は分布反射領域電極、6は接地電極である。
且つ、その周波数可変には活性領域に一定バイアス電流
1aを流して、分布反射領域電流1dと位相調整電流I
pとを変化させる方法が採られる。
[発明が解決しようとする課題] ところが、これには次のような問題点があり、それを第
6図によって説明する。第6図fa)は活性領域電流1
aの変化による変調特性を示しており、横軸は周波数、
縦軸は周波数変調度で、図中の曲線のように、変調周波
数は数GHzまで延びるが、変調度が平坦にならずに、
周波数に依存して大きく変動するという問題がある。
また、第6図[b)は位相調整電流1pの変化による変
調特性図で、変調度は平坦な特性を示すが、変調周波数
が数十M)Izないしは数百−’Azまでしか得られず
、発光ダイオードの変調特性とほぼ同じ程度しかならな
い。これはキャリヤ注入によって位相調整領域の屈折率
を変え、屈折率の変化によって周波数を変える、所謂、
キャリヤ注入効果を利用して周波数を変調する方法であ
るから、変調周波数がキャリア再結合時間によって制限
されて、変調度は大きいが速度が遅く、上記のように変
調の上限周波数が低くなるものである。
本発明はこのような問題点を低減させて、変調上限周波
数を高くし、且つ、変調度を平坦にして、変調特性を向
上させることを目的とした半導体レーザを提案するもの
である。
[課題を解決するための手段] その課題は、第1図に示す原理図のように、活性領域A
2分布反射領域りの他に、キャリア注入によって導波層
の屈折率を変えて周波数を変化させる位相調整領域Pと
、逆バイアス電圧Vfを印加して導波層の屈折率を変え
て周波数を変化させる周波数変調領域Fとを具備させて
いる半導体レーザによって解決される。
[作用〕 即ち、本発明にかかる半導体レーザは位相調整領域の代
わりに、位相調整領域と周波数変調領域との2つの領域
を設けるもので、周波数変tJi領域は逆バイアス電圧
を印加して導波層の屈折率を変え、その屈折率の変化に
よって周波数を変える、所謂、電気光学効果を利用して
周波数を変調する領域であり、この周波数変調領域では
変調特性がRC積の時定数のみに依存し、この時定数が
小さいほど変調上限周波数が高くなってloGHz以上
にも達し、し・かも、変調度が平坦である。
しかし、この周波数変調領域は屈折率の変化が小さいた
めに、完全に位相調整領域に置き換えると波長変化幅が
小さくなってしまうために、波長変化幅の大きい位相調
整領域を併設する。そうすれば、変調上限周波数が高く
なって、変調度が平坦になり、しかも、波長変化幅も大
きくて、変調特性が顕著に向上する。
[実施例] 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第2は本発明にかかる半導体レーザの変調特性図を示し
ており、横軸は周波数、縦軸は周波数変調度で、図の曲
線のように、変調周波数は数GHzまで延び、且つ、変
調度が平坦化している。
第3図は本発明にかかるInGaAs P / In 
P系半導体レーザの実施例を示す図で、第3図(a)は
斜視図。
第3図(b)は同図(a)のAA断面図、第3図(C1
は同図(b)のBB断面図である。半導体レーザは活性
領域A9周周波数変調領域電極相調整領域P1分布反射
領域りの4 SN域から構成され、7は高抵抗InP層
、8は両側の閉じ込め用高抵抗InP層、54は周波数
変調領域電極、その他の部位の記号は第5図と同一記号
が付けである。この高抵抗InP層の抵抗はIOKΩな
いし数十にΩでも良く、光ガイド層4はバンドギャップ
波長λg = 1.3μm、活性層3はλ=1.55μ
m、活性層の幅は1〜2μm程度、分布反射領域り部分
の光ガイド層4は格子ピッチ2400人の回折格子を設
けた構造である。
このように構成して、活性領域A9位位相調整領域に流
す電流Ia、Ipを変化させ、且つ、周波数変調領域F
に印可する逆バイアス電圧Vfを変化させると、第2図
に示す変調特性が得られる。
次に、上記実施例の形成方法を説明する。第4図fa)
〜felにその形成工程順図を示しており、第4図(a
l参照;まず、n−1nP基板1 (バッファ層を含む
)の分布反射領域部分に上記条件の回折格子を形成し、
その上にn −1nGaAs P層からなる光ガイド層
4(不純物濃度5X10  /cd、厚さ0゜3μm)
、n−1nP層11 (不純物濃度5X10/d、厚さ
0.05μm) 、 InGaAsP層からなる活性層
3、p−1nP層21(不純物濃度5 XIO”/ca
l、厚さ0.1μm)を公知の結晶成長法(例えば、液
相エピタキシャル成長法)によって積層する。
第4図(b)参照;次いで、活性領域Aのみを5i02
膜マスク(図示せず)で被覆して他部分を光ガイド層上
までエツチング除去した後、再びp −InP層22(
不純物4度5 XIO17/cffl、厚さ1〜1.5
μm) +  p”−InGaAsP層からなるコンタ
クト層23(不純物濃度10 ”’/cat、  λg
 = 1.3μm)を公知の結晶成長法によって成長す
る。
第4図(C1および(dl参照;次いで、5i02膜マ
スク30によって被覆して、両側をエツチングして中央
部分をメサ状に形成し、且つ、高抵抗1nPF3i7の
形成部分を光ガイド層4までエツチングして溝状にする
。この選択エツチングには、InP層は塩酸系エンチャ
ントを用い、InGaAs P層は硫酸系エンチャント
を用いる。第4図(C)は断面図、同図id)は斜視図
を示している。
第4図(e)参照;次いで、5i02膜マスク30を残
存したまま、例えば、MOCVD法によって除去部分に
鉄ドープ高抵抗InP層7.8を選択的に成長して埋没
させる。
その後、公知の方法によって電極を形成して、第3図に
示す半導体レーザに仕上げる。
このような構造に形成すれば、周波数変調上限周波数が
、従来の半導体レーザは数百MHzであったのに対し、
本発明にかかる半導体レーザが数GWZ程度に向上する
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明にかかる半導体
レーザは、変調上限周波数が著しく改善されて、且つ、
変調度が変調上限周波数まで平坦化した特性が得られ、
高性能な光源としてFSK方式光通信システムの発展に
寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる原理図、 第2図は本発明にかかる半導体レーザの変調特性図、 第3図(a)〜(C)は本発明にかかるInGaAs 
P / In P系半導体レーザの実施例を示す図、 第4図(a)〜(elはその実施例の形成工程順図、第
5図は従来のInGaAs P / In P系半導体
レーザの断面図、 第6図(al、 (b)は従来の問題点を示す図である
。 図において、 Aは活性領域、 Fは周波数変調領域、 Pは位相調整領域、 Dは分布反射領域、 1はn −1nP基板、 2はp −1nP層、 3はInGaAs P層からなる活性層、4はn −1
nGaAs P層からなる光ガイド層、51は活性領域
電極、 52は位相調整領域電極、 53は分布反射領域電極、 54は周波数変調領域電極、 6は接地電極、 7.8は高抵抗InP層 を示している。 万卯反教副ダ傾瓜゛ ≧トネθ月1s、U−V・3子導tトL−サ為ヤWD口
第1図 くbノ゛ワ¥+;is愛]#すt 4@DA+−n−ty−)半4nL−v’= tm#z
LtFA第2図 第3図 zl +)−1np層 第 4 図 (々4丁) i、i i列a+n ノ;X−jロ二五ノ゛rea第4
図(52) 第5図 iQI I旧イj受調身T (b)1Pl:ハ【」身性 徒ル隅B臭信マe訂3■ 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 波長を可変にする分布反射型半導体レーザにおいて、キ
    ャリア注入によつて導波層の屈折率を変えて周波数を変
    化させる位相調整領域と、逆バイアス電圧を印加して導
    波層の屈折率を変えて周波数を変化させる周波数変調領
    域とを具備してなることを特徴とする半導体レーザ。
JP5020588A 1988-03-02 1988-03-02 半導体レーザ Pending JPH01223791A (ja)

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JP5020588A JPH01223791A (ja) 1988-03-02 1988-03-02 半導体レーザ

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0457384A (ja) * 1990-06-27 1992-02-25 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ
JPH04148579A (ja) * 1990-10-12 1992-05-21 Nec Corp 半導体レーザ
US5325382A (en) * 1990-09-28 1994-06-28 Nec Corporation Method and electrode arrangement for inducing flat frequency modulation response in semiconductor laser
WO2003081733A3 (en) * 2002-03-19 2004-07-01 Bookham Technology Plc Tunable laser
JP2007200942A (ja) * 2006-01-23 2007-08-09 Fujitsu Ltd 光モジュール
JP2009141072A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Fujitsu Ltd 半導体レーザ装置

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