JPH01225187A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPH01225187A JP4947488A JP4947488A JPH01225187A JP H01225187 A JPH01225187 A JP H01225187A JP 4947488 A JP4947488 A JP 4947488A JP 4947488 A JP4947488 A JP 4947488A JP H01225187 A JPH01225187 A JP H01225187A
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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〕 温度を制御することで発振波長を所望の波長に維持する
ようにした半導体発光装置に関し、半導体レーザに於け
る接合の温度を高速で、しかも、低消費電力で変化させ
ることを可能にし、所望の発振波長を安定に維持させる
ことができるようにした半導体発光装置を提供すること
を目的とし、 チップに組み込まれた半導体レーザ部分の近傍に発熱素
子部分が一体に組み込まれてなるよう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、温度を制御することで発振波長を所望の波長
に維持するようにした半導体発光装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、光信号を用いたヘテロゲイン通信が実用化されつ
つある。
その場合、局部発振器として働く半導体レーザに要求さ
れる条件は、設定された発振波長を安定に維持できるこ
と、また、その発振波長が可変であること、などである
通常、発振波長を制御するには、熱或いは電流を利用し
て接合の温度を変えることで達成され、その場合の温度
制御は高速且つ精密であることが必要とされる。
従来は、 (1)  パッケージの温度を制御することで間接的に
半導体レーザの発光に寄与する接合部分の温度を制御す
る (2)半導体発熱素子(ペルチェ効果素子)上に半導体
レーザ・チップを載置し、半導体レーザの発光に寄与す
る接合部分の温度を間接的に制御する などの手段が採られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記(1)に記述した手段の場合、熱容量が大きいパッ
ケージ全体を温度制御する為、応答性が悪く且つ消費電
力が大きい旨の欠点がある。
前記(2)に記述した手段の場合、前記(1)の手段に
比較し、高速且つ低消費電力となるが、その場合であっ
ても、応答は〔秒〕のオーダーであり、ヘテロダイン通
信に於ける局部発振器として使用するには問題があり、
また、低消費電力であるとされているが、充分とは言い
難い。その理由は次の通りである。即ち、温度制御には
電子回路等を用いた負帰還ループが用いられることが多
(、具体的には、波長或いは周波数をモニタし、その波
長或いは周波数が所定の値からずれた際に電流等を制御
して波長を一定に維持しようとするものであるが、これ
に従来技術に依る応答性の悪い制御手段を用いると、例
えば、波長が短波長側にずれた場合、発熱体に電流を流
して接合部分の温度を上昇させることで波長を長波長側
に引き戻すことになるが、応答性が悪いので、電流を流
してから発熱体が発熱し、接合部分の温度が上昇するま
でに時間のずれを生ずる。制御回路では、接合部分の温
度上昇に依り波長が変化して所定の波長になった際に電
流の供給停止或いは電力の供給低減を行う。然しなから
、接合部分の温度上昇は常に遅れて応答する為、制御回
路が電流の供給を停止した後までも暫くは温度上昇が継
続されることになり、波長は所定の波長よりも長波長側
まで変化する旨の問題を生ずる。この現象は、波長が長
波長側にずれた場合に起きるので、制御回路は常に過剰
な制御を行うこととなり、所謂、オーバ・シュートに依
る制御回路の振動が発生し、一定周期で短波長と長波長
との間を変化するようになり、いつまでも波長が安定し
ないことになる。
このような問題は、発熱体に供給された電力が高速で熱
に変換され、且つ、その熱が高速で接合部分に伝達され
、そこでの温度を高速で変化させることができれば解決
される。
本発明は、半導体レーザに於ける接合の温度を高速で、
しかも、低消費電力で変化させることを可能にし、所望
の発振波長を安定に維持できるように、また、それを変
化させることができるようにした半導体発光装置を提供
しようとする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に依る半導体発光装置に於いては、チップに組み
込まれた半導体レーザ部分(例えば半導体レーザ部分L
D)の近傍に発熱素子部分(例えば発熱素子部分H1及
びH2)が一体に組み込まれている。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、半導体レーザ部分に於ける
接合の温度は発熱素子部分からの熱で高速に、しかも、
低消費電力で変化させることが可能となり、その発振波
長を所望の値に定め且つ安定に維持することができ、ま
た、それを広い範囲に亙って任意に変化させることが可
能になった。
〔実施例〕
第1図は本発明一実施例の要部切断正面図を表している
図に於いて、lはn型!nP基板、2はI nGaAs
P活性層、3はp型1nPクラッド兼接合形成層、4は
p型InP埋め込み層、5.6.7はn側電極、8はn
側電極、LDは半導体レーザ部分、Hl及びH2は発熱
素子部分をそれぞれ示している。
図から明らかなように、半導体レーザ部分LDには活性
層2が存在し、発熱素子部分H1及びH2にはpn接合
が存在するのみである。
従って、これ等に電流を流した場合、半導体レーザ部分
LDでは発光し、発熱素子部分H1及びH2では発熱す
る。
この熱は半導体レーザ部分LDに伝わって接合温度を上
昇させるので、発振波長はその熱、従って、発熱素子部
分H1及びH2に流す電流に依って制御することができ
る。
発熱素子部分H1及びH2に於ける熱抵抗が例えば50
 (Ill:/W) 、接合に加わる電圧が0. 7(
V)であれば、100100(の電流を流した場合に約
3.5 (’C)程度の温度上昇がある。これを発振波
長の変化、即ち、発振周波数の変化にすると28000
 (MHz)に相当するので、発振波長の可変範囲は大
変に広いことになる。また、電流は100〔μA〕程度
の制御は容易に行うことができるから、電流を変えるこ
とに依る温度の制御は0. 0035 (’ill’)
程度は容易に達成することができる。この場合の変化は
、発振周波数に換算すると28(Mllz)程度であり
、かなり精密な制御が可能である。更にまた、電流を変
えることに依る接合温度変化の応答性は1O−9C秒〕
のオーダーであるから、温度制御の為の制御回路の速度
を速くしても、発振等の問題は発生せず、極めて高速、
且つ、高精度の周波数制御が可能である。
第2図は第1図に見られる半導体発光装置を用いて発振
波長の制御、従って、発振周波数の安定化を行う場合に
ついて説明する為の要部回路説明図である。
図に於いて、11はハーフ・ミラー、12は光検知器(
図ではO/E) 、13は第一バンド・パス・フィルタ
、14は第二バンド・パス・フィルタ、15は差動増幅
器、16は電圧−電流変換増幅器、17は半導体発光装
置、18は定電流源、f3は入力光信号周波数、r o
utは光検知器12の出力電気信号周波数、vlは第一
バンド・パス・フィルタ13の出力電圧、V2は第二バ
ンド・パス・フィルタ14の出力電圧、v3は差動増幅
器15の出力電圧、■。。stは電圧−電流変換増幅器
16の出力である制御電流、■、は半導体レーザ部分L
Dのバイアス電流、r oscは半導体発光装置の発振
出力光信号周波数、LoLITは外部に送出される出力
光信号、foは目的とする周波数をそれぞれ示している
第3図は第2図に見られる第一バンド・パス・フィルタ
13並びに第二バンド・パス・フィルタ14の出力電圧
v1並びにVtと差動増幅器15の出力電圧V、との関
係を説明する為の線図であり、(A)、  (B)、 
 (C)の何れに於いても、横軸に周波数を、縦軸に出
力電圧をそれぞれ採っである。
さて、第2図に見られる回路に於いて、周波数fsの入
力光信号がハーフ・ミラー11に入射すると、その一部
は反射して外部に送出され、そして、一部は透過して光
検知器12に入力され、そこで電気信号に変換される。
光検知器12からの周波数f。utの出力電気信号は、 fouT ”  l  fosc     fs   
lで表される。その周波数f。utなる出力電気信号は
二つに分岐されて第一バンド・パス・フィルタ13並び
に第二バンド・パス・フィルタ14に入力される。
第一バンド・パス・フィルタ13の出力電圧v1及び第
二バンド・パス・フィルタ14の出力電圧V、は差動増
幅器15に入力されるのであるが、その様子は第3図を
参照すると理解が容易になる。
差動増幅器15に於いては、第一バンド・パス・フィル
タ13及び第二バンド・パス・フィルタ14の出力電圧
V、及びv2を比較し、出力電圧V、を送出する。その
出力電圧v3は、V、=V!−V。
で表される。
さて、第一バンド・パス・フィルタ13及び第二バンド
・パス・フィルタ14に入力される周波数f。u7なる
電気信号の周波数がfoよりも高くなると、 出力電圧v1−低下 出力電圧v8−上昇 となり、従って、差動増幅器15の出力電圧V3は上昇
する。
この出力電圧V、は電圧−電流変換増幅器16に入力さ
れ、それに比例する電流に変換され、その出力電流は制
御電流I coNtとして半導体発光装置の発熱素子部
分H1及びH2に流れ、半導体レーザ部分LDの接合温
度を変化させて発振波長の制御、即ち、安定化に寄与す
る。
第4図は発熱素子部分H1及びH2に流す制御電流!S
及びそれに依って変化する半導体レーザ部分LDに於け
る周波数の関係を説明する為の線図であり、横軸に電流
を、そして、縦軸に周波数をそれぞれ採っである。
前記解説した実施例の具体的なデータについて説明する
発熱素子部分H1並びにH2に関する熱抵抗を50 (
”C/W) 、接合電圧を0.7 (V)とした場合、
1  (mA)の電流で0.035 (’C)の温度変
化を発生する。
半導体レーザ部分LD力月、5〔μm〕帯の分布帰還(
distributed  feedback:DFB
)型レーザである場合、前記温度変化に対する波長変化
は0.6〜0.8 〔人/℃〕であり、従って、1 (
mA)当たり約280(MHz)もの周波数変化を行わ
せることができる。
即ち、制御電流■。。Inが1 (mA)上昇した場合
には、発振周波数が約280 (MHz)も変化する。
この現象を利用すれば半導体レーザ部分LDに於ける発
振周波数の安定化は容易に達成することができ、また、
それを任意に変化させることも可能であり、例えば、1
0(μA)の精度で制御電流I C0NTを制御すると
2. 8 CMl(z)の精度で周波数を制御すること
ができる。
前記実施例では、発熱素子H1及びH2としてpn接合
を利用したが、これは抵抗素子に代替することができる
(発明の効果) 本発明に依る半導体発光装置に於いては、チップに組み
込まれた半導体レーザ部分の近傍に発熱素子部分が一体
に組み込まれている。
前記構成を採ることに依り、半4体レーザ部分に於ける
接合の温度は発熱素子部分からの熱で高速に、しかも、
低消費電力で変化させることが可能となり、その発振波
長を高精度で所望の値に定め且つ安定に維持することが
可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の要部切断正面図、第2図は第
1図に見られる半導体発光装置を用いて発振波長の制御
、従って、発振周波数の安定化を行う場合について説明
する為の要部回路説明図、第3図は第2図に見られる第
一バンド・パス・フィルタ及び第二バンド・パス・フィ
ルタの出力電圧と差動増幅器の出力電圧との関係を周波
数変化と関連させて説明する為の線図、第4図は発熱素
子部分に流す制御電流及びそれに依って変化する半導体
レーザ部分の周波数の関係を説明する為の線図をそれぞ
れ表している。 図に於いて、lはn型1nP基板、2は1 nGaAs
P活性層、3はp型1nPクラ・ノド兼接合形成層、4
はp型1nP埋め込み層、5.6.7はp側電極、8は
n側電極、LDは半導体レーザ部分、Hl及びH2は発
熱素子部分をそれぞれ示している。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司 代理人弁理士  渡 邊 弘 − 本発明一実施例の要部切断正面図 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. チップに組み込まれた半導体レーザ部分の近傍に発熱素
    子部分が一体に組み込まれてなることを特徴とする半導
    体発光装置。
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