JPH0213942B2 - - Google Patents
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- JPH0213942B2 JPH0213942B2 JP59210588A JP21058884A JPH0213942B2 JP H0213942 B2 JPH0213942 B2 JP H0213942B2 JP 59210588 A JP59210588 A JP 59210588A JP 21058884 A JP21058884 A JP 21058884A JP H0213942 B2 JPH0213942 B2 JP H0213942B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
-
- H—ELECTRICITY
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- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
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- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/1057—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying composition along the optical axis
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- H01S5/124—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts
- H01S5/1243—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts by other means than a jump in the grating period, e.g. bent waveguides
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、単一モードの発振をさせるのに好適
な構成を有する分布帰還（distributed
feedback：DFB）型半導体レーザに関する。
な構成を有する分布帰還（distributed
feedback：DFB）型半導体レーザに関する。
一般に、発振波長が1.5〜1.6〔μｍ〕である半
導体レーザは、その波長帯の光を伝送する光フア
イバに於ける損失が最小であることから、多くの
開発がなされている。
導体レーザは、その波長帯の光を伝送する光フア
イバに於ける損失が最小であることから、多くの
開発がなされている。
通常のこの種の半導体レーザ、即ち、フアブ
リ・ペロー型半導体レーザを高速で変調すると波
長は単一に維持することができず、多波長になつ
てしまう。
リ・ペロー型半導体レーザを高速で変調すると波
長は単一に維持することができず、多波長になつ
てしまう。
そのような信号光を光フアイバに入射して伝送
すると、その出射される光は、光フアイバ自体の
材料分散に依り各波長の屈折率が変わり、伝播速
度が変わるので、波形が崩れてしまう。
すると、その出射される光は、光フアイバ自体の
材料分散に依り各波長の屈折率が変わり、伝播速
度が変わるので、波形が崩れてしまう。
その結果、このような信号は受信側では大きな
雑音を伴うものとなるので実用にならない。
雑音を伴うものとなるので実用にならない。
そこで、近年、DFB型半導体レーザが開発さ
れ、好結果を得ている。
れ、好結果を得ている。
DFB型半導体レーザは、活性層そのもの或い
はその近傍にコルゲーシヨン（corrugation）も
しくはグレーテイング（grating）と呼ばれる回
折格子を形成し、その回折格子の中を光が往復し
て共振するようになつている。
はその近傍にコルゲーシヨン（corrugation）も
しくはグレーテイング（grating）と呼ばれる回
折格子を形成し、その回折格子の中を光が往復し
て共振するようになつている。
このようなDFB型半導体レーザでは、理論的
には、数百〔Ｍビツト／秒〕の高速で変調を行つ
ても単一波長の発振を維持することができるとさ
れているが、その実現は甚だ困難である。
には、数百〔Ｍビツト／秒〕の高速で変調を行つ
ても単一波長の発振を維持することができるとさ
れているが、その実現は甚だ困難である。
その理由は、前記DFB型レーザに於けるコル
ゲーシヨンは一様に形成され、側面の中央から見
て、コルゲーシヨンが左右対称になつている、所
謂、対称DFB型半導体レーザとなつていて、二
つの縦モードの損失が等しい為、２モード発振し
たり、コルゲーシヨンの周期に合つたブラツグ波
長から±に同じ波長分だけ僅かにずれた二つの共
振モード間で発振が移行するなど不安定な動作を
することに依る。
ゲーシヨンは一様に形成され、側面の中央から見
て、コルゲーシヨンが左右対称になつている、所
謂、対称DFB型半導体レーザとなつていて、二
つの縦モードの損失が等しい為、２モード発振し
たり、コルゲーシヨンの周期に合つたブラツグ波
長から±に同じ波長分だけ僅かにずれた二つの共
振モード間で発振が移行するなど不安定な動作を
することに依る。
そこで、このような欠点を解消すべく、所謂、
Λ／２シフトDFB型半導体レーザ（Λ＝コルゲ
ーシヨン周期）が開発された。
Λ／２シフトDFB型半導体レーザ（Λ＝コルゲ
ーシヨン周期）が開発された。
第１２図はΛ／２シフトDFB型半導体レーザ
の要部切断側面図である。
の要部切断側面図である。
図に於いて、１はn+型InP基板、２はｎ型InP
バツフア層、３はｎ型InPクラツド層、４はノ
ン・ドープInGaAsP活性層、５はｐ型InGaAsP
ガイド層、６及び６′はコルゲーシヨン、７はｐ
型InPクラツド層、８はp+型InGaAsPコンタクト
層、９はｎ側電極、１０はｐ側電極をそれぞれ示
している。
バツフア層、３はｎ型InPクラツド層、４はノ
ン・ドープInGaAsP活性層、５はｐ型InGaAsP
ガイド層、６及び６′はコルゲーシヨン、７はｐ
型InPクラツド層、８はp+型InGaAsPコンタクト
層、９はｎ側電極、１０はｐ側電極をそれぞれ示
している。
図示例では、中央からみて、左側のコルゲーシ
ヨン６と右側のコルゲーシヨン６とは、Λ／２だ
けシフトさせてある。因に、通常の場合、右側の
コルゲーシヨンは記号６′で指示した破線のよう
になる。
ヨン６と右側のコルゲーシヨン６とは、Λ／２だ
けシフトさせてある。因に、通常の場合、右側の
コルゲーシヨンは記号６′で指示した破線のよう
になる。
図示のような構成を有するDFB型半導体レー
ザはブラツグ波長で発振することが可能である。
ザはブラツグ波長で発振することが可能である。
第１２図に示したΛ／２シフトDFB型半導体
レーザの発振特性は極めて優れたものとなるが、
その製造にはかなり問題がある。
レーザの発振特性は極めて優れたものとなるが、
その製造にはかなり問題がある。
即ち、コルゲーシヨン６の周期Λそのものが、
例えば0.3〜0.4〔μｍ〕と小さいものであり、そ
れをΛ／２だけシフトし且つ左右のコルゲーシヨ
ンを併せることは甚だ困難である。
例えば0.3〜0.4〔μｍ〕と小さいものであり、そ
れをΛ／２だけシフトし且つ左右のコルゲーシヨ
ンを併せることは甚だ困難である。
本発明は、ブラツグ波長で安定に発振させるこ
とができ、しかも、容易に製造できる構成を有す
るDFB型半導体レーザを提供する。
とができ、しかも、容易に製造できる構成を有す
るDFB型半導体レーザを提供する。
本発明に依る半導体レーザに於いては、上下か
らクラツド層で挟まれているストライプ状の活性
層と、該ストライプ状の活性層に近接して形成さ
れている回折格子とを備えてなり、該ストライプ
状の活性層に於ける中央近傍には拡幅して光伝播
定数を変えた部分が選択的に形成され、該拡幅部
分とその他の部分との光伝播定数差をΔβとし且
つ該拡幅部分の長さをＬとして、 ΔβL＝±π／２±mπ（ｍは整数） なる式を満足する構成になつている。
らクラツド層で挟まれているストライプ状の活性
層と、該ストライプ状の活性層に近接して形成さ
れている回折格子とを備えてなり、該ストライプ
状の活性層に於ける中央近傍には拡幅して光伝播
定数を変えた部分が選択的に形成され、該拡幅部
分とその他の部分との光伝播定数差をΔβとし且
つ該拡幅部分の長さをＬとして、 ΔβL＝±π／２±mπ（ｍは整数） なる式を満足する構成になつている。
前記のような構成にしたDFB型半導体レーザ
は、実効的に見てコルゲーシヨン・ピツチをΛ／
４だけずらせたものと等価になり、縦モード選択
比が大幅に改善され、第１２図に関して説明した
従来のDFB型半導体レーザと同様にブラツグ波
長で安定且つ容易に発振し、しかも、そのような
発振をさせる為には光導波領域の一部に光の伝播
定数が相違した部分を選択的に形成しさえすれば
良く、そして、その光の伝播定数が相違した部分
を形成する為の製造上の難易は、第１２図に関し
て説明した従来例に比較すると、全く問題になら
ないほど容易である。
は、実効的に見てコルゲーシヨン・ピツチをΛ／
４だけずらせたものと等価になり、縦モード選択
比が大幅に改善され、第１２図に関して説明した
従来のDFB型半導体レーザと同様にブラツグ波
長で安定且つ容易に発振し、しかも、そのような
発振をさせる為には光導波領域の一部に光の伝播
定数が相違した部分を選択的に形成しさえすれば
良く、そして、その光の伝播定数が相違した部分
を形成する為の製造上の難易は、第１２図に関し
て説明した従来例に比較すると、全く問題になら
ないほど容易である。
第１図及び第２図は本発明に於ける第１の実施
例を説明する為の要部切断斜面図及び要部切断側
面図をそれぞれ表している。
例を説明する為の要部切断斜面図及び要部切断側
面図をそれぞれ表している。
図に於いて、１１はn+型InP基板、１２はｎ型
InPバツフア層、１３はｎ型InPクラツド層、１
４はコルゲーシヨン、１５はｎ型InGaAsPガイ
ド層、１６はInGaAsP活性層、１６Ａは活性層
１６の拡幅部分、１７はｐ型InPクラツド層、１
８はp+型InGaAsPコンタクト層、１９はｎ側電
極、２０はｐ側電極、Ａはレーザ全体、β1及びβ2
は伝播定数、L1は活性層１６の長さ、L2は拡幅
部分１６Ａの長さ、L3は活性層１６がなだらか
に拡幅されてゆく部分の長さ、W1は活性層１６
の幅、W2は拡幅部分１６Ａの幅をそれぞれ示し
ている。
InPバツフア層、１３はｎ型InPクラツド層、１
４はコルゲーシヨン、１５はｎ型InGaAsPガイ
ド層、１６はInGaAsP活性層、１６Ａは活性層
１６の拡幅部分、１７はｐ型InPクラツド層、１
８はp+型InGaAsPコンタクト層、１９はｎ側電
極、２０はｐ側電極、Ａはレーザ全体、β1及びβ2
は伝播定数、L1は活性層１６の長さ、L2は拡幅
部分１６Ａの長さ、L3は活性層１６がなだらか
に拡幅されてゆく部分の長さ、W1は活性層１６
の幅、W2は拡幅部分１６Ａの幅をそれぞれ示し
ている。
本発明では、光の位相をずらせて単一波長の発
振を可能とする為、光導波領域内に光の伝播定数
を異にする部分を導入することに依り目的を達し
ていることは前記した通りであり、図から明らか
なように、本実施例では、活性層１６の中央近傍
に拡幅部分１６Ａが形成されていて、これに依
り、光導波領域に於ける伝播定数がβ1からβ2に変
化し、実効的に屈折率を変化させることができる
ので、伝播する光の位相をずらせることができ
る。
振を可能とする為、光導波領域内に光の伝播定数
を異にする部分を導入することに依り目的を達し
ていることは前記した通りであり、図から明らか
なように、本実施例では、活性層１６の中央近傍
に拡幅部分１６Ａが形成されていて、これに依
り、光導波領域に於ける伝播定数がβ1からβ2に変
化し、実効的に屈折率を変化させることができる
ので、伝播する光の位相をずらせることができ
る。
ここで、ブラツグ波長をλb、実効的な屈折率を
neffとすると、 Λ＝λb／2neff で表され、また、伝播定数差Δβは、 Δβ＝β2−β1 で表され、本実施例の場合、β2＞β1であるから
Δβは正である。
neffとすると、 Λ＝λb／2neff で表され、また、伝播定数差Δβは、 Δβ＝β2−β1 で表され、本実施例の場合、β2＞β1であるから
Δβは正である。
光の伝播定数を変化させて位相をずらせる為に
変化させるべき実効的な屈折率差をΔnとし、こ
れと伝播定数を異にする部分の長さＬ（第１図の
L2）との関係は、自由空間の発振波長をλとし
て、 2πΔn／λＬ＝π／２ で与えられる。従つて、この式に発振波長λ及び
変化させるべき実効的な屈折率差Δnを入れるこ
とに依り伝播定数を異にする部分の長さＬを求め
ることができる。また、 Δβ＝2πΔn／λ であるから、 ΔβL＝±π／２±mπ（ｍは整数） となり、この式を満足させることに依り、安定な
単一波長（ブラツグ波長λb）の発振が可能とな
る。
変化させるべき実効的な屈折率差をΔnとし、こ
れと伝播定数を異にする部分の長さＬ（第１図の
L2）との関係は、自由空間の発振波長をλとし
て、 2πΔn／λＬ＝π／２ で与えられる。従つて、この式に発振波長λ及び
変化させるべき実効的な屈折率差Δnを入れるこ
とに依り伝播定数を異にする部分の長さＬを求め
ることができる。また、 Δβ＝2πΔn／λ であるから、 ΔβL＝±π／２±mπ（ｍは整数） となり、この式を満足させることに依り、安定な
単一波長（ブラツグ波長λb）の発振が可能とな
る。
図示例に於ける各所要部分の寸法は次のようで
ある。
ある。
W1＝1.8〔μｍ〕
W2＝2.5〔μｍ〕
L1＝400〔μｍ〕
L2＝60〔μｍ〕
L3＝５〜10〔μｍ〕
本実施例では、活性層１６に拡幅部分１６Ａを
形成するのに、長さL3を採つて、徐々に拡幅し
ているが、これは、急激に拡幅した場合、その界
面に活性層１６或いは拡幅部分１６Ａの特性を損
なうような欠陥が現れることを考慮した為である
が、若し、そのような問題を生じなければ、図に
波線で示してあるように、なだらかな拡幅部分を
除去しても良い。尚、実験によれば、なだらかな
拡幅部分を除去しても支障はなかつた。
形成するのに、長さL3を採つて、徐々に拡幅し
ているが、これは、急激に拡幅した場合、その界
面に活性層１６或いは拡幅部分１６Ａの特性を損
なうような欠陥が現れることを考慮した為である
が、若し、そのような問題を生じなければ、図に
波線で示してあるように、なだらかな拡幅部分を
除去しても良い。尚、実験によれば、なだらかな
拡幅部分を除去しても支障はなかつた。
第３図は第１図及び第２図に関して説明した実
施例の光出力対電流の関係を示す線図である。
施例の光出力対電流の関係を示す線図である。
図では、縦軸に光出力を、また、横軸に電流を
それぞれ採つてある。
それぞれ採つてある。
図から判るように、前記実施例では、閾値電流
Ithの値は28〔ｍＡ〕であり、そこから光出力は急
速に立ち上がつている。
Ithの値は28〔ｍＡ〕であり、そこから光出力は急
速に立ち上がつている。
第４図は同じく第１図及び第２図に関して説明
した実施例の発振波長スペクトラムを表す線図で
ある。
した実施例の発振波長スペクトラムを表す線図で
ある。
このデータは、閾値電流Ithに近い値の電流を
流して発振させた場合に得られたものであり、図
からすると、ブラツグ波長λb＝1.3〔μｍ〕で発振
が行われ、且つ、その発振の両側でスペクトラム
の急激な落ち込みの存在が看取され、これに依り
発振は安定であることが理解できよう。
流して発振させた場合に得られたものであり、図
からすると、ブラツグ波長λb＝1.3〔μｍ〕で発振
が行われ、且つ、その発振の両側でスペクトラム
の急激な落ち込みの存在が看取され、これに依り
発振は安定であることが理解できよう。
第５図は同じく第１図及び第２図に関して説明
した実施例の光出力が８〔ｍＷ〕である場合の発
振波長スペクトラムを表す線図である。
した実施例の光出力が８〔ｍＷ〕である場合の発
振波長スペクトラムを表す線図である。
この図から、斯かる光出力を取り出しても、発
振は安定な単一波長で行われていることが認識さ
れる。
振は安定な単一波長で行われていることが認識さ
れる。
本発明に依る半導体レーザに於いては、上下か
らクラツド層で挟まれているストライプ状の活性
層と、該ストライプ状の活性層に近接して形成さ
れている回折格子とを備えてなり、該ストライプ
状の活性層に於ける中央近傍には拡幅して光伝播
定数を変えた部分が選択的に形成され、該拡幅部
分とその他の部分との光伝播定数差をΔβとし且
つ該拡幅部分の長さをＬとして、 ΔβL＝±π／２±mπ（ｍは整数） なる式を満足するものとしている。
らクラツド層で挟まれているストライプ状の活性
層と、該ストライプ状の活性層に近接して形成さ
れている回折格子とを備えてなり、該ストライプ
状の活性層に於ける中央近傍には拡幅して光伝播
定数を変えた部分が選択的に形成され、該拡幅部
分とその他の部分との光伝播定数差をΔβとし且
つ該拡幅部分の長さをＬとして、 ΔβL＝±π／２±mπ（ｍは整数） なる式を満足するものとしている。
このような構成にすることに依り、半導体レー
ザは単一波長、即ち、ブラツグ波長で安定に発振
することができ、そして、それを可能にする構
成、即ち、光導波領域の一部に選択的に伝播定数
を異にする部分を作り込むことは、前記実施例か
ら理解できるように従来のΛ／２シフトDFB型
半導体レーザと比較すると格段に容易であり、し
かも、再現性も良好である。
ザは単一波長、即ち、ブラツグ波長で安定に発振
することができ、そして、それを可能にする構
成、即ち、光導波領域の一部に選択的に伝播定数
を異にする部分を作り込むことは、前記実施例か
ら理解できるように従来のΛ／２シフトDFB型
半導体レーザと比較すると格段に容易であり、し
かも、再現性も良好である。
また、通常、直線的なストライプ状活性層をも
つDFB型半導体レーザに於いて、その発振状態
では、注入されたキヤリヤが活性層の中央部分で
低く、且つ、両端部分で高くなるように分布し、
そのキヤリヤ分布が発振モードに大きな影響を与
えることが知られている。然しながら、前記構成
では、キヤリヤが欠乏する傾向にある中央部分に
於ける活性層は幅広に形成されていることから、
その部分には他の部分に比較して、より多くのキ
ヤリヤを供給することが可能であり、従つて、レ
ーザ発振時の活性層に於けるキヤリヤ分布が均一
化され、発振モード単一化を安定に実現すること
ができる。
つDFB型半導体レーザに於いて、その発振状態
では、注入されたキヤリヤが活性層の中央部分で
低く、且つ、両端部分で高くなるように分布し、
そのキヤリヤ分布が発振モードに大きな影響を与
えることが知られている。然しながら、前記構成
では、キヤリヤが欠乏する傾向にある中央部分に
於ける活性層は幅広に形成されていることから、
その部分には他の部分に比較して、より多くのキ
ヤリヤを供給することが可能であり、従つて、レ
ーザ発振時の活性層に於けるキヤリヤ分布が均一
化され、発振モード単一化を安定に実現すること
ができる。
第１図は本発明一実施例の要部切断斜面図、第
２図は第１図に見られる実施例の要部切断側面
図、第３図は本発明一実施例の電流対光出力の関
係を示す線図、第４図は閾値電流を流した場合の
発振波長スペクトラムを示す線図、第５図は光出
力を８〔ｍＷ〕とした場合の発振波長スペクトラ
ムを示す線図、第６図は従来例の要部切断側面図
をそれぞれ表している。 図に於いて、１１は基板、１２はバツフア層、
１３はクラツド層、１４はコルゲーシヨン、１５
はガイド層、１６は活性層、１６Ａは活性層１６
の拡幅部分、１７はクラツド層、１８はコンタク
ト層、１９はｎ側電極、２０はｐ側電極をそれぞ
れ示している。
２図は第１図に見られる実施例の要部切断側面
図、第３図は本発明一実施例の電流対光出力の関
係を示す線図、第４図は閾値電流を流した場合の
発振波長スペクトラムを示す線図、第５図は光出
力を８〔ｍＷ〕とした場合の発振波長スペクトラ
ムを示す線図、第６図は従来例の要部切断側面図
をそれぞれ表している。 図に於いて、１１は基板、１２はバツフア層、
１３はクラツド層、１４はコルゲーシヨン、１５
はガイド層、１６は活性層、１６Ａは活性層１６
の拡幅部分、１７はクラツド層、１８はコンタク
ト層、１９はｎ側電極、２０はｐ側電極をそれぞ
れ示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 上下からクラツド層で挟まれているストライ
プ状の活性層と、 該ストライプ状の活性層に近接して形成されて
いる回折格子と を備えてなり、 該ストライプ状の活性層に於ける中央近傍には
拡幅して光伝播定数を変えた部分が選択的に形成
され、該拡幅部分とその他の部分との光伝播定数
差をΔβとし且つ該拡幅部分の長さをＬとして、 ΔβL＝±π／２±mπ（ｍは整数） なる式を満足するものとしたことを特徴とする半
導体レーザ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210588A JPS6189690A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 半導体レ−ザ |
| DE8585307130T DE3579991D1 (de) | 1984-10-09 | 1985-10-04 | Halbleiterlaser. |
| US06/784,594 US4726031A (en) | 1984-10-09 | 1985-10-04 | Semiconductor laser |
| EP85307130A EP0178134B1 (en) | 1984-10-09 | 1985-10-04 | Semiconductor laser |
| KR8507366A KR890004646B1 (en) | 1984-10-09 | 1985-10-07 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210588A JPS6189690A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6189690A JPS6189690A (ja) | 1986-05-07 |
| JPH0213942B2 true JPH0213942B2 (ja) | 1990-04-05 |
Family
ID=16591801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59210588A Granted JPS6189690A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 半導体レ−ザ |
Country Status (5)
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-
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Non-Patent Citations (1)
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