JPH02263490A - 波長可変半導体レーザ - Google Patents

波長可変半導体レーザ

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JPH02263490A
JPH02263490A JP8392889A JP8392889A JPH02263490A JP H02263490 A JPH02263490 A JP H02263490A JP 8392889 A JP8392889 A JP 8392889A JP 8392889 A JP8392889 A JP 8392889A JP H02263490 A JPH02263490 A JP H02263490A
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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】 〔産業上の利用分野] 本発明は光フアイバ通信用に適した半導体レーザに関し
、特に、分布反射型波長可変半導体レーザ装置に関する
[従来の技術] 分布反射型波長可変半導体レーザ(ま発振光の単色性に
優れ、かつ発振波長のコントロールが可能であり、光フ
アイバ通信に用いると光ファイバの材料分散の影響なく
極めて高速に大量の情報を伝送できるという特徴を持ち
、コヒーレント光伝送といった将来の通信用光源として
開発が進められている。
第5図は従来の構造の分布反射型波長可変半導体レーザ
である。
同図において、1はn型半導体基板、2は活性導波路、
3はp型半導体、4.4’、5,6.7は電極である。
8.8°は活性導波路2上に刻まれた周期状の回折格子
である。電極5に印加される電流ILDにより発光した
光は回折格子8,8°により特定の波長の光だけが反射
されるが電極4,4°により印加される電流によりキャ
リヤ電子ガスが蓄積されプラズマ効果で屈折率が変化し
、反射する波長も変化する。また分布反射部で反射して
もどる光の位相を調整し、単一モード発振するように電
極6に電流を印加し、プラズマ効果で屈折率変化させる
領域を設けている。
[発明が解決しようとしてる問題点] 前記従来例において屈折率を変化させて発振波長を変化
させる領域は分布反射部と位相調整部で、2つの領域の
うち分布反射部については光の感じる回折格子の周期が
屈折率の変化△nにより変化するためブラッグ反射波長
がシフトする。この時の波長変動量Δλbは電極4.4
°より印加される電流I tuneにより変化するキャ
リア注入量ΔN、により次式のように表せる。
ここでλはI tune= Oの時のブラッグ波長、n
b*ffは分布反射部の有効屈折率を表す。また、ξは
導波路の光閉じ込め係数、θn / c? Nはプラズ
マ効果によるキャリヤ変化による屈折率変化係数である
次に、位相調整部について電極6より印加する電流I 
phaseによりキャリ、ヤがΔN、たけ変化したとす
ると発振波長の変化Δλ、は次式で表せる。
Δλ、= ここでn meter n pateはそれぞれ活性層
部、位相調整部の有効屈折率、そしてβ、、β9.β5
は活性層部、位相調整部、分布反射部の長さを示してい
る。■、■を比較すると、■に比べ■の方が同じキャリ
ヤ数に対し△λが小さくなる事がわかる。すなわちI 
phaseはI tuneと比較し、大きくする必要が
あり、波長変動を行う場合この電流I phaseによ
り発熱し屈折率が上昇する事で屈折率変化幅が抑えられ
、結果として波長可変の幅が小さくなってしまうという
欠点があった。
又、十分大きな△λpを得るため■式より位相調整領域
をある程度長くする必要があり、これにより損失が大き
くなりしきい値電流が大きくなるという欠点もあった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば活性層とは別に導波路を持ち、該導波路
が超格子構造であり、該導波路の両端付近に形成された
周期状の回折格子による分布反射部を有する半導体レー
ザ素子において、該導波路をその吸収スペクトルの吸収
端が該活性層と前記回折格子の周期から決まるレーザ発
振波長近くになるような構造とし、該分布反射部と活性
層の間に電界印加によって屈折率が変化する位相調整部
を設けた事をにより、波長可変の範囲を広げ、しきい値
電流の小さな波長可変半導体レーザを可能にしたもので
ある。
[作用] 位相調整部において印加する電界は、半導体のpn接合
に対し、逆方向の電界とし、該導波路の超格子構造に発
生する量子閉じ込めシュタルク効果により屈折率を変化
させている。この時、超格子導波路の吸収端付近の波長
の光では、この効果により10−2程度の屈折率変化が
見込める。これは従来のプラズマ効果が10−3程度の
屈折率変化である事を考えると1桁大きな△nが得られ
、更に電流を印加しないため発熱も発生しないため従来
の方法と比較し、十分大きな波長変化が望める。
又、△nが大きいため位相調整部の長さを短くする事が
可能になりこれは内部損失を減少させるためレーザ発振
のしきい値も小さくなる。
[実施例] X皇旦ユ 第1図に本発明に係わる一実施例の断面図を示す。同図
において11はn型GaAs基板、11°はn型A 1
wGa 1−wAs下部クラッド層、12は活性層であ
るGaAs層、13は上部クラッドとなるp型AlxG
a+ −wAs層、14.14°はブラッグ波長を制御
する電流I tuneを印加する電極で、15は活性層
に電流ILDを印加する電極、16は位相調整部に逆方
向電界E phaseを印加する電極、17はアース゛
に繋がる通電極、18.18’は分布型回折格子、19
.19°、19”は電極14゜14’、 15.16に
独立に電圧を印加するために掘った溝、20は位相調整
部1分布反射部を有するGaAs/A1yGa+−yA
s超格子導波路、21はSiN層である。
製造に当ってはまずn型GaAs基板11上に通常のM
BE成長法で順にn型クラッド層11°、超格子導波路
20.活性層12を連続的に成長させた後活性層を活性
層領域12を残して導波路20まで化学エツチングする
。次にSiNを成膜し、溝19°、19”を形成する位
置だけに残るようエツチングする。次に露出した導波路
20の分布反射部18.18°にレーザによる干渉法で
周期状の回折格子を作製する。そして(−(7)上にL
PE法でAIwGaI−Js!を成長させるとSiN上
にはAIwGaI−Jsが成長しないため溝19′。
19”が形成される。次に溝19をドライエツチングで
形成する。溝19が浅くて良いのは、分布反射部と活性
層に印加する電流の方向は同じであるため電気的絶縁性
を大きくする必要がないためである。そして最後に電極
14.14°、 15.16をAu−Znで形成、基板
側はAu−3nを蒸着して17を形成する。寸法的には
活性層12.分布反射部18.18“、その長さL A
u L bはそれぞれ共に約200μmである。又、位
相調整部の長さし、は20μm、溝19°、19”の幅
Ldは10μmである。又、活性層12の厚さは0.3
μm、導波路10の厚さは0.3μm 、 GaAs/
AI。
Ga、−、Asは60人/60人、格子の周期は約25
00人である。導波路20の組成y= 0.1クラツド
11°となるAIwGaI−wAsでw=0.4および
13 AIwGaI −11Asのx =0.4として
波長が0.855〜0.845μmの変化が可能となり
、単一モード発振が得られる。又、この構成でn型、p
型を変えても同様の効果が得られる。
本実施例では、第2図に示すように、導波路の吸収スペ
クトルの吸収端がレーザ発振波長λ。の近傍に設定され
ている。量子閉じ込めシュタルク効果により吸収スペク
トルが実線から破線へと変化したとすると、吸収端はA
点からB点へと変化し、この場合、吸収が増大し、屈折
率がかなり小さくなる。このようにして、大きな屈折率
変化を生じさせて発振波長を変化させる。
K嵐五ユ 第3図に本発明に係わる一実施例の断面図を示す。前記
実施例1と同じ構成で位相調整部に独立に電圧を印加す
るための絶縁溝30.30°の底の部分に酸素を打込み
その後アニーリングさせる事で、光学的にあまり変化さ
せずに電気抵抗の高い領域31.31°を形成した。
これにより活性層、分布反射領域に流れる電流が位相調
整部に流れ込む事がなくなり、レーザ発振のしきい値電
流をより小さくし、更にブラッグ波長の変動幅を広げる
事が可能になる。
X血■ユ 本発明に係わる一実施例の断面図を第4図に示す。同図
において41はn型GaAs基板、41’はn型A 1
wGa 1−wAsAsクララ、42ばAIwGaI−
vAs活性層、43はp型AlxGa+−xAsクラッ
ド層、48.48°は分布型回折格子、49°、49”
は電気的絶縁性を高めるための溝、50はGaAs/A
I、Ga+−、As超格子導波路、51はGaAs層、
52.52°は溝49°、49”を埋め込む電気的に高
抵抗なnon−dope Alw−Ga+−w・As。
製°造に当ってはまずn型GaAs基板41上に通常の
MBE成長法で順にn型クラッド層41°、超格子導波
路50.エッチストップ用GaAs層51.活性層42
を連続的に成長させた後活性層を活性層領域42を残し
てエッチストップ層50まで化学エツチングする0次に
露出した導波路20の分布反射部48.48°にレーザ
による干渉法で周期状の回折格子を作製する。そしてそ
の上にLPE法でAl工Ga+−wAs層を成長させ、
溝19°、19”を選択ウェットエツチングによりエッ
チストップ層51まで掘る。寸法は実施例1.2と同じ
で、AI組成比v = 0.05.  w = 0.4
゜w”=0.4. x=0.4. y=0.2とするこ
とで波長が0、835〜0.825μmの変化が可能と
なる。又、この構成でn型をp型とし、P型をn型とし
ても同様の効果が得られる。
本発明では溝をAlGaAsで埋め込む事により、レー
ザの光路上での屈折率分布の変化が小さくなる。このた
め位相調整部の両端で生じる光の反射や損失が小さくな
り、より出力の安定した単一モード発振が得られるよう
になる。
〔発明の効果J 以上説明したように本発明は、量子閉じ込めシュタルク
効果により屈折率を変化させて波長を変化させるため、
波長変動幅が広くとれ、レーザ発振のしきい値電流が小
さくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の波長可変半導体レーザの第1の実施例
の断面図 第2図は波長を変化させる原理を説明するための図、 第3図は本発明の波長可変半導体レーザの第2の実施例
の断面図 第4図は本発明の波長可変半導体レーザの第3の実施例
の断面図 第5図は従来例の断面図である。 1.11.41・・・・・・・・・基板、1°、11’
、41’・・・・・・下部クラッド層、2、12.42
・・・・・・・・・活性層、3、13.43・・・・・
・・・・上部クラッド層、4.4°、14゜ 14°、 5.15. )・・・・・・電極、6、16
.7.17 19、’、 19”、 29°、)・・・溝、29”、
49°、49” 20、30.50・・・・・・・・導波路、21・・・
・・・・・・・・・・・SiN膜、31.31’・・・
・・・・・・・酸素注入領域、51・・・・・・・・・
・・・・・エッチストップ層、52、52°・・・・・
・・・・・埋込み層。 特許出願人  キャノン株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、活性層とは別に導波路を持ち、該導波路が超格子構
    造であり、該導波路の両端付近に形成された周期状の回
    折格子による分布反射部を有する半導体レーザ素子にお
    いて、 該導波路をその吸収スペクトルの吸収端が該活性層と前
    記回折格子の周期から決まるレーザ発振波長近くになる
    ような構造とし、該分布反射部と活性層の間に電界印加
    によって屈折率が変化する位相調整部を設けたことを特
    徴とする波長可変半導体レーザ。 2、該位相調整部と活性層部と2つの分布反射部のそれ
    ぞれに独立した電圧を印加できる電極構造を持ち、更に
    、該位相調整部とこれをはさむ活性層部、分布反射部と
    の間に溝を形成し、電気的に抵抗を大きくしたことを特
    徴とする請求項1記載の波長可変半導体レーザー。 3、溝の底の部分にのみ酸素を打ち込んだ領域が形成さ
    れていることを特徴とする請求項2記載の波長可変半導
    体レーザ。 4、溝が高電気抵抗な半導体でうめ込まれていることを
    特徴とする請求項2記載の波長可変半導体レーザ。
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JPH0457384A (ja) * 1990-06-27 1992-02-25 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ
JP2010113084A (ja) * 2008-11-05 2010-05-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光信号処理装置

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