JPH0256837B2 - - Google Patents
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- JPH0256837B2 JPH0256837B2 JP59176838A JP17683884A JPH0256837B2 JP H0256837 B2 JPH0256837 B2 JP H0256837B2 JP 59176838 A JP59176838 A JP 59176838A JP 17683884 A JP17683884 A JP 17683884A JP H0256837 B2 JPH0256837 B2 JP H0256837B2
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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
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/164—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
-
- 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
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- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- 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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- H01S5/06258—Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
-
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- 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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- 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
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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
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Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は発光領域と独立した外部変調領域を有
する半導体発光素子に関するものである。
する半導体発光素子に関するものである。
（従来技術の問題点）
現在広く開発が行われている光フアイバ伝送技
術では光の強度の大小によつて情報を伝達してい
る。一方、光の周波数や位相を変調することによ
つて情報を伝達しようとするいわゆるコヒーレン
ト光通信の気運が高まりつつあり、低損失光フア
イバ伝送や空間伝播を用いた実験は一部で行われ
ている。光の周波数や位相を変調する方法として
は、従来、発光素子すなわち半導体レーザとは別
に光変調素子を用いるか、あるいは、半導体レー
ザに注入する電流を変える直接変調方式や分布帰
還形半導体レーザ（以下DFBレーザと略す）に
おいて発光層に注入する電流を部分的に変調する
方式が用いられてきた。しかし、前者の方法では
半導体レーザと光変調素子との間に光アイソレー
タを入れる必要があり、かつ、それらの素子間を
光学的に結合する際の損失が極めて大きいという
欠点があつた。また、後者の方法においては、注
入電流で変調を行うため、レーザ領域のキヤリア
密度が変動し、狭い発振スペクトル幅のままで光
の周波数や位相を精密に変調するのが困難であつ
た。
術では光の強度の大小によつて情報を伝達してい
る。一方、光の周波数や位相を変調することによ
つて情報を伝達しようとするいわゆるコヒーレン
ト光通信の気運が高まりつつあり、低損失光フア
イバ伝送や空間伝播を用いた実験は一部で行われ
ている。光の周波数や位相を変調する方法として
は、従来、発光素子すなわち半導体レーザとは別
に光変調素子を用いるか、あるいは、半導体レー
ザに注入する電流を変える直接変調方式や分布帰
還形半導体レーザ（以下DFBレーザと略す）に
おいて発光層に注入する電流を部分的に変調する
方式が用いられてきた。しかし、前者の方法では
半導体レーザと光変調素子との間に光アイソレー
タを入れる必要があり、かつ、それらの素子間を
光学的に結合する際の損失が極めて大きいという
欠点があつた。また、後者の方法においては、注
入電流で変調を行うため、レーザ領域のキヤリア
密度が変動し、狭い発振スペクトル幅のままで光
の周波数や位相を精密に変調するのが困難であつ
た。
（発明の目的）
本発明は、上述のような従来技術の困難を克服
するためになされたもので、狭い発振スペクトル
幅を保持しつつ発振光の位相を精密に変調できる
半導体発光素子を提供することを目的とする。
するためになされたもので、狭い発振スペクトル
幅を保持しつつ発振光の位相を精密に変調できる
半導体発光素子を提供することを目的とする。
（発明の構成と作用）
この発明のために、本発明の半導体発光素子
は、周期的な凹凸により定まる波長で発振するレ
ーザの出力光を外部導波路に印加する逆方向電圧
で位相調整する半導体発光素子において、 発振する領域のほぼ中央付近で前記周期的な凹
凸が４分の１波長だけ位相シフトしている発光領
域と、 該発光領域の少なくとも発光層と直接結合する
ように配置された外部導波路層と、該外部導波路
層の禁制帯幅よりも大なる禁制帯幅を有するクラ
ツド層内に前記発光領域と異なるpn接合が形成
されている変調領域と、 前記発光領域及び該変調領域の各へき開面側で
前記出力光を実質的な反射を起こさないように長
さが制限され、かつ前記変調領域と同じ積層構造
を有する窓領域と、を備え、前記発光領域で安定
な単一波長の出力光を得ると共に、該単一波長の
出力光を前記変調領域に印加する変調電圧により
位相変調するように構成されている。
は、周期的な凹凸により定まる波長で発振するレ
ーザの出力光を外部導波路に印加する逆方向電圧
で位相調整する半導体発光素子において、 発振する領域のほぼ中央付近で前記周期的な凹
凸が４分の１波長だけ位相シフトしている発光領
域と、 該発光領域の少なくとも発光層と直接結合する
ように配置された外部導波路層と、該外部導波路
層の禁制帯幅よりも大なる禁制帯幅を有するクラ
ツド層内に前記発光領域と異なるpn接合が形成
されている変調領域と、 前記発光領域及び該変調領域の各へき開面側で
前記出力光を実質的な反射を起こさないように長
さが制限され、かつ前記変調領域と同じ積層構造
を有する窓領域と、を備え、前記発光領域で安定
な単一波長の出力光を得ると共に、該単一波長の
出力光を前記変調領域に印加する変調電圧により
位相変調するように構成されている。
以下に図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第１図は、InGaAsP／InP化合物半導体を用い
た本発明の原理の理解を容易にするための断面模
式図である。まず、発光領域は、ｎ型InP基板１
の上にInGaAsP導波路層２、ｎ型InGaAsP発光
層３、ｐ型InGaAsPバツフア層４、及びｐ型InP
５が積層され、さらに製造プロセスの関係からｎ
型InGaAsP層６とｎ型InP層７を積層し、金属と
の電気的接触を良くするためのキヤツプ層８、図
中打点ハツチングで示した亜鉛拡散領域９、およ
び電極１０で形成されている。なお周期的な凹凸
１４は、ここでは発光層３に隣接する導波路層２
に形成されている。また、pn接合はｎ型の
InGaAsP発光層３とｐ画のInGaAsPバツフア層
４の境界に形成されている。以上の発光領域は通
常のDFBレーザであり、周期的な凹凸を有する
DFBレーザであれば、AlInGaAsP／InP、
AlGaAs／GaAs等のDFBレーザに適用できるこ
とは言うまでもない。
た本発明の原理の理解を容易にするための断面模
式図である。まず、発光領域は、ｎ型InP基板１
の上にInGaAsP導波路層２、ｎ型InGaAsP発光
層３、ｐ型InGaAsPバツフア層４、及びｐ型InP
５が積層され、さらに製造プロセスの関係からｎ
型InGaAsP層６とｎ型InP層７を積層し、金属と
の電気的接触を良くするためのキヤツプ層８、図
中打点ハツチングで示した亜鉛拡散領域９、およ
び電極１０で形成されている。なお周期的な凹凸
１４は、ここでは発光層３に隣接する導波路層２
に形成されている。また、pn接合はｎ型の
InGaAsP発光層３とｐ画のInGaAsPバツフア層
４の境界に形成されている。以上の発光領域は通
常のDFBレーザであり、周期的な凹凸を有する
DFBレーザであれば、AlInGaAsP／InP、
AlGaAs／GaAs等のDFBレーザに適用できるこ
とは言うまでもない。
次に、本発明の特徴部分である変調領域にはｎ
型InGaAsPから成る外部導波路層６が発光層３
と直接接合する形で配置されており、外部導波路
層６より大なる禁制帯幅を有するｎ型InPクラツ
ド層７の中に、発光領域のpn接合とは分離され
た形で亜鉛拡散領域９を設けることによりpn接
合が形成され、電極１１が施されている。
型InGaAsPから成る外部導波路層６が発光層３
と直接接合する形で配置されており、外部導波路
層６より大なる禁制帯幅を有するｎ型InPクラツ
ド層７の中に、発光領域のpn接合とは分離され
た形で亜鉛拡散領域９を設けることによりpn接
合が形成され、電極１１が施されている。
また、発光層３の延長上に発光層３より大なる
禁制帯幅を有するｎ型InP７を配置して窓領域を
形成している。更に、素子端面の反射をなくし、
発光層３からの出力を有効に取り出すと同時に、
フアブリーペロー共振の抑圧効果を増すために反
射防止膜１３が施されている。１２は電極であ
る。
禁制帯幅を有するｎ型InP７を配置して窓領域を
形成している。更に、素子端面の反射をなくし、
発光層３からの出力を有効に取り出すと同時に、
フアブリーペロー共振の抑圧効果を増すために反
射防止膜１３が施されている。１２は電極であ
る。
次に動作原理について説明する。通常、回折格
子１４を有するDFBレーザの発振波長は、凹凸
の周期Λで定まるブラツグ波長の近傍にあるが、
厳密にはへき開面における回折格子１４の凹凸形
状によつて異なつてくる。従つて、本発明の如く
回折格子１４の延長上に外部導波路層６が設けら
れた場合には、発光領域と変調領域との境界（以
下「境界Ａ」と称す）における凹凸の位相が、外
部導波路層６の長さによつて等価的に変化する。
従つて、外部導波路層６の長さすなわち光の反射
面であるへき開面の位置を何らかの形で等価的に
変化させれば、発振波長を変えることができる。
言い換えれば、DFBレーザの発振領域の長さを
変化させれば、発振波長も変化することになり、
この原理を用いて本発明は周波数変調を行なうも
のである。
子１４を有するDFBレーザの発振波長は、凹凸
の周期Λで定まるブラツグ波長の近傍にあるが、
厳密にはへき開面における回折格子１４の凹凸形
状によつて異なつてくる。従つて、本発明の如く
回折格子１４の延長上に外部導波路層６が設けら
れた場合には、発光領域と変調領域との境界（以
下「境界Ａ」と称す）における凹凸の位相が、外
部導波路層６の長さによつて等価的に変化する。
従つて、外部導波路層６の長さすなわち光の反射
面であるへき開面の位置を何らかの形で等価的に
変化させれば、発振波長を変えることができる。
言い換えれば、DFBレーザの発振領域の長さを
変化させれば、発振波長も変化することになり、
この原理を用いて本発明は周波数変調を行なうも
のである。
第１図において、変調領域のpn接合に電圧を
印加せずに、発光領域の発光層３に電流を注入す
れば、返答領域のへき開面（以下、「端面Ｂ」と
称す）における反射の影響を受け、ある発振波長
λ1で発振する。具体的には、この発振波長λ1は境
界Ａにおける凹凸の形状と境界Ａから端面Ｂ間の
外部導波路層６の等価的な長さ（以下、この等価
的な長さを「ｌ」とする）によつて決まる。
印加せずに、発光領域の発光層３に電流を注入す
れば、返答領域のへき開面（以下、「端面Ｂ」と
称す）における反射の影響を受け、ある発振波長
λ1で発振する。具体的には、この発振波長λ1は境
界Ａにおける凹凸の形状と境界Ａから端面Ｂ間の
外部導波路層６の等価的な長さ（以下、この等価
的な長さを「ｌ」とする）によつて決まる。
次に、発光層３に電流を注入し、さらに変調領
域のpn接合に逆方向の電圧を印加すると、電気
光学効果により外部導波路層６の屈折率が大きく
なり、上述した外部導波路層６の等価的な長さｌ
が長くなつて、発振波長がλ2となる。従つて、変
調領域のpn接合に逆方向電圧を印加するか否か
により発振波長を変えることができ、発振周波数
を変調することができる。
域のpn接合に逆方向の電圧を印加すると、電気
光学効果により外部導波路層６の屈折率が大きく
なり、上述した外部導波路層６の等価的な長さｌ
が長くなつて、発振波長がλ2となる。従つて、変
調領域のpn接合に逆方向電圧を印加するか否か
により発振波長を変えることができ、発振周波数
を変調することができる。
なお、この例では発振出力は窓領域側からの方
が大きいため、窓領域の長さを窓領域内で出力光
が実質的な反射を受けない程度に制限し、窓領域
側から取り出した方が有利であることは言うまで
もない。
が大きいため、窓領域の長さを窓領域内で出力光
が実質的な反射を受けない程度に制限し、窓領域
側から取り出した方が有利であることは言うまで
もない。
第２図は本発明の実施例を示したものである。
ここではまず、第１図と同様な窓領域が発光層と
外部導波路層の両方の延長上に配置され、両端面
に反射防止膜１３が施されている。従つて、発光
領域のレーザ動作そのものは端面の影響は受けず
に発振波長は固定される。発光領域の層構造は第
１図とほぼ同じであるが、周期的な凹凸１５の位
相が１６の位置で４分１波長に相当する分だけシ
フトしており、１次の回折格子を想定して凹凸の
周囲のちようど２倍の波長で安定な単一波長発振
が実現される。
ここではまず、第１図と同様な窓領域が発光層と
外部導波路層の両方の延長上に配置され、両端面
に反射防止膜１３が施されている。従つて、発光
領域のレーザ動作そのものは端面の影響は受けず
に発振波長は固定される。発光領域の層構造は第
１図とほぼ同じであるが、周期的な凹凸１５の位
相が１６の位置で４分１波長に相当する分だけシ
フトしており、１次の回折格子を想定して凹凸の
周囲のちようど２倍の波長で安定な単一波長発振
が実現される。
すなわち、第２図は第１図のように外部導波路
層６の長さによつて発振波長が変化せず、発光領
域で安定な単一波長発振を行なう。従つて、この
例では発光領域と発振領域は等しくなる。
層６の長さによつて発振波長が変化せず、発光領
域で安定な単一波長発振を行なう。従つて、この
例では発光領域と発振領域は等しくなる。
次に、発光領域で安定な単一波長発振した光
を、変調領域の外部導波路層６を通つて、窓領域
から出力光を取り出すわけであるが、外部導波路
層６の屈折率を変化させれば透過する光の位相も
変化する。この原理を用いて、本実施例では、第
１図と同様に変調領域のpn接合に逆方向電圧を
印加すると、電気光学効果により外部導波路層６
の屈折率が大きくなるので、出力光の位相を変化
させたものである。従つて、変調領域の電圧を
“オン”、“オフ”することにより位相変調がで
きる。また、発振領域側に窓領域を設けなくと
も、同様に安定な単一波長で位相変調された光出
力が得られることは言うまでもない。
を、変調領域の外部導波路層６を通つて、窓領域
から出力光を取り出すわけであるが、外部導波路
層６の屈折率を変化させれば透過する光の位相も
変化する。この原理を用いて、本実施例では、第
１図と同様に変調領域のpn接合に逆方向電圧を
印加すると、電気光学効果により外部導波路層６
の屈折率が大きくなるので、出力光の位相を変化
させたものである。従つて、変調領域の電圧を
“オン”、“オフ”することにより位相変調がで
きる。また、発振領域側に窓領域を設けなくと
も、同様に安定な単一波長で位相変調された光出
力が得られることは言うまでもない。
なお、以上の説明では、横モード安定化のため
のストライプ構造については触れなかつたが、埋
込みヘテロストライプ構造や平凸導波路ストライ
プ構造などに適用できることは言うまでもない。
のストライプ構造については触れなかつたが、埋
込みヘテロストライプ構造や平凸導波路ストライ
プ構造などに適用できることは言うまでもない。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば安
定な単一波長で動作し、しかもその発振位相を変
調することのできる半導体発光素子が実現され
る。電気光学効果を利用した外部返答方式である
ので、注入電流で変調を行う場合に比べて発光領
域のキヤリア密度の変動が起こることもなく、狭
いストライプ幅を維持したままでの変調光出力が
得られる。従つて、コヒーレント光通信等へ応用
することができ、その効果は極めて大である。
定な単一波長で動作し、しかもその発振位相を変
調することのできる半導体発光素子が実現され
る。電気光学効果を利用した外部返答方式である
ので、注入電流で変調を行う場合に比べて発光領
域のキヤリア密度の変動が起こることもなく、狭
いストライプ幅を維持したままでの変調光出力が
得られる。従つて、コヒーレント光通信等へ応用
することができ、その効果は極めて大である。
第１図は本発明の理解を容易にするために示さ
れた素子断面図、第２図は本発明の実施例を模式
的に示した断面図である。 １……ｎ型InP基板、２……ｎ型InGaAsP導波
路層、３……ｎ型InGaAsP活性層、４……ｐ型
InGaAsPバツフア層、５……ｐ型InP層、６……
ｎ型InGaAsP層、７……ｎ型InP層、８……ｎ型
InGaAsPキヤツプ層、９……亜鉛拡散領域、１
０，１１，１２……電極、１３……反射防止膜、
１４……一様な周期的凹凸、１５……４分１波長
相当分の位相シフトを有する周期的凹凸。
れた素子断面図、第２図は本発明の実施例を模式
的に示した断面図である。 １……ｎ型InP基板、２……ｎ型InGaAsP導波
路層、３……ｎ型InGaAsP活性層、４……ｐ型
InGaAsPバツフア層、５……ｐ型InP層、６……
ｎ型InGaAsP層、７……ｎ型InP層、８……ｎ型
InGaAsPキヤツプ層、９……亜鉛拡散領域、１
０，１１，１２……電極、１３……反射防止膜、
１４……一様な周期的凹凸、１５……４分１波長
相当分の位相シフトを有する周期的凹凸。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 周期的な凹凸により定まる波長で発振するレ
ーザの出力光を外部導波路に印加する逆方向電圧
で位相調整する半導体発光素子において、 発振する領域のほぼ中央付近で前記周期的な凹
凸が４分の１波長だけ位相シフトしている発光領
域と、 該発光領域の少なくとも発光層と直接結合する
ように配置された外部導波路層と、該外部導波路
層の禁制帯幅よりも大なる禁制帯幅を有するクラ
ツド層内に前記発光領域と異なるpn接合が形成
されている変調領域と、 前記発光領域及び該変調領域の各へき開面側で
前記出力光を実質的な反射を起こさないように長
さが制限され、かつ前記変調領域と同じ積層構造
を有する窓領域と、を備え、前記発光領域で安定
な単一波長の出力光を得ると共に、該単一波長の
出力光を前記変調領域に印加する変調電圧により
位相変調するように構成されたことを特徴とする
半導体発光素子。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP59176838A JPS6155981A (ja) | 1984-08-27 | 1984-08-27 | 半導体発光素子 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP59176838A JPS6155981A (ja) | 1984-08-27 | 1984-08-27 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS6155981A JPS6155981A (ja) | 1986-03-20 |
| JPH0256837B2 true JPH0256837B2 (ja) | 1990-12-03 |
Family
ID=16020714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59176838A Granted JPS6155981A (ja) | 1984-08-27 | 1984-08-27 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
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