JPH0311554B2 - - Google Patents
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- JPH0311554B2 JPH0311554B2 JP4330184A JP4330184A JPH0311554B2 JP H0311554 B2 JPH0311554 B2 JP H0311554B2 JP 4330184 A JP4330184 A JP 4330184A JP 4330184 A JP4330184 A JP 4330184A JP H0311554 B2 JPH0311554 B2 JP H0311554B2
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- H01S5/142—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon which comprises an additional resonator
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は同一基板上に半導体レーザと光導波路
を集積化した複合共振器構成の半導体レーザを提
案し、本半導体レーザが光通信や光計測、光デイ
スク等の情報処理危機用光源として極めて広い用
途において利用されることを示すものである。
を集積化した複合共振器構成の半導体レーザを提
案し、本半導体レーザが光通信や光計測、光デイ
スク等の情報処理危機用光源として極めて広い用
途において利用されることを示すものである。
従来例の構成とその問題点
レーザに複合共振器を用いる技術は新しいもの
ではなく、例えばK.Kogelnk他、“Mode
suppression and single frequecy operation in
gaseous optical masers”、proc.IRE p.p.2365−
2366（1963）に示されているようにHe−Neレー
ザに対しては唯一本の縦モードを選択発振させる
手段として古くから用いられている。
ではなく、例えばK.Kogelnk他、“Mode
suppression and single frequecy operation in
gaseous optical masers”、proc.IRE p.p.2365−
2366（1963）に示されているようにHe−Neレー
ザに対しては唯一本の縦モードを選択発振させる
手段として古くから用いられている。
同様なことが半導体レーザにおいても試みられ
ており、複合共振器的構成を有する半導体レーザ
の従来例を第１図ａ〜ｋに示す。
ており、複合共振器的構成を有する半導体レーザ
の従来例を第１図ａ〜ｋに示す。
第１図ａ〜ｅは半導体レーザからの出射レーザ
光を外部に配置した反射機能を有する光学素子を
用いて半導体レーザへ帰還を行なうものである。
第１図において１は半導体レーザ、２は活性領
域、３はミラー、４はレンズ、５はグレーデイン
グ、６は凹面鏡、７は光フアイバである。レンズ
の有無はあるが、基本的にはａ，ｂ，ｄはミラー
を外部共振器として用いており、またｅもフアイ
バ７の端面を外部共振器ミラーとして用いてい
る。ｃはグレーテイング５を外部共振器として用
いている。
光を外部に配置した反射機能を有する光学素子を
用いて半導体レーザへ帰還を行なうものである。
第１図において１は半導体レーザ、２は活性領
域、３はミラー、４はレンズ、５はグレーデイン
グ、６は凹面鏡、７は光フアイバである。レンズ
の有無はあるが、基本的にはａ，ｂ，ｄはミラー
を外部共振器として用いており、またｅもフアイ
バ７の端面を外部共振器ミラーとして用いてい
る。ｃはグレーテイング５を外部共振器として用
いている。
一方、活性なレーザを２つ光学的に結合させ、
複合共振器を構成する構造も提案されており、そ
の例を第１図ｆ〜ｇに示す。
複合共振器を構成する構造も提案されており、そ
の例を第１図ｆ〜ｇに示す。
第１図ｆは半導体レーザ１の外部にもう１つの
レーザ８を配置し、それぞれの活性領域２と９を
結合し、それぞれの共振器長を選んで複合共振器
を構成するものであり、ｇはこれを同一基板１０
上に一体化したものである。ｆ，ｇは２つのレー
ザを直列に結合したものであるが、第１図ｈは基
体本１１の同一平面上に２つのレーザ１２，１３
をその共振器長を選んで複合共振器としたもので
ある。
レーザ８を配置し、それぞれの活性領域２と９を
結合し、それぞれの共振器長を選んで複合共振器
を構成するものであり、ｇはこれを同一基板１０
上に一体化したものである。ｆ，ｇは２つのレー
ザを直列に結合したものであるが、第１図ｈは基
体本１１の同一平面上に２つのレーザ１２，１３
をその共振器長を選んで複合共振器としたもので
ある。
以上において基本的な複合共振器構成の半導体
レーザの２つのグループを示した。すなわち１番
目のグループは〔１〕半導体レーザの外部に共振
器を配置した複合共振器であり、２番目のグルー
プは〔２〕半導体レーザ２つを光学的に結合させ
た複合共振器、と考えられる。
レーザの２つのグループを示した。すなわち１番
目のグループは〔１〕半導体レーザの外部に共振
器を配置した複合共振器であり、２番目のグルー
プは〔２〕半導体レーザ２つを光学的に結合させ
た複合共振器、と考えられる。
これら複合共振器構成を半導体レーザに適用す
る目的は、前述したHe−Neレーザの場合と同様
にレーザの縦モードを単一選択発振させるためが
ほとんどであるが、上記分類した〔１〕の構成に
より半導体レーザにおいてはしばしば観測され
る、高周波における緩和振動（パルセーシヨン）
を強調あるいは抑圧するのにも用いられる。
る目的は、前述したHe−Neレーザの場合と同様
にレーザの縦モードを単一選択発振させるためが
ほとんどであるが、上記分類した〔１〕の構成に
より半導体レーザにおいてはしばしば観測され
る、高周波における緩和振動（パルセーシヨン）
を強調あるいは抑圧するのにも用いられる。
この緩和振動を抑圧するのを目的として半導体
レーザに光導波路を結合した従来例を第１図ｉに
示す。
レーザに光導波路を結合した従来例を第１図ｉに
示す。
本従来例はU.S.Patent 4297651、John C.
Dyment、K.D.Chik、“Methods for
simultaneons suppression of laser pulsations
and continuons monitering of output power”
に示されているものであり、基板１４上にクラツ
ド層１５、光導波路１６、レーザ活性層１７、ク
ラツド層１８を有し電極１９により電流注入を行
なう。レーザ活性層１７の端面２０を傾斜させる
ことにより、レーザ光を効率よく光導波路１６に
結合し、距離が約0.3〜２cmの位置にある反射面
２１からの反射レーザ光を再びレーザ活性層１７
へ再注入している。
Dyment、K.D.Chik、“Methods for
simultaneons suppression of laser pulsations
and continuons monitering of output power”
に示されているものであり、基板１４上にクラツ
ド層１５、光導波路１６、レーザ活性層１７、ク
ラツド層１８を有し電極１９により電流注入を行
なう。レーザ活性層１７の端面２０を傾斜させる
ことにより、レーザ光を効率よく光導波路１６に
結合し、距離が約0.3〜２cmの位置にある反射面
２１からの反射レーザ光を再びレーザ活性層１７
へ再注入している。
この従来例は緩和振動を抑圧するのを目的とし
て光導波路部からの反射光を利用しており、複合
共振器を形成していない。
て光導波路部からの反射光を利用しており、複合
共振器を形成していない。
更にレーザに光導波路を結合した他の従来例を
第１図ｊに示す。本従来例は特開昭56−23790号
公報に示されているものであり、レーザ２２のス
トライプ方向に活性な領域２３と非活性な領域２
４を有することにより、端面の光損傷による劣化
を避けることを目的とし、領域２３と領域２４の
屈折率を等しくするように材料を選択し、複合共
振器を構成しないようにしている。
第１図ｊに示す。本従来例は特開昭56−23790号
公報に示されているものであり、レーザ２２のス
トライプ方向に活性な領域２３と非活性な領域２
４を有することにより、端面の光損傷による劣化
を避けることを目的とし、領域２３と領域２４の
屈折率を等しくするように材料を選択し、複合共
振器を構成しないようにしている。
更にレーザに光導波路を結合した他の従来例を
第１図ｋに示す。本従来例は特開昭56−112785号
公報に示されているものであり、基体２５上に、
クラツド層２６、光導波層２７、活性層２８、活
性層２８に対するクラツド層２９、光導波層２７
に対するクラツド層３０を有している。
第１図ｋに示す。本従来例は特開昭56−112785号
公報に示されているものであり、基体２５上に、
クラツド層２６、光導波層２７、活性層２８、活
性層２８に対するクラツド層２９、光導波層２７
に対するクラツド層３０を有している。
本従来例の目的は、端面損傷を避けるためと、
第１図ｋに示したようにレーザを３つの共振器の
合成とし、それぞれの共振器長をL1、L2、L3と
すると、ｌ、ｍ、ｎを整数として L1＝nL3＝１／ｍL2＝１／ｌ（L1＋L2＋L3） あるいは L1＋L2＋L3＞2L2 なる関係により複合共振器を構成している。
第１図ｋに示したようにレーザを３つの共振器の
合成とし、それぞれの共振器長をL1、L2、L3と
すると、ｌ、ｍ、ｎを整数として L1＝nL3＝１／ｍL2＝１／ｌ（L1＋L2＋L3） あるいは L1＋L2＋L3＞2L2 なる関係により複合共振器を構成している。
本従来例においては上記関係によりレーザの発
振縦モードが単一モードになるか、マルチモード
になるかが述べられているが、両者の構造的な違
いは明確でなく、それらは上記のような共振器長
の関係式によつてのみ言及されている。
振縦モードが単一モードになるか、マルチモード
になるかが述べられているが、両者の構造的な違
いは明確でなく、それらは上記のような共振器長
の関係式によつてのみ言及されている。
以上から判断されるが如く、本発明者らに第１
図ｉ〜ｋを複合共振器構成でないものも含めて１
つのグループとして考え、〔３〕と示すことにす
る。本発明者らの分類による従来例をまとめると
次のようになる。
図ｉ〜ｋを複合共振器構成でないものも含めて１
つのグループとして考え、〔３〕と示すことにす
る。本発明者らの分類による従来例をまとめると
次のようになる。
〔１〕半導体レーザの外部に共振器を配置した
複合共振器、〔２〕半導体レーザ２つを光学的に
結合させた複合共振器、〔３〕半導体レーザに光
導波路を結合した単一共振器あるいは複合共振器
である。
複合共振器、〔２〕半導体レーザ２つを光学的に
結合させた複合共振器、〔３〕半導体レーザに光
導波路を結合した単一共振器あるいは複合共振器
である。
本発明は、本発明者らが半導体レーザに複合共
振器を適用するに当つて極めて詳細に検討を行な
つた結果に基づいて提案するものであり、従来例
にて示されている複合共振器構成にては述べられ
ていない。
振器を適用するに当つて極めて詳細に検討を行な
つた結果に基づいて提案するものであり、従来例
にて示されている複合共振器構成にては述べられ
ていない。
より具体的に述べると、複合共振器構成の半導
体レーザと言つても、その共振器の光学長及び共
振器面の反射率はレーザの基本的特性に対して極
めて大きな影響を及ぼすものであり、これらを制
御しない場合には全く所望の特性は得られないわ
けである。つまり従来例にては構造面においての
具体的な構成はあまり述べられておらず、また共
振器長や共振器反射率を制御することを考慮して
いないため、安定に再現性のある、また量産可能
なレーザ素子を作成できない。
体レーザと言つても、その共振器の光学長及び共
振器面の反射率はレーザの基本的特性に対して極
めて大きな影響を及ぼすものであり、これらを制
御しない場合には全く所望の特性は得られないわ
けである。つまり従来例にては構造面においての
具体的な構成はあまり述べられておらず、また共
振器長や共振器反射率を制御することを考慮して
いないため、安定に再現性のある、また量産可能
なレーザ素子を作成できない。
発明の目的
本発明の目的は、同一基板上に半導体レーザと
光導波路の２つの部分を集積化した３つの共振器
面を有する複合共振器構成の半導体レーザを提案
し、活性領域の光学長、光導波路の光学長、活性
領域の光導波路に近い端面の反射率、活性領域か
ら速い光導波路端面の反射率等が複合共振器型半
導体レーザの特性に極めて大きな影響を与えるこ
とを示し、これらを確実に所定の値に制御できる
デバイスの具体的な構造を示し、所望の特性を安
定に再現性よく提供できることを示すものであ
る。
光導波路の２つの部分を集積化した３つの共振器
面を有する複合共振器構成の半導体レーザを提案
し、活性領域の光学長、光導波路の光学長、活性
領域の光導波路に近い端面の反射率、活性領域か
ら速い光導波路端面の反射率等が複合共振器型半
導体レーザの特性に極めて大きな影響を与えるこ
とを示し、これらを確実に所定の値に制御できる
デバイスの具体的な構造を示し、所望の特性を安
定に再現性よく提供できることを示すものであ
る。
発明の構成
本発明の半導体レーザ装置は、化合物半導体基
板と、前記基板上に部分的に形成された少なくと
も活性層および閉込め層を含む半導体レーザの活
性領域と、前記活性領域に近接して前記基板上に
形成された前記活性領域からの発光を導波し得る
光導波層を含む光導波路とを有し、前記活性領域
は２つの端面を有する活性共振器を構成してお
り、前記光導波路は２つの端面を有する外部共振
器を構成しており、前記活性共振器と前記外部共
振器は共振器の光軸方向に結合されており、前記
活性共振器からの発光は前記外部共振器を透過し
て反射され前記活性共振器に帰還され、前記活性
領域の前記光導波路に近い共振器端面の振幅反射
率r1を0.4以下とし、前記光導波路の前記活性領
域から遠い端面の振幅反射率r0に対して前記外部
共振器の光学長L0と前記活性共振器を光学長L1
の比L0／L1をL0／L1≧0.1／r0＋0.4としたことを
特徴とし、さらに光導波路の活性領域から遠い端
面が、反射膜を被着されたへき開面もしくはエツ
チング面であつてもよく、また活性領域の光導波
路に近い端面と光導波路の活性領域に近い端面と
が、光学的結合領域の全面にわたつては接してお
らず、前記光学的結合領域の一部もしくは全部に
わたる空気もしくは絶縁物によつて充てんされた
間隙を有するものであつてもよく、また光導波路
が、この光導波路の実効屈折率を電気的に制御し
得る電極を有するものであつてもよい構成であ
る。
板と、前記基板上に部分的に形成された少なくと
も活性層および閉込め層を含む半導体レーザの活
性領域と、前記活性領域に近接して前記基板上に
形成された前記活性領域からの発光を導波し得る
光導波層を含む光導波路とを有し、前記活性領域
は２つの端面を有する活性共振器を構成してお
り、前記光導波路は２つの端面を有する外部共振
器を構成しており、前記活性共振器と前記外部共
振器は共振器の光軸方向に結合されており、前記
活性共振器からの発光は前記外部共振器を透過し
て反射され前記活性共振器に帰還され、前記活性
領域の前記光導波路に近い共振器端面の振幅反射
率r1を0.4以下とし、前記光導波路の前記活性領
域から遠い端面の振幅反射率r0に対して前記外部
共振器の光学長L0と前記活性共振器を光学長L1
の比L0／L1をL0／L1≧0.1／r0＋0.4としたことを
特徴とし、さらに光導波路の活性領域から遠い端
面が、反射膜を被着されたへき開面もしくはエツ
チング面であつてもよく、また活性領域の光導波
路に近い端面と光導波路の活性領域に近い端面と
が、光学的結合領域の全面にわたつては接してお
らず、前記光学的結合領域の一部もしくは全部に
わたる空気もしくは絶縁物によつて充てんされた
間隙を有するものであつてもよく、また光導波路
が、この光導波路の実効屈折率を電気的に制御し
得る電極を有するものであつてもよい構成であ
る。
実施例の説明
以下本発明の具体的な実施例を図面を用いて説
明する。第２図は本発明の一実施例の要部斜視図
である。同図において、ｎ型Inp基板３１上のｎ
型InGaAsP活性層３２（バンド・キヤツプEg＝
0.95eV）とｐ型InP閉込め層３３ａのｐ型InP層
３４ａおよびｎ型InP層３５ａよりなる埋込み層
３６によつて埋込まれた部分が半導体レーザの活
性領域３７となつている。一方、光導半路３８
は、活性領域３７の活性層３２に対応する部分が
ｎ型InGaAsP光導波層３９（Eg＝1.8eV）とな
つている以外は活性領域３７と全く同じ構造で、
光導波路３９、ｐ型閉込め層３３ｂ、ｐ型InP層
３４ｂおよびｎ型InP層３５ｂよりなつている。
明する。第２図は本発明の一実施例の要部斜視図
である。同図において、ｎ型Inp基板３１上のｎ
型InGaAsP活性層３２（バンド・キヤツプEg＝
0.95eV）とｐ型InP閉込め層３３ａのｐ型InP層
３４ａおよびｎ型InP層３５ａよりなる埋込み層
３６によつて埋込まれた部分が半導体レーザの活
性領域３７となつている。一方、光導半路３８
は、活性領域３７の活性層３２に対応する部分が
ｎ型InGaAsP光導波層３９（Eg＝1.8eV）とな
つている以外は活性領域３７と全く同じ構造で、
光導波路３９、ｐ型閉込め層３３ｂ、ｐ型InP層
３４ｂおよびｎ型InP層３５ｂよりなつている。
本実施例では、素子作製後に活性領域端面４０
と光導波路端面４１をへき開することにより、光
導波路３８の光学長L0と活性領域３７の光学長
L1の比L0／L1を容易に所定の値に設定すること
ができる。また、光導波路端面４１に、SiO2、
Si3N4、Al2O3等の絶縁膜４２とAu等の金属膜４
３よりなる反射増加膜を被着することにより、光
導波路端面４１の振幅反射率r0を増加させること
ができる。また、絶縁膜のみよりなる反射防止膜
を被着すればr0は減少するので、r0の値は任意に
変化させることができる。なお、このr0は活性領
域３７と光導波路３８の光学的結合効率および光
導波路３８中を光学的損失を含んだ活性領域に対
する実効振幅反射率である。さらに、活性領域３
７と光導波路３８の間には間隙４４が設けられて
おり、活性領域３７の共振器端面４５が有効な振
幅反射率r1を有する構造となつている。この間隙
部の光路長は半導体レーザの発振波長と比較して
十分短かいものであり、光学的なエタロンとなる
効果は無視しえる。この間隙４４の部分のみの断
面図を第３図ａに示すが、同図ｂ，ｄ，ｅに示す
ように、間隙部の形状を変化させることでr1を変
化させることができる。第３図ｂは間隙４４を形
成する溝の深さを変化させた場合であり、同図
ｄ，ｅは溝を絶縁物４６で充填した場合である。
絶縁物４６としては、例えばSiO2、Si3N4、
Al2O3、ポリイミド、半絶縁性Inp等を用いれば
よい。
と光導波路端面４１をへき開することにより、光
導波路３８の光学長L0と活性領域３７の光学長
L1の比L0／L1を容易に所定の値に設定すること
ができる。また、光導波路端面４１に、SiO2、
Si3N4、Al2O3等の絶縁膜４２とAu等の金属膜４
３よりなる反射増加膜を被着することにより、光
導波路端面４１の振幅反射率r0を増加させること
ができる。また、絶縁膜のみよりなる反射防止膜
を被着すればr0は減少するので、r0の値は任意に
変化させることができる。なお、このr0は活性領
域３７と光導波路３８の光学的結合効率および光
導波路３８中を光学的損失を含んだ活性領域に対
する実効振幅反射率である。さらに、活性領域３
７と光導波路３８の間には間隙４４が設けられて
おり、活性領域３７の共振器端面４５が有効な振
幅反射率r1を有する構造となつている。この間隙
部の光路長は半導体レーザの発振波長と比較して
十分短かいものであり、光学的なエタロンとなる
効果は無視しえる。この間隙４４の部分のみの断
面図を第３図ａに示すが、同図ｂ，ｄ，ｅに示す
ように、間隙部の形状を変化させることでr1を変
化させることができる。第３図ｂは間隙４４を形
成する溝の深さを変化させた場合であり、同図
ｄ，ｅは溝を絶縁物４６で充填した場合である。
絶縁物４６としては、例えばSiO2、Si3N4、
Al2O3、ポリイミド、半絶縁性Inp等を用いれば
よい。
本実施例においては、活性層３２のみでなく光
導波層３９も埋込み構造となつており、活性領域
３７で単一横モード発振した光が横モード単一の
ままで光導波路３８を伝搬する。このことは以下
に述べる光帰還した場合のデバイス特性にとつて
有利であり、光導波路の実効振幅反射率を大きく
したい場合に効果がある。
導波層３９も埋込み構造となつており、活性領域
３７で単一横モード発振した光が横モード単一の
ままで光導波路３８を伝搬する。このことは以下
に述べる光帰還した場合のデバイス特性にとつて
有利であり、光導波路の実効振幅反射率を大きく
したい場合に効果がある。
次に活性領域の光学長L1、光導波路の光学長
L0、光導波路端面の振幅反射率r0、活性領域の光
導波路に近い端面の振幅反射率r1が変化すること
により、本発明により提案するデバイスの特性が
どのように変化するかを述べる。
L0、光導波路端面の振幅反射率r0、活性領域の光
導波路に近い端面の振幅反射率r1が変化すること
により、本発明により提案するデバイスの特性が
どのように変化するかを述べる。
InP系結晶による半導体レーザの発振波長は約
1.3μｍであり、その利得幅は約100Å程度ある。
それ故光導波路をもたない通常のレーザの場合に
は活性領域の光学長をL1＝１mmとすれば、縦モ
ードの波長間隔Δλ＝λ2／2L1は約8.5Åとなり、利得 内に多数の縦モードを発振することがある。
1.3μｍであり、その利得幅は約100Å程度ある。
それ故光導波路をもたない通常のレーザの場合に
は活性領域の光学長をL1＝１mmとすれば、縦モ
ードの波長間隔Δλ＝λ2／2L1は約8.5Åとなり、利得 内に多数の縦モードを発振することがある。
半導体レーザの活性領域の光学長L1は活性層
の屈折率n1と実際の物理長l1を用いるならばL1＝
n1l1と表わせるものである。半導体レーザは電流
駆動される素子であるが、活性層の屈折率n1は駆
動電流Ｉの変化ΔIに対して極めて敏感に変化し、
屈折率変化Δnを生じてしまう。Δnの生じる理由
はΔIの変化のスピード、すなわち周波数に大き
く依存し、高周波数（50MHz）においてはキヤ
リア密度の変化によるものであり、低周波数（＜
50MHz）では温度変化によるものである。Δnが
生じると実効的に共振器長L1が伸縮したことに
なり半導体レーザの発振波長は変化する。
の屈折率n1と実際の物理長l1を用いるならばL1＝
n1l1と表わせるものである。半導体レーザは電流
駆動される素子であるが、活性層の屈折率n1は駆
動電流Ｉの変化ΔIに対して極めて敏感に変化し、
屈折率変化Δnを生じてしまう。Δnの生じる理由
はΔIの変化のスピード、すなわち周波数に大き
く依存し、高周波数（50MHz）においてはキヤ
リア密度の変化によるものであり、低周波数（＜
50MHz）では温度変化によるものである。Δnが
生じると実効的に共振器長L1が伸縮したことに
なり半導体レーザの発振波長は変化する。
これは環境の温度変化に対しても同様に起るこ
とであり、つまり半導体レーザの発振波長は極め
て変化しやすいわけである。第４図に半導体レー
ザ単体における発振波長（発振周波数）の単位電
流当りの変化量（シフト量）の変調周波数依存性
を示す。前述したように、これら発振周波数変化
は高周波においてはキヤリア密度変化、低周波に
おいては温度変化による屈折率変化に誘起されて
いる。
とであり、つまり半導体レーザの発振波長は極め
て変化しやすいわけである。第４図に半導体レー
ザ単体における発振波長（発振周波数）の単位電
流当りの変化量（シフト量）の変調周波数依存性
を示す。前述したように、これら発振周波数変化
は高周波においてはキヤリア密度変化、低周波に
おいては温度変化による屈折率変化に誘起されて
いる。
以上は一般的な半導体レーザに対してのことで
あり、次に本発明者らが本発明で提案する半導体
レーザに光導波路を集積化した複合共振器構成の
半導体レーザの特徴を述べる。
あり、次に本発明者らが本発明で提案する半導体
レーザに光導波路を集積化した複合共振器構成の
半導体レーザの特徴を述べる。
光学長L1なる活性領域に光学長L0なる光導波
路が光学的に結合されて複合共振器を構成した
時、結合部共振器端面における活性領域から出射
するレーザ光の位相と、活性領域から速い光導波
路端面から反射された反射レーザ光の位相が合致
し、かつその位相の合致した縦モードの発振に対
する利得のしきい値が他の縦モードよりも小さい
時縦単一モード発振を行なう。以下においてはま
ず複合共振器構成の半導体レーザが縦単一モード
発振するとして話を進める。
路が光学的に結合されて複合共振器を構成した
時、結合部共振器端面における活性領域から出射
するレーザ光の位相と、活性領域から速い光導波
路端面から反射された反射レーザ光の位相が合致
し、かつその位相の合致した縦モードの発振に対
する利得のしきい値が他の縦モードよりも小さい
時縦単一モード発振を行なう。以下においてはま
ず複合共振器構成の半導体レーザが縦単一モード
発振するとして話を進める。
ただ単に縦単一モード発振と言つても、その発
振波長（発振周波数）の温度変化や変調に対する
安定性は実用上極めて問題となることであり、こ
の安定性を確保するために具体的なデバイ構造を
提案することが本発明の目的でもある。縦単一化
された発振モードの変化は活性領域の屈折率変化
Δnに起因している。以下においては半導体レー
ザの発振縦モードの発振周波数をν0と表わし、屈
折率変化Δnが生じた時のレーザの発振周波数変
化量を、光導波路のない時、またある時に対して
それぞれΔν1とΔν2と表わすことにする。複合共
振器構成とすることで基本的にはΔnによるレー
ザの発振周波数変化を小さくすることが可能であ
る。つまりΔν2Δν1と表わすことができΔν1／ν0
＝ｘ、Δν2／ν0＝ｙとおくと、ここでｙ／ｘ＝
Δν2／Δν1を屈折率変化Δnに対する半導体レーザ
発振周波数シフトの抑圧度と呼ぶことにする。
Δν2／Δν1が小さいほど発振周波数シフトを抑圧
したことになり、つまり発振縦モードの安定性が
良くなつたことになる。このΔν2／Δν1の値は活
性領域の光学長L1と光導波路の光学長L0の比
L0／L1、活性領域から遠い光導波路端面の振巾
反射率r0、活性領域と光導波路結合部における活
性領域端面の振幅反射率r1に大きく依存すること
を以下に示す。
振波長（発振周波数）の温度変化や変調に対する
安定性は実用上極めて問題となることであり、こ
の安定性を確保するために具体的なデバイ構造を
提案することが本発明の目的でもある。縦単一化
された発振モードの変化は活性領域の屈折率変化
Δnに起因している。以下においては半導体レー
ザの発振縦モードの発振周波数をν0と表わし、屈
折率変化Δnが生じた時のレーザの発振周波数変
化量を、光導波路のない時、またある時に対して
それぞれΔν1とΔν2と表わすことにする。複合共
振器構成とすることで基本的にはΔnによるレー
ザの発振周波数変化を小さくすることが可能であ
る。つまりΔν2Δν1と表わすことができΔν1／ν0
＝ｘ、Δν2／ν0＝ｙとおくと、ここでｙ／ｘ＝
Δν2／Δν1を屈折率変化Δnに対する半導体レーザ
発振周波数シフトの抑圧度と呼ぶことにする。
Δν2／Δν1が小さいほど発振周波数シフトを抑圧
したことになり、つまり発振縦モードの安定性が
良くなつたことになる。このΔν2／Δν1の値は活
性領域の光学長L1と光導波路の光学長L0の比
L0／L1、活性領域から遠い光導波路端面の振巾
反射率r0、活性領域と光導波路結合部における活
性領域端面の振幅反射率r1に大きく依存すること
を以下に示す。
第５図にr1＝0.4（r1 2＝0.16）、r0＝0.5（r0 2＝
0.25）とした時のｙ対ｘの関係をL0／L1をパラメ
ータとして示す。r1＝．0.4としたのはレーザの
活性領域の屈折率n1が約3.6であり、例えばSiO2
を間隙部に充てんした場合のフルネル反射率によ
る。またr0＝0.5としたのは光導波路端面をへき
開面とし、結合部でのロスを見込んだためであ
る。λ＝1.3μｍの時、ν0＝2.3×1014〔Hz〕である
から、第５図横軸のｘ＝10-6は、ΔnによりΔν1＝
2.3×108〔Hz〕が光導波路のない時生じているこ
とに対応する。この時、光学長L0なる光導波路
が結合されると、L0／L1なるパラメータによる
が明らかに縦軸のｙ＝Δν2／ν0の値は小さくな
る。つまり発振周波シフトを抑圧しているわけで
あるがL0／L1の値に大きく依存することを注意
する必要がある。
0.25）とした時のｙ対ｘの関係をL0／L1をパラメ
ータとして示す。r1＝．0.4としたのはレーザの
活性領域の屈折率n1が約3.6であり、例えばSiO2
を間隙部に充てんした場合のフルネル反射率によ
る。またr0＝0.5としたのは光導波路端面をへき
開面とし、結合部でのロスを見込んだためであ
る。λ＝1.3μｍの時、ν0＝2.3×1014〔Hz〕である
から、第５図横軸のｘ＝10-6は、ΔnによりΔν1＝
2.3×108〔Hz〕が光導波路のない時生じているこ
とに対応する。この時、光学長L0なる光導波路
が結合されると、L0／L1なるパラメータによる
が明らかに縦軸のｙ＝Δν2／ν0の値は小さくな
る。つまり発振周波シフトを抑圧しているわけで
あるがL0／L1の値に大きく依存することを注意
する必要がある。
次に第６図に活性領域屈折率変化Δnによる発
振周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1の光導波路端
面振幅反射率r0依存性をr1＝0.4とし、L0／L1を
パラメータとして示す。この図をみれば明らかな
如く、発振周波数シフトの抑圧度はL0／L1に依
存するだけでなく光導波路端面振幅反射率r0にも
大きく依存するわけで、これも本発明者らが本発
明において強調したい点である。すなわち、従来
複合共振器構成を半導体レーザに適用する場合、
本発明者らが述べるような共振器光学長の比
L0／L1ではないにせよ、共振器長に関する話は
述べられている場合はあるが、共振器端面反射率
による特性の差異等を考慮されたものはない。し
かるに本発明において始めて所望の特性、安定性
を有したデバイスを実現できるわけである。すな
わち本発明の一実施例の第２図において示した様
に、光導波路端面に反射増加膜あるいは反射防止
膜処理を施して始めて発振特性を決定できるわけ
である。
振周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1の光導波路端
面振幅反射率r0依存性をr1＝0.4とし、L0／L1を
パラメータとして示す。この図をみれば明らかな
如く、発振周波数シフトの抑圧度はL0／L1に依
存するだけでなく光導波路端面振幅反射率r0にも
大きく依存するわけで、これも本発明者らが本発
明において強調したい点である。すなわち、従来
複合共振器構成を半導体レーザに適用する場合、
本発明者らが述べるような共振器光学長の比
L0／L1ではないにせよ、共振器長に関する話は
述べられている場合はあるが、共振器端面反射率
による特性の差異等を考慮されたものはない。し
かるに本発明において始めて所望の特性、安定性
を有したデバイスを実現できるわけである。すな
わち本発明の一実施例の第２図において示した様
に、光導波路端面に反射増加膜あるいは反射防止
膜処理を施して始めて発振特性を決定できるわけ
である。
次に活性領域と光導波路の結合部における活性
領域の共振器端面振幅反射率r1が、複合共振器構
成の半導体レーザに与える影響について述べる。
本発明の一実施例第３図において示したように、
活性領域の共振器端面振幅反射率r1は間隙部の溝
の深さ及び充てんする物質を選択することにより
任意に設定することが可能である。
領域の共振器端面振幅反射率r1が、複合共振器構
成の半導体レーザに与える影響について述べる。
本発明の一実施例第３図において示したように、
活性領域の共振器端面振幅反射率r1は間隙部の溝
の深さ及び充てんする物質を選択することにより
任意に設定することが可能である。
第７図に活性領域を屈折率変化Δnによる発振
周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1の光導波路に近
い活性領域共振器端面振幅反射率r1依存性を、r0
＝0.5とし、L0／L1をパラメータとして示す。こ
の図を見れば明らかな如く、発振周波数シフトの
抑圧度Δν2／Δν1はr1にも大きく依於し、r1を小さ
くするほどΔν2／Δν1を小さくできることがわか
る。すなわち本発明の一実施例の第２図で述べた
方法により活性領域の共振器端面振幅反射率を制
御しなければ、所望の発振特性を安定に得ること
はできないわけである。
周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1の光導波路に近
い活性領域共振器端面振幅反射率r1依存性を、r0
＝0.5とし、L0／L1をパラメータとして示す。こ
の図を見れば明らかな如く、発振周波数シフトの
抑圧度Δν2／Δν1はr1にも大きく依於し、r1を小さ
くするほどΔν2／Δν1を小さくできることがわか
る。すなわち本発明の一実施例の第２図で述べた
方法により活性領域の共振器端面振幅反射率を制
御しなければ、所望の発振特性を安定に得ること
はできないわけである。
以上においては、複合共振器構成の半導体レー
ザが縦単一モード発振するとして、その特性に対
する影響の各種パラメータによる違いを示してき
た。前述した際、縦単一モード発振する為の条件
として、結合部共振器端面における活性領域から
出射するレーザ光の位相と活性領域から遠い光導
波路端面から反射された反射レーザ光の位相が合
致し、かつその位相の合致した縦モードの発振に
対する利得のしきい値が縦モードよりも小さい時
であるとした。
ザが縦単一モード発振するとして、その特性に対
する影響の各種パラメータによる違いを示してき
た。前述した際、縦単一モード発振する為の条件
として、結合部共振器端面における活性領域から
出射するレーザ光の位相と活性領域から遠い光導
波路端面から反射された反射レーザ光の位相が合
致し、かつその位相の合致した縦モードの発振に
対する利得のしきい値が縦モードよりも小さい時
であるとした。
このことは逆を観点から眺めると、他の縦モー
ドも位相が合致しており、かつそのモードの利得
にしきい値がほぼ等しいならば複数の縦モードで
発振させることが可能であることを示している。
ドも位相が合致しており、かつそのモードの利得
にしきい値がほぼ等しいならば複数の縦モードで
発振させることが可能であることを示している。
すなわち半導体レーザに複合共振器構成を適用
するに際して縦単一モード化だけでなく、縦マル
チモード化も可能であり、これもやはり活性領域
の光学長と光導波路の光学長の比L0／L1、各端
面の振幅反射率r0及びr1を選択することにより始
めて制御可能となり、本発明において初めて明ら
かにするところである。
するに際して縦単一モード化だけでなく、縦マル
チモード化も可能であり、これもやはり活性領域
の光学長と光導波路の光学長の比L0／L1、各端
面の振幅反射率r0及びr1を選択することにより始
めて制御可能となり、本発明において初めて明ら
かにするところである。
以下にこれらを詳しく説明すると、複合共振器
構成により位相の合致した主縦モードＡと、隣り
合う副縦モードＢの発振に対する利得のしきい値
をそれぞれＧ(A)及びＧ(B)と呼ぶことにする。実際
にはより複数本の縦モードを考慮せねばならない
が、ここでは説明を簡略化するため２つのモード
のみを考える。利得のしきい値が小さいほど発振
しやすいわけであるから、前に述べた縦単一モー
ド発振している状態はＧ(A)＜Ｇ(B)により主縦モー
ドＡのみが発振していたわけである。しかしなが
ら隣り合う副縦モードＢの利得のしきい値が主縦
モードＡのそれと差がなくなつてきた時、すなわ
ちＧ(A)Ｇ(B)の場合には両方のモードが発振する
ことになる。
構成により位相の合致した主縦モードＡと、隣り
合う副縦モードＢの発振に対する利得のしきい値
をそれぞれＧ(A)及びＧ(B)と呼ぶことにする。実際
にはより複数本の縦モードを考慮せねばならない
が、ここでは説明を簡略化するため２つのモード
のみを考える。利得のしきい値が小さいほど発振
しやすいわけであるから、前に述べた縦単一モー
ド発振している状態はＧ(A)＜Ｇ(B)により主縦モー
ドＡのみが発振していたわけである。しかしなが
ら隣り合う副縦モードＢの利得のしきい値が主縦
モードＡのそれと差がなくなつてきた時、すなわ
ちＧ(A)Ｇ(B)の場合には両方のモードが発振する
ことになる。
つまり縦単一モード化するためにはＧ(B)／Ｇ(A)
＜１とせねばならないが、逆に縦マルチモード化
するためにはＧ(B)／Ｇ(A)１とすればよい。
＜１とせねばならないが、逆に縦マルチモード化
するためにはＧ(B)／Ｇ(A)１とすればよい。
第８図に上で説明した２つの縦モードのしきい
値利得の比Ｇ(B)／Ｇ(A)のr1依存性r0＝0.5とし、
L0／L1をパラメータとして示す。第８図を見れ
ば明らかな如く、L0／L1やr0にも依存するが、r1
が大きい場合にはＧ(B)／Ｇ(A)＜１であるが、r1が
小さくなるとＧ(B)／Ｇ(A)はだんだんと１に近づい
てくる。つまり例えばr1を小さくすると縦マルチ
モード発振しやすくなる。
値利得の比Ｇ(B)／Ｇ(A)のr1依存性r0＝0.5とし、
L0／L1をパラメータとして示す。第８図を見れ
ば明らかな如く、L0／L1やr0にも依存するが、r1
が大きい場合にはＧ(B)／Ｇ(A)＜１であるが、r1が
小さくなるとＧ(B)／Ｇ(A)はだんだんと１に近づい
てくる。つまり例えばr1を小さくすると縦マルチ
モード発振しやすくなる。
第７図においては活性領域の屈利率変化Δnに
よる発振周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1のr1依
存性を示し、r1が小さいほどΔν2／Δν1を小さく
できることを示したが、第８図を考慮すれば例え
ばr1をあまり小さくすると縦マルチモード化する
ことがわかる。
よる発振周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1のr1依
存性を示し、r1が小さいほどΔν2／Δν1を小さく
できることを示したが、第８図を考慮すれば例え
ばr1をあまり小さくすると縦マルチモード化する
ことがわかる。
すなわち活性領域と光導波路の結合部における
活性領域の端面反射率r1は複合共振器構成の半導
体レーザの特性に極めて大きな影響を及ぼすもの
であり、従来例にては述べられておらず、本発明
の一実施例として示した第２図のような構造及び
方法によつて確実にまた完全に制御できるわけで
ある。
活性領域の端面反射率r1は複合共振器構成の半導
体レーザの特性に極めて大きな影響を及ぼすもの
であり、従来例にては述べられておらず、本発明
の一実施例として示した第２図のような構造及び
方法によつて確実にまた完全に制御できるわけで
ある。
以上において、半導体レーザと光導波路を同一
基板上に集積化した複合共振器構成の半導体レー
ザについてL0／L1、r0、r1を構造的に任意の値に
制御できることを示し、所望の値に設定すること
により、その発振特性を縦単一モード化及び縦マ
ルチモード化することが可能であり、変調を行な
つた際に生ずる発振周波数シフトも十分抑圧する
ことができ、また対環境温度変化に対しても安定
化ができることを示した。
基板上に集積化した複合共振器構成の半導体レー
ザについてL0／L1、r0、r1を構造的に任意の値に
制御できることを示し、所望の値に設定すること
により、その発振特性を縦単一モード化及び縦マ
ルチモード化することが可能であり、変調を行な
つた際に生ずる発振周波数シフトも十分抑圧する
ことができ、また対環境温度変化に対しても安定
化ができることを示した。
次に本発明の一実施例に示したデバイスを実際
どのように利用するかを説明する。半導体レーザ
を利用するに当つてDCで駆動するかあるいは変
調を行なうかはもちろん用途による。変調と言つ
ても強度変調（IM）、周波数変調（FM）等があ
り、強度変調にもデジタル方式及びアナログ方式
がある。本発明ではDC駆動の場合も含めてこれ
らを変調方式と称している。また、例えば光通信
に利用する場合には光フアイバと結合するが、そ
の光フアイバにも単一モードフアイバ、マルチモ
ードフアイバがある。
どのように利用するかを説明する。半導体レーザ
を利用するに当つてDCで駆動するかあるいは変
調を行なうかはもちろん用途による。変調と言つ
ても強度変調（IM）、周波数変調（FM）等があ
り、強度変調にもデジタル方式及びアナログ方式
がある。本発明ではDC駆動の場合も含めてこれ
らを変調方式と称している。また、例えば光通信
に利用する場合には光フアイバと結合するが、そ
の光フアイバにも単一モードフアイバ、マルチモ
ードフアイバがある。
極めて当り前のことを本発明者らは述べている
が、言わんとすることは、各種システムにおいて
望まれる半導体レーザに対する要求は様々である
が、本発明において提案するデバイスは変調方式
に応じた様々な特性のものを制御性よく容易に製
作できるため、極めて多岐に渡る分野で利用可能
なことである。すなわちシステム側からの要望に
より縦単一モード発振するものかあるいは縦マル
チモード発振するものか、また発振周波数安定度
をどの程度に設定するのかが決定されれば、容易
に所望の特性のものをデバイス構造面から実現で
きる。
が、言わんとすることは、各種システムにおいて
望まれる半導体レーザに対する要求は様々である
が、本発明において提案するデバイスは変調方式
に応じた様々な特性のものを制御性よく容易に製
作できるため、極めて多岐に渡る分野で利用可能
なことである。すなわちシステム側からの要望に
より縦単一モード発振するものかあるいは縦マル
チモード発振するものか、また発振周波数安定度
をどの程度に設定するのかが決定されれば、容易
に所望の特性のものをデバイス構造面から実現で
きる。
第９図に発振周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1
をある値に設定した際、その値を満足する条件を
L0／L1とr0の関係に対して等高線で示す。この図
においてはr1＝0.4とした。例えば第１の例とし
てＰで示される等高線はΔν2／Δν1、すなわち変
調や温度変化に対する発振周波数シフトを1/2に
設定できることを示している。例として等高線Ｐ
上のｐ点を考えると、r1＝0.4に対してL0／L1＝
2.5、r0＝0.5となる。活性領域の光学長L1は活性
領域の屈折率n1とその物理長l1を用いてL1＝n1l1
と表わせることを示したが、同様に光学長L0な
る光導波路も、光導波路の屈折率n0及びその物理
長l0を用いてL0＝n0l0と表わせる。例えばn1＝
3.5、n0＝3.2、l1＝200μｍとすれば、この例の場
合には光導波路の実際の寸法はl0550μｍとな
る。前述したようにr1＝0.4は結合部の間隙に
SiO2を埋め込むことにより達成でき、r0＝0.5も
結合効率のわずかなロスがあつても光導波路端面
からの反射で実現できる。
をある値に設定した際、その値を満足する条件を
L0／L1とr0の関係に対して等高線で示す。この図
においてはr1＝0.4とした。例えば第１の例とし
てＰで示される等高線はΔν2／Δν1、すなわち変
調や温度変化に対する発振周波数シフトを1/2に
設定できることを示している。例として等高線Ｐ
上のｐ点を考えると、r1＝0.4に対してL0／L1＝
2.5、r0＝0.5となる。活性領域の光学長L1は活性
領域の屈折率n1とその物理長l1を用いてL1＝n1l1
と表わせることを示したが、同様に光学長L0な
る光導波路も、光導波路の屈折率n0及びその物理
長l0を用いてL0＝n0l0と表わせる。例えばn1＝
3.5、n0＝3.2、l1＝200μｍとすれば、この例の場
合には光導波路の実際の寸法はl0550μｍとな
る。前述したようにr1＝0.4は結合部の間隙に
SiO2を埋め込むことにより達成でき、r0＝0.5も
結合効率のわずかなロスがあつても光導波路端面
からの反射で実現できる。
第２例としてＱで示される等高線は発振周波数
シフトを1/10に低減できる等高線を示しており、
例としてｑ点を考えるとL0／L120、r0＝0.8と
なる。前例と同様に活性領域、光導波路の屈折率
をn1＝3.5、n0＝3.2とし、例えばl1＝70μｍとすれ
ば、光導波路の実際の寸法はl0＝1.5mmとなる。r0
＝0.8なる値は光導波路端面に反射膜にコーテイ
ングを施すことにより実現できる。
シフトを1/10に低減できる等高線を示しており、
例としてｑ点を考えるとL0／L120、r0＝0.8と
なる。前例と同様に活性領域、光導波路の屈折率
をn1＝3.5、n0＝3.2とし、例えばl1＝70μｍとすれ
ば、光導波路の実際の寸法はl0＝1.5mmとなる。r0
＝0.8なる値は光導波路端面に反射膜にコーテイ
ングを施すことにより実現できる。
以上示したものはあくまで代表例であるが、第
９図は、システム側からの要望に対し、具体的に
デバイス構造を決定する為の設計指針であり、所
望の等特を有する半導体レーザを提供できる。
９図は、システム側からの要望に対し、具体的に
デバイス構造を決定する為の設計指針であり、所
望の等特を有する半導体レーザを提供できる。
第１０図に便宜上３つの領域（）、（）、
（）に分割した図を示す。内容は第１０図に示
したものと同じであり、（）はΔν2／Δν10.2、
（）は0.2Δν2／Δν10.8、（）な0.8Δν2
／
Δν1である。すなわち領域（）は発振周波数安
定度が極めて要求される場合に適しており、例え
ば干渉計用、分光計用あるいは光センサー用光源
として用いる場合には有効である。また光ヘテロ
ダイン通信を行なう場合に発振周波数安定度の要
求される局部発振光源として用いると有効であ
り、また信号源として用いてもよい。
（）に分割した図を示す。内容は第１０図に示
したものと同じであり、（）はΔν2／Δν10.2、
（）は0.2Δν2／Δν10.8、（）な0.8Δν2
／
Δν1である。すなわち領域（）は発振周波数安
定度が極めて要求される場合に適しており、例え
ば干渉計用、分光計用あるいは光センサー用光源
として用いる場合には有効である。また光ヘテロ
ダイン通信を行なう場合に発振周波数安定度の要
求される局部発振光源として用いると有効であ
り、また信号源として用いてもよい。
領域（）は例えばマルチモードフアイバを用
いた通信に適用させることができる。通常半導体
レーザをマルチモードフアイバと結合し例えばア
ナログ強度変調により信号伝送を行なうと、レー
ザの発信波長変動に起因した歪が大きく発生した
り、また発振波長変動によりマルチモードフアイ
バを伝搬する光の伝搬モードが変化し、結果的に
スペツクルが変動し、フアイバのスプライス部や
コネクター部で空間フイルタリング効果を生じて
しまつたりする。しかしながら領域（）の範囲
にデバイス構造を決定すれば、もちろん領域
（）を含んで良いが、それらの信号伝送品質の
劣化要因を軽減あるいは除去することができる。
いた通信に適用させることができる。通常半導体
レーザをマルチモードフアイバと結合し例えばア
ナログ強度変調により信号伝送を行なうと、レー
ザの発信波長変動に起因した歪が大きく発生した
り、また発振波長変動によりマルチモードフアイ
バを伝搬する光の伝搬モードが変化し、結果的に
スペツクルが変動し、フアイバのスプライス部や
コネクター部で空間フイルタリング効果を生じて
しまつたりする。しかしながら領域（）の範囲
にデバイス構造を決定すれば、もちろん領域
（）を含んで良いが、それらの信号伝送品質の
劣化要因を軽減あるいは除去することができる。
領域（）はさほど発振周波数シフトの抑圧が
要求されず唯単に縦単一モード発振をすれば良い
場合に適用すれば良い。例えば単一モードフアイ
バを用いたデジタル強度変調により信号伝送を行
なう場合や、多波長多重通信用の発振波長の固定
化された光源として用いれば良い。
要求されず唯単に縦単一モード発振をすれば良い
場合に適用すれば良い。例えば単一モードフアイ
バを用いたデジタル強度変調により信号伝送を行
なう場合や、多波長多重通信用の発振波長の固定
化された光源として用いれば良い。
以上述べてきたように、第１０図に示す領域
〜にはそれぞれその領域に適した変調方式があ
り、いずれも半導体レーザ装置として有用であ
る。しかし、本発明の目的とするところは、スペ
クトル線幅が狭く、電流変調に対する波長チヤー
ピング量が小さい半導体レーザ装置を得ることに
あり、この目的に合致するのはΔν2／Δν1が0.8以
下である領域およびに限定される。領域と
の境界線、すなわちΔν2／Δν1＝0.8の等高線は
近似的にL0／L1＝0.1／r0＋0.4で与えられるので、
領域およびはL0／L1≧0.1／r0＋0.4と表され
る。第１０図はr1＝0.4として計算されたもので
あるが、第７図に示される通り、r1がこれより小
さければΔν2／Δν1はさらに小さくなる。すなわ
ち、r1≦0.4かつL0／L1≧0.1／r0＋0.4であれば、
本願発明の作用効果が得られることになる。
〜にはそれぞれその領域に適した変調方式があ
り、いずれも半導体レーザ装置として有用であ
る。しかし、本発明の目的とするところは、スペ
クトル線幅が狭く、電流変調に対する波長チヤー
ピング量が小さい半導体レーザ装置を得ることに
あり、この目的に合致するのはΔν2／Δν1が0.8以
下である領域およびに限定される。領域と
の境界線、すなわちΔν2／Δν1＝0.8の等高線は
近似的にL0／L1＝0.1／r0＋0.4で与えられるので、
領域およびはL0／L1≧0.1／r0＋0.4と表され
る。第１０図はr1＝0.4として計算されたもので
あるが、第７図に示される通り、r1がこれより小
さければΔν2／Δν1はさらに小さくなる。すなわ
ち、r1≦0.4かつL0／L1≧0.1／r0＋0.4であれば、
本願発明の作用効果が得られることになる。
以上において本発明の詳しい内容を一実施例を
用いて説明したが、もちろん半導体レーザと光導
波路を同一基板上に複合共振器構成をもつ半導体
レーザとして考えた場合、これに限定されるもの
ではない。以下に基本概念は同じであるため詳し
い説明は省略するが他の実施例をいくつか示す。
用いて説明したが、もちろん半導体レーザと光導
波路を同一基板上に複合共振器構成をもつ半導体
レーザとして考えた場合、これに限定されるもの
ではない。以下に基本概念は同じであるため詳し
い説明は省略するが他の実施例をいくつか示す。
第２の実施例の断面図を第１１図に示す。本実
施例においては、活性層３２と光導波層３９が
InPとInGaAsPの多重量子井戸構造を有する同一
の薄膜によつて形成されている。多重量子井戸構
造の活性層を有する半導体レーザからの誘導放出
光は、活性層と同じ構造の光導波層においてほと
んど吸収されない。従つて、本実施例のように、
活性層３２と光導波層３９が同じ多重量子井戸構
造であつても、本発明の目的は達し得る。
施例においては、活性層３２と光導波層３９が
InPとInGaAsPの多重量子井戸構造を有する同一
の薄膜によつて形成されている。多重量子井戸構
造の活性層を有する半導体レーザからの誘導放出
光は、活性層と同じ構造の光導波層においてほと
んど吸収されない。従つて、本実施例のように、
活性層３２と光導波層３９が同じ多重量子井戸構
造であつても、本発明の目的は達し得る。
第３の実施例の断面図を第１２図に示す。本実
施例の基本構成は第１の実施例と同じであるが、
活性領域３７に半導体レーザ駆動電流を流す電極
４８の他に、光導波層３８の実効屈折率を制御す
る電極４９を設けている。光導波層３８の実効屈
折率を変化させるためには例えば電極４９に逆バ
イアスを印加してポツケル効果を用いるか、電流
を注入してプラズマ振動効果を用いればよい。
施例の基本構成は第１の実施例と同じであるが、
活性領域３７に半導体レーザ駆動電流を流す電極
４８の他に、光導波層３８の実効屈折率を制御す
る電極４９を設けている。光導波層３８の実効屈
折率を変化させるためには例えば電極４９に逆バ
イアスを印加してポツケル効果を用いるか、電流
を注入してプラズマ振動効果を用いればよい。
つまり複合共振器構成により半導体レーザ発振
周波数シフトの抑圧が可能であることは第１の実
施例において詳しく述べた通りであるが、更に抑
圧度を上げたい場合にな光導波路の屈折率を変化
させることにより発振周波数を固定化することが
可能である。
周波数シフトの抑圧が可能であることは第１の実
施例において詳しく述べた通りであるが、更に抑
圧度を上げたい場合にな光導波路の屈折率を変化
させることにより発振周波数を固定化することが
可能である。
以上に示した実施例以外にも本発明の発想を有
するものはもちろん本発明に含まれるものであ
り、また応用例に関しても幾つか示したが、それ
以外にも非常に広い分野にて利用可能である。ま
た化合物半導体としてInPを用いたデバイスを示
したがこれに限つたものではなく、AlGaAs系あ
るいはその他の材料を用いてもよい。特に光デイ
スクに利用する時には短波長化のため他の材料を
用いる。
するものはもちろん本発明に含まれるものであ
り、また応用例に関しても幾つか示したが、それ
以外にも非常に広い分野にて利用可能である。ま
た化合物半導体としてInPを用いたデバイスを示
したがこれに限つたものではなく、AlGaAs系あ
るいはその他の材料を用いてもよい。特に光デイ
スクに利用する時には短波長化のため他の材料を
用いる。
また本発明は半導体レーザと光導波路を複合共
振器構成としたが、これを光集積回路の一部とし
て、更に検出器、分波器、分岐器等と集積化して
も良い。また活性領域の光導波路から遠い端面も
外部への取り出し光の外部量子効率を制御するた
めに反射膜処理を施しても良い。
振器構成としたが、これを光集積回路の一部とし
て、更に検出器、分波器、分岐器等と集積化して
も良い。また活性領域の光導波路から遠い端面も
外部への取り出し光の外部量子効率を制御するた
めに反射膜処理を施しても良い。
発明の効果
以上詳しく説明したように、本発明は同一の化
合物半導体基板上に活性領域と光導波路を集積化
して複合共振器構成とし、活性領域の光学長、光
導波路の光学長、光導波路の活性領域から遠い端
面への反射率、活性領域と光導波路の結合部の活
性領域の端面反射率を所定の値に制御するために
構造並びに製作方法を工夫し、半導体レーザの特
性、特に発振縦モードの単一化あるいはマルチ化
を明確に区別して実現でき、更に半導体レーザ光
の発振周波数の変調や対環境温度変化に対する安
定化を施し、様々な分野において利用されること
を可能としている。これは従来提案されている構
造のデバイスでは実現できず、本発明のような構
造においてはじめて制御性、再現性、量産性よく
所定の特性の半導体レーザを提供できることよ
り、効果は極めて大である。
合物半導体基板上に活性領域と光導波路を集積化
して複合共振器構成とし、活性領域の光学長、光
導波路の光学長、光導波路の活性領域から遠い端
面への反射率、活性領域と光導波路の結合部の活
性領域の端面反射率を所定の値に制御するために
構造並びに製作方法を工夫し、半導体レーザの特
性、特に発振縦モードの単一化あるいはマルチ化
を明確に区別して実現でき、更に半導体レーザ光
の発振周波数の変調や対環境温度変化に対する安
定化を施し、様々な分野において利用されること
を可能としている。これは従来提案されている構
造のデバイスでは実現できず、本発明のような構
造においてはじめて制御性、再現性、量産性よく
所定の特性の半導体レーザを提供できることよ
り、効果は極めて大である。
第１図ａ〜ｅは半導体レーザの外部に共振器を
配置した複合共振器を示す図、第１図ｆ〜ｈは半
導体レーザ２つを光学的に結合させた複合共振器
を示す図、第１図ｉ〜ｋは半導体レーザに光導波
路を結合した単一共振器あるいは複合共振器を示
す図、第２図は本発明の具体的な一実施例の半導
体レーザ装置の部分断面斜視図、第３図ａ〜ｄは
第２図に示した一実施例の一部の部分断面図、第
４図は単体半導体レーザの単位電流当りの発振周
波数シフトの変調周波数依存性を示す図、第５図
は発振周波数シフト量が活性領域光学長と光導波
路光学長の比L0／L1に依存することを示す図、
第６図、第７図は発振周波数シフトの抑圧度が
L0／L1だけでなく、光導波路の活性領域から遠
い端面の振幅反射率r0及び光導波路と活性領域の
結合部の活性領域端面の振幅反射率r1に大きく依
存することを示す図、第８図は位相の合致した２
つの縦モードと利得のしきい値がr1に依存するこ
とを示す図、第９図は発振周波数シフトの抑圧度
の設定値を満足するL0／L1及びr0の関係を示す
図、第１０図は第９図と同じで発振周波数シフト
の抑圧度に対し３つの領域に分割したことを示す
図、第１１図および第１２図は本発明の具体的な
他の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。 ３１……化合物半導体基板、３２……活性層、
３３ａ……閉込め層、３７……活性領域、３８…
…光導波路、４４……間隙、４６……絶縁物。
配置した複合共振器を示す図、第１図ｆ〜ｈは半
導体レーザ２つを光学的に結合させた複合共振器
を示す図、第１図ｉ〜ｋは半導体レーザに光導波
路を結合した単一共振器あるいは複合共振器を示
す図、第２図は本発明の具体的な一実施例の半導
体レーザ装置の部分断面斜視図、第３図ａ〜ｄは
第２図に示した一実施例の一部の部分断面図、第
４図は単体半導体レーザの単位電流当りの発振周
波数シフトの変調周波数依存性を示す図、第５図
は発振周波数シフト量が活性領域光学長と光導波
路光学長の比L0／L1に依存することを示す図、
第６図、第７図は発振周波数シフトの抑圧度が
L0／L1だけでなく、光導波路の活性領域から遠
い端面の振幅反射率r0及び光導波路と活性領域の
結合部の活性領域端面の振幅反射率r1に大きく依
存することを示す図、第８図は位相の合致した２
つの縦モードと利得のしきい値がr1に依存するこ
とを示す図、第９図は発振周波数シフトの抑圧度
の設定値を満足するL0／L1及びr0の関係を示す
図、第１０図は第９図と同じで発振周波数シフト
の抑圧度に対し３つの領域に分割したことを示す
図、第１１図および第１２図は本発明の具体的な
他の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。 ３１……化合物半導体基板、３２……活性層、
３３ａ……閉込め層、３７……活性領域、３８…
…光導波路、４４……間隙、４６……絶縁物。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 化合物半導体基板と、前記基板上に部分的に
形成された少なくとも活性層および閉込め層を含
む半導体レーザの活性領域と、前記活性領域に近
接して前記基板上に形成された前記活性領域から
の発光を導波し得る光導波層を含む光導波路とを
有し、前記活性領域は２つの端面を有する活性共
振器を構成しており、前記光導波路は２つの端面
を有する外部共振器を構成しており、前記活性共
振器と前記外部共振器は共振器の光軸方向に結合
されており、前記活性共振器からの発光は前記外
部共振器を透過して反射され前記活性共振器に帰
還され、前記活性領域の前記光導波路に近い共振
器端面の振幅反射率r1を0.4以下とし、前記光導
波路の前記活性領域から遠い端面の振幅反射率r0
に対して前記外部共振器の光学長L0と前記活性
共振器を光学長L1の比L0／L1をL0／L1≧0.1／r0
＋0.4としたことを特徴とする半導体レーザ装置。 ２ 光導波層が活性層よりバンドギヤツプの大な
る組成物質によつて構成されており、かつ単一横
モードのみを伝搬することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。 ３ 光導波路の活性領域から遠い端面が、反射膜
を被着されたへき開面もしくはエツチング面であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
２項いずれかに記載の半導体レーザ装置。 ４ 活性領域の光導波路に近い端面と光導波路の
活性領域に近い端面とが、光学的結合領域の全面
にわたつては接しておらず、前記光学的結合領域
の一部もしくは全部にわたる空気もしくは絶縁物
によつて充填された間隙を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項い
ずれかに記載の半導体レーザ装置。 ５ 光導波路が、前記光導波路の実効屈折率を電
気的に制御し得る電極を有するものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項いず
れかに記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4330184A JPS60187078A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 半導体レ−ザ装置 |
| US06/708,848 US4794608A (en) | 1984-03-06 | 1985-03-05 | Semiconductor laser device |
| US07/276,763 US4899360A (en) | 1984-03-06 | 1988-11-08 | Semiconductor laser device having monolithically formed active and passive cavities on the same substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4330184A JPS60187078A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60187078A JPS60187078A (ja) | 1985-09-24 |
| JPH0311554B2 true JPH0311554B2 (ja) | 1991-02-18 |
Family
ID=12659966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4330184A Granted JPS60187078A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPS60187078A (ja) |
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1984
- 1984-03-06 JP JP4330184A patent/JPS60187078A/ja active Granted
Also Published As
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| JPS60187078A (ja) | 1985-09-24 |
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