JPH0353575A - 波長安定半導体レーザ - Google Patents

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〕 本発明は半導体レーザに関する。

（従来の技術） 従来の半導体レーザでは、下記のような構成により、波
長の安定化を図っていた。

（１）半導体レーザの外部に、回折格子と結晶而からな
る共振器を設けたもの（Ｒｏｓｓｉ．　Ｊ．Ａ．”旧ｇ
ｈ−ｐｏｗｅｒ　ｎａｒｒｏｗ−ｌｉｎｅ　ｗｉｄｔｈ
　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆＧａＡｓ　　ｄｉｏｄｅ　
　ｌａｓｅｒｓ　　，　　八ｐｐｌ．　　ｐｈｙｓ．　
　ｌｅｔｔ．　　２３ｌ　ｐ．２５　（１９７３）に記
載のもの〉（２）へテロ構造レーザに分布帰還形の回折
格子を設けたもの（κ．Ｔａｄａ　ｅｔａｌ，　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ．　Ｌｅｔｔ　２０ｐ．８２　（１９８４）
に記載のもの）（３）半導体レーザに設けられた共振器
の反射部に、回折格子などで形成されるブラッグ導波路
を設けて分布反射を行なうもの（末松安晴：「半導体レ
ーザと光集積回路Ｊ　，　ｌ）．３１３〜３６８．オー
ム社（１９８４）に記載のもの〉 半導体レーザの外部に共振器を設けたものの場合、レー
ザの活性層の温度変化によるモードの乱れなどを除去し
、さらに、共振器長を長くすることで発振波長のスペク
トル幅を狭くできるという利点を生かしたものである。

分布帰還形レーザや分布反射形レーザは、レーザ活性層
上あるいは導波路−ヒにグレーテイングを形成し、所定
のブラッグ波長だけを有効に共振させることで波長選択
性を強くし、結果的に温度に対する波長変化を抑え、発
振スペクトル幅を狭くしている。

（発明が解決しようとしている課題） しかしながら、上記従来例において、半導体レーザの外
部に共振器を設けたものの場合は、外部に回折格子を設
けるため全体が大きくなってしまう欠点があり、光通信
などに使用する光集積同路などに使用するのは困難であ
る。

また、分布帰還形レーザや分布反射形レーザの場合は、
光集積度は上げられるが、温度による波長変動は１λ／
℃となり、将来の波長多重光通信などに使用する場合厳
しい温度制御が必要になるという欠点がある。

本発明は、上記従来の技術の有する欠点に鑑みてなされ
たもので、集積化か容易で波長安定度の高い波長安定半
導体レーザを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の波長安定半導体レーザは、 分布反射部、活性領域および位相調整部を備えた波長可
変半導体レーザと、半導体層が積層され、該半導体層の
境界を反射層とするファブリペローエタロン共振器と、
前記波長可変半導体レーザが発したレーザ光を前記ファ
ブリペローエタロン共振器を介して受光するフォトディ
テクタとが、同一基板−Ｅに形成され、 さらに、前記波長可変半導体レーザが発したレーザ光を
前記ファブリペローエタロン共振器へ導く反射部と、 前記フォトディテクタの光誘起電流をモニタし、前記波
長可変半導体レーザの発振波長を制御して、前記光誘起
電流の変化率が最大となる波長を検出するとともに、前
記フォトディテクタの光誘起電流を常に一定値に保持す
る波長可変ドライバとを有するものであり、 また、前記反射部がグレーティング部で形成されたもの
がある。

〔作用〕

積層された半導体層の境界を反射層とするファブリペロ
ーエタロン共振器は、積層された半導体層の膜厚によっ
て共振器長を変化させて、共振波長を決めることができ
る。この共振器の場合、半導体層の境界の平坦度も高く
、温度変化に対する膜厚変勤が非常に小さいため、共振
波長の設定が容易で、安定した共振状態を得ることがで
きる。

このファブリペローエタロン共振器を通して、波長可変
半導体レーザが発したレーザ光のうち所定の波長のレー
ザ光をフォトディテクタで受光し、そのときのフォトデ
ィテクタでの光誘起電流をモニタしてこの光誘起電流の
最大値、すなわちフォトディテクタでの最大受光看時の
光誘起電流値を検出する。そして、光誘起電流の検出値
が、常に、前述の最大値となるように、波長可変半導体
レーザの発振波長を制御することで、波長の安定したレ
ーザ光を波長可変半導体レーザから発射させることがで
きる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

まず、本発明の波長安定半導体レーザの原理を説明する
。

第１図において、不図示の位相調整部を備えた波長可変
半導体レーザ１で発振したレーザ光は、反射部であるミ
ラー２で反射されて、ファブリペローエタロン共振器ｌ
Ｏを形成する半導体層３および反射層４に垂直に入射さ
れる。このレーザ光は、フアプリベローエタロン共振器
！０内の反射層４で反射し、さらに、半導体層３で多重
反射してその下層に形成されたモニタ用フォトディテク
タ５に入射される。モニタ用フォトディテクタ５のモニ
タ出力は、第２図に示すように、波長λを変化させた場
合、周期的に出力がピークを持つファブリペローエタロ
ン共振状態を示す特性となる。

ここで，ファブリペローエタロン共振器１０の半導体層
３の厚さをｄとし、上記周期的ピークの波長間隔をΔλ
とすると、以下のような関係が成立つ。

（λ：レーザの発振波長．ｎ：半導体層３の屈折率） 上述のフアプリベローエタロン共振特性の共振ピーク幅
ΔＷλは、半導体層３の境界での反射率の関数となって
、反射率が大きいほどΔＷＡは狭くなり、反射率を適当
に大きくとることで波長間隔Δλに対しｌ／１００程度
の波長範囲に波長可変半導体レーザｌの波長をチューニ
ング可能となる。

ここで、ファブリペローエタロン共ＦａｌＮｏの半導体
層３の、Ｊ＋，％さｄと屈折率ｎが温度などで変動し、
それらの変動量をそれぞれδｄ、δｎとすると、透過ピ
ーク波長のずれδλは、 より、 と表される。

したがって、１０℃以下の温度変動では、厚さｄの変動
量δｄはｌＯ−５・ｄ、同様に屈折率ｎの変動量δｎは
　ｌＯ−４・ｎとなり、■式より厚さｄをｌＯμｍｆ１
度とすれば、透過ピーク波長のすれδλは１人程度とな
る。

また、第３図において、波長可変半導体レーザ１の発振
波長のスペクトル７の幅は、通常、ファブリペローエタ
ロン共振の共振ピークのスペクトル８の幅ΔＷ＾に比較
して非常に狭いため、波長可変半導体レーザ１の発振ピ
ーク波長λ，。にファブリペローエタロン共振器１０の
共振波長を設定すると、波長のずれに対するモニタ出力
レベルの変化が小さくなって、微小な波長の変化を読み
取るには工夫が必要となる。そのため、波長に対する出
力レベルの変化の最も大きい波長λｒ，が所望のー波長
となるようにファブリペローエタロン共振器ＩＯの膜厚
ｄを設定しておけば、微小な波長変化でも大きな出力変
化が得られる．このモニタ用フォトディテクタ５のモニ
タ出力を波長可変ドライバ６でモニタし、波長可変半導
体レーザ１の発振波長を制御して、モニタ出力の最大値
を検出するとともに、モニタ出力が、常に、所定の値Ｐ
０となるように、波長可変半導体レーザ１の発振波長を
制御することで、波長の安定したレーザ発振を行なわせ
ることが可能となる。

次に、本発明の一実施例について、第４図を参照して説
明する。

本実施例の波長安定半導体レーザは、間隔をおいて設け
られた２個の分布反射部１４．　１４’　と該分布反射
部１４．　１４’の間に配された活性領域ｌ５と位相調
整部ｌ５゜とを備えた波長可変半導体レーザーと、前述
のモニタ用フォトディテクタおよびファプリベローエタ
ロン共振器を備えたフォトディテクト部２０とが、ｎ３
にドープされた基板９上に形成されている。

波長可変半導体レーザーは、一般的に知られたものであ
り、分布反射部１４．　１４’　と活性領域ｌ５と位相
調整部ｌ５゜とを備えてＧａＡｓで膜厚０．２μｍに形
成された導波層１１と、クラッド層１２．　１３とで構
成され、さらに、活性領域ｌ５に電流■。を注入する電
極ｌ６と分布反射部１４．　１４’に注入されてブラッ
グ波長を変化させる電流Ｉｂが入力される電極１７，　
１？’　と位相調整部ｌ５゜に電流Ｉ，を注入する電極
ｌ８とを備えている。この波長可変半導体レーザーは、
不図示の波長可変ドライバによって電流１ａ，　　ｂ’
，ＩＰを変化させることにより、ｌ ３０入程度の幅で、発振するレーザ光の波長を制御する
ことができる。

また、フォトディテクト部２０は、基板１をエツチング
することによって埋込み形の構造となっている。フォト
ディテクト部２０におけるモニタ用ディテクタは、基板
１上に再成長され、ｐ型にドープされた膜厚１．５μｍ
のＧａＡｓで形成されるｐ型半導体層２ｌと、光を検出
してキャリアを発生させる、膜厚０．２μｍのノンドー
プＧａＡｓで形成されたノンドーブ半導体層２２と、干
渉反射層２３．　２３’の間に配置されてｎ型にドープ
した厚さ１０．５μｍのｎ型半導体層２４と、干渉反射
層２３′の上層に設けられ、上而に電極２７を備えたｎ
型ＧａＡＳ層２５とで構成されている。

また、ファブリペローエタロン共振器は、膜厚６１０人
のＡＩｏ３Ｇａｏ，　，ＡＳ層および膜厚５７６大のＧ
ａＡｓ層が交互に積層されて、レーザ光を反射する干渉
反射層２３．　２３’　と、干渉反射層２３．　２３’
の間に配置ざれているｎ型半導体層２４とで構成されて
いる。フォトディテクト部２０のモニタ用フォトディテ
クタを構成するｎ型ＧａＡｓ層２５のエッジは，４５゜
にテ＝パーエッチングされてテーパ一部２６が形成され
ており、波長可変半導体レーザ１から出射されたレーザ
光を反射して、そのレーザ光をファプリベローエタロン
共振器に垂直に入射させる。さらに、このｎＮ：！Ｇａ
Ａｓ層２５の上面に設けられている電極２７は前述のモ
ニタ用フォトディテクタに逆バイアスを印加する人力部
であるとともに、モニタ用フォトディテクタの光誘起電
流１，の検出電極であり、不図示の波長可変ドライバに
接続されている。波長可変ドライバは、モニタ用フォト
ディテクタがファブリペローエタロン共振器で共振した
、所定の波長のレーザ光を検出しているときの、光誘起
電流１，をモニタするとともに、波長可変半導体レーザ
１への注入電流１．，Ｉｂ，ＩＰを変化させて、光誘起
電流■４を所定の値、すなわちモニタ用フォトディテク
タの受光量が所定の値となる点を検出し、検出後はモニ
タした光誘起電流１ｄが常に所定の値となるように、波
長可変半導体レーザ１への注入電流１−，Ｉｂ，■，を
制御する。

上述の構成に下に、レーザ光の波長を８３０ｎｍとした
場合、波長可変ドライバによって注入電流１．，Ｉｂ．
，Ｉ，を制御し、モニタ用フォトディテクタの光誘起電
流Ｉ，を所定の値に保つことで、±１０℃の温度変化に
対し、レーザ光の波長変化を±１入に抑えることができ
た。

次に、木発明の第２実施例について、第５図を参照して
説明する。

前述した第１の実施例では、ｎＪｌＧａＡｓ層２５のエ
ッジを４５゜にテーパーエッチングしてそのテーパー面
を利用してレーザ光をファブリペローエタロン共振器へ
導く例を示したが、この場合、正確な４５゜のテーパー
面を得ることが困難であり、また，テーパ−面の凹凸を
除去しきれず光の乱反射が発生し，ファブリペローエタ
ロン共振器の共振スペクトル幅が広がって共振状態が乱
れるということが考えられる。

そのため、本実施例では、第５図に示すように、反射部
としてｎ型ＧａＡｓ層２５に２次のグレーティング部２
８を形成して、波長可変半導体レーザ１から出射された
レーザ光がファプリベローエタロン共振器へ回折するよ
うな構成となっている。

グレーティング部２８によってレーザ光を回折する場合
、前沌のテーパー面で反射する場合に比べて、乱反射が
発生せず、正確にレーザ光がファブリペローエタロン共
振器へ屯直に入射されるので良好なファブリペローエタ
ロンの共振状態を得ることが可能となり、高精度の波長
制御を行なうことができる。

（発明の効果） 以［説明したように本発明は以下に示すような効果を奏
するものである。

（＋）ファプリベローエタロン共振器は積層した半導体
層の境界を反射層としており、境界の平坦度が高く，さ
らに、温度に対する半導体層のＩＩＱ厚の変化が非常に
小さいため、共振波長の設定を高精度に行なえ、温度に
対しても波長安定性の高い共振状態を得ることができる
。

（２）ファプリベローエタロン共振器で共振したレーザ
光の、フォトディテクタでの受光量をモ二夕してその受
光量が常に一定となるように波長可変半導体レーザの位
相調整部を制御するので、波長可変半導体レーザの発振
動作においても温度変化による波長の変動を抑制するこ
とが可能となり、波長安定度の高い半導体レーザを提供
することができる。

（３）波長可変半導体レーザとファブリペローエタロン
共振器とフォトディテクタを、エッチング処理等により
、同一基板上に形成することができるので、小型化、集
積化を容易に行なうことができる。

（４）波長可変半導体レーザが発したレーザ光をファブ
リペローエタロン共振器へ導く反射部をグレーティング
によって形成することにより、レーザ光の乱反射を防止
でき、レーザ光が正確にファブリペローエタロン共振器
へ入射され、良好なファブリペローエタロン共振状態を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の波長安定半導体レーザの原理を説明す
るブロック図、第２図はファブリペローエタロン共振器
１０の共振特性を示す図、第３図は波長可変半導体レー
ザ１の発振スペクトルと７アプリベローエタロン共振ｆ
ｉｌＯの共振スペクトルとを示す図、第４図は本発明の
波長安定半導体レーザの一実施例を示す断面図、第５図
は本発明の波長安定半導体レーザの第２実施例を示す断
面図である。 ！・・・波長可変半導体レーザ、 ２・・・ミラー ３・・・半導体層、 ４・・・反射層、 ５・・・モニタ用フォトディテクタ、 ６・・・波長ｉ丁変ドライバ、 ７・・・波長可変半導体レーザ１の発振スベクトノレ、 ８・・・ファブリペローエタロン共振器ｌＯの共振スペ
クトル、 ９・・・基板、 １０・・・ファブリペローエタロン共振器、ｌ１・・・
導波層、 １２．　１３・・・クラッド層、 １４．　１４’・・・分布反射部、 １　５−・・活性領域、 Ｉ５゜・・・位相調整部、 １６．　　１７．　　１８．　　２７・・・電極、２　
０−・・フォトディテクト部、 ２１・”ｐ型半導体層、 ２２・・・ノンドーブ半導体層、 ２　３−・・干渉反射層、 ２４−−−ｎ型半導体層、 ２５−−−ｎ型ＧａＡｓ層、 ２　Ｂ−・・テーパ一部、 ２　８−・・グレーティング部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分布反射部（１４、１４′）、活性領域（１５）お
   よび位相調整部（１５′）を備えた波長可変半導体レー
   ザ（１）と、半導体層が積層され、該半導体層の境界を
   反射層（４）とするファブリペローエタロン共振器（１
   ０）と、前記波長可変半導体レーザ（１）が発したレー
   ザ光を前記ファブリペローエタロン共振器（１０）を介
   して受光するフォトディテクタ（５）とが、同一基板（
   ９）上に形成され、 さらに、前記波長可変半導体レーザが発したレーザ光を
   前記ファブリペローエタロン共振器（１０）へ導く反射
   部（２）と、 前記フォトディテクタ（５）の光誘起電流をモニタし、
   前記波長可変半導体レーザ（１）の発振波長を制御して
   、前記光誘起電流の変化率が最大となる波長を検出する
   とともに、前記フォトディテクタ（５）の光誘起電流を
   常に一定値に保持する波長可変ドライバ（６）とを有す
   ることを特徴とする波長安定半導体レーザ。 ２、反射部（２）が、グレーティング部 （２８）で形成されたことを特徴とする請求項１記載の
   波長安定半導体レーザ。