JPH04105386A - 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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JPH04105386A
JPH04105386A JP22293290A JP22293290A JPH04105386A JP H04105386 A JPH04105386 A JP H04105386A JP 22293290 A JP22293290 A JP 22293290A JP 22293290 A JP22293290 A JP 22293290A JP H04105386 A JPH04105386 A JP H04105386A
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JP
Japan
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layer
electrode
type semiconductor
conductivity type
semiconductor layer
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JP22293290A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Yamazaki
裕幸 山崎
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements 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
    • H01S5/06255Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06258Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

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、光通信などの光源として用いられる波長可変
半導体レーザに関する。
〔従来の技術〕
光フアイバ通信技術としては、直接変調、直接検波方式
がすでに実用化されているが、さらに高感度化が期待で
きるコヒーレント光通信か将来の実用化を目積してさか
んに研究されている。コヒーレント光通信は光の周波数
や位相に情報を乗せて伝送する技術であり、送信側の光
源としては発振スペクトル線幅が狭<FM変調の周波数
特性が平坦なものが要求される。伝送容量の大幅な拡大
をもたらす周波数多重コヒーレント光通信を考えた場合
、多くの素子から波長の異なった光源の選別を行うこと
も可能であるか、発振周波数を数GHzの周波数間隔に
そろえるには可変波長し一ザか不可欠である。このよう
な用途にはFM変調特性が平坦でかつ、この状態を維持
したままての波長可変動作が要求される。もちろんその
場合には局発光源としてビートを取ることのできる波長
範囲の広い波長可変半導体レーザが必要となる。
素子の互換性を考慮すると送信用局発光源として同じ構
造であるのか望ましい。すなわちFM変調特性が平坦で
かつ、広範囲な波長可変動作が可能なレーザか望まれる
このような平坦なFM変調の周波数特性を得る方法とし
て、3電極DFB−LDかエレクトロニクス・レター(
Electronics  Letters)誌、第2
3巻、第16号、826ページから828ページにナカ
ノ(Y、Nakan。
他)により報告されている。これはλ/4位相シフトD
FB構造の共振器方向に電極を3つに分割し、両側の電
極はバイアスしておき、中央の電極のみに変調電流を流
すことによって平坦なFM変調特性を得るものである。
この方法と用いるとキャリアの注入による生しる波長変
化を発熱により生じる波長変化を注入電流の増加に対し
て同し方向にする事かできることから、FM変調の周波
数特性を平坦にすることかてきる。これは3電極DFB
−LDでは中央の電極に変調電流を流すことにより位相
シフト部付近に電界か集中することにより生じる空間的
ホールバーニンクを抑制し、それによってキャリア密度
の平均値が低減することから発振波長が長波長側にシフ
トしレッドシフ)FM変調となるためである。
一方、広い波長範囲において任意の波長を設定できる波
長可変レーザとしてはEC0C’ 89予稿、第3巻、
826ページにM、C,Amann他によって報告され
ているチューナプル・ツインガイド構造の可変波長レー
ザかある。第3区にこれの断面構造を示す。InGaA
sP活性層4を流れる電流はn電極11から順にp−I
nP基板1、p−InGaAsP光ガイド層12、In
GaAsP活性層4、n−InP層3、n電極10とい
う経路をたどって流れる。一方、チューニング電流はp
電極8からp−InP層6、pInP層5、InGaA
sPチューニング層2、n−InP層3、n電極10と
いう経路をたどって流れる。チューニング電流を変化さ
せることによって60八程度の波長チューニングを行っ
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
3電極DFB−LDは各電極の注入電流を調整すること
により、平坦なFM変調特性が得られる反面、平坦なF
M変調特性を維持しての波長可変動作は困難である。ま
た、第3図に示したツイン・ガイド構造では可変波長範
囲が広くなる反面、平坦なFM変調特性実現は不可能で
ある。すなわち、上述した二つの構造ではコヒーレント
光通信の光源に要求される平坦なFM変調特性の状態で
広範囲の可変波長動作を得ることはできない。
本発明の目的は平坦なFM変調特性を維持したままで、
広範囲な波長可変動作が可能なレーザの実現にある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は2つあり、その第1は、チューニング層、第2
導電型半導体層、活性層、および第1導電型半導体層を
順次積層した多層構造がメサ状に形成され、少なくとも
前記第2導電型半導体層に接触した部分に第2導電型半
導体コンタクト層が形成され、前記第1導電型半導体層
上の電極がストライプ長手方向に複数に分割され、チュ
ーニング層または活性層に隣接して回折格子が形成され
ているのを特徴とする波長可変半導体レーザである。
第2は、活性層、第2導電型半導体層、チューニング層
、および第1導電型半導体層を順次積層した多層構造が
メサ状に形成され、少なくとも前記第2導電型半導体層
に接触した部分に第2導電型半導体コンタクト層が形成
され、前記第1導電型半導体層上の電極がストライプ長
手方向に複数に分割され、チューニング層または活性層
に隣接して回折格子が形成されているのを特徴とする波
長可変半導体レーザである。
(′作用〕 第1図に本発明の波長可変半導体レーザ構造3表す断面
図を示す。第3図と異なるのは、波長チューニングに用
いる電極、すなわちストライプ上部に接触している電極
か分割されている点である。通常の3電極DFB−LD
ては各電極の電流比を調整することにより平坦なFM変
調特性を得るか、この状態を維持したまま波長チューニ
ングするのは困難である。一方、第1図に示した本発明
の可変波長レーザは3電極DFB−LD槽構造チューナ
プルツイン・ガイド構造の両方を備えた構造であるため
、活性層に供給される電流の経路とチューニング層に供
給される電流の経路が異なっており、双方独立に制御可
能となる。従って、平坦なFM変調特性となるようp電
極8の電流比を調整した上でのp電極11による波長可
変動作が可能となる。
第2図にストライプ部分の積層構造が第1区と異り、チ
ューニング層の下方に活性層を設けた構造の例を示す。
ストライプ上部に接触する電極8及びストライプの脇に
あるコンタクト層に接触する電極10の構造は第1図と
同しである。二の構造てはInGaAsPチューニング
層2に流す電流を調整することにより共振器方向の屈折
率分布を調整できる。それによって電界分布を平坦化し
てキャリア密度の平均値を低減できるので、第1図と同
様に全周波数でレッドシフトとなる平坦なFM変調特性
を実現することができる。
〔実施例〕
チューニング層の上方に活性層を形成した積層構造の例
を第1図に示す。
結晶成長はすべてMOVPE (有機金属気相成長法)
を用いる。まず、(100)p型InP基板1(キャリ
ア濃度p ” I X 1018cm−’)表面に周期
240OAの回折格子を形成する。I nGaAsPチ
ューニング層2(波長1.3μm組成、層厚0.1μm
)、n−InP半導体層3(層厚0.3μm、キャリア
濃度n = I X 10 ”cm−3)、InGaA
sP活性層4(波長1.55μm5μm組成0.1μm
)、p−InPクラッド層5く層厚1μm、キャリア濃
度5x 1017cm−3)を順次成長する。次に、<
:011>方向に形成したSiC2膜をマスクとして用
いて、p−rnP基板1に達するまでメサエッチングす
る。メサ形状は幅2μm、高さ3.5μmになるように
する。
また、メサ側面は表面に垂直な(011)面が形成され
るよう、塩酸系および硫酸系のエツチング溶液を併用す
る。続いて、メサストライプを両側にn〜InP層3(
層厚3.5μm、キャリア濃度n = I X 101
8cm−3)を成長する。さらに、マスクとして用いた
SiC2膜をフッ酸で除去する。次に再度SiC2膜7
を堆積した後、パターニングを行ない、電極を蒸着する
。ホトレジスト工程を経て電極のエツチングを行ない、
図示の如くp電極8、n電極10を形成し、p型InP
基板1を研磨した後、p電極11を基板裏面に形成する
素子は共振器長400μmに切り出し、ヒートシンクに
基板を融着してマウントし、p電極8およびn電極10
にそれぞれボンディングする。
しきい値電流は40mA程度、最大光出力は20mW程
度が見込まれる。FM変調の周波数特性が平坦になるよ
う電流比を調整した上で、10mn程度の広範囲な可変
波長動作が可能となる。
第2図はチューニング層の下方に活性層を形成してチュ
ーニング層に近い側の電極を分割した場合の図で、スト
ライプ中心軸に沿って切断した断面構造図である。素子
作製においては、p−1nP基板l上にMOVPE法を
用いてInGaAsP活性層4(波長1.55μm5μ
m組成0.1μm) 、n−TnP半導体層3(層厚0
.3am、キャリア濃度n = I X 1018cm
−’)、I nGaAsPチューニング層2(波長1.
3μm組成、層厚0.1μm>、p−丁nPクラッド層
5(層厚1μm、キャリア濃度5 X 10 ”cm−
3)を順次成長し、ストライプ上部に接触するチューニ
ング層側のp電極8を分割構造とする。
このような構造とすることで軸方向の電界分布を平坦に
することが可能となり、第1の実施例と同様に平坦なF
M変調特徴を維持した状態での可変波長動作が可能とな
る。
なお実施例においては、I nGaAsP系の材料を想
定したか本発明はGaAs系など他の材料系にも適用可
能である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明の波長可変半導体レーサ構造
を用いることによって、平坦なFM変調特性と広い波長
可変特性を同時に実現することができ、コヒーレント光
通信用光源として有望であることを示した。活性層を量
子井戸構造にすれば狭スペクトル線幅を実現できるので
、さらに高性能な素子を作製することができる。また、
チューニング層を歪超格子とする事により、さらなる可
変波長範囲の拡大が可能となる。
図中、1・・p−In Pチューニング層、3 GaAsP活性層、5・・ InP層、7・=SiO2 電極、11・・p電極、1 光ガイド層を表す。
P基板、2− r n G a A s・n−1nP、
4−=In p−TnP層、6・・p 、8・p電極、10・・n 2・・ p−I  nGaASp

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.チューニング層、第2導電型半導体層、活性層、お
    よび第1導電型半導体層を順次積層した多層構造がメサ
    状に形成され、少なくとも前記第2導電型半導体層に接
    触した部分に第2導電型半導体コンタクト層が形成され
    、前記第1導電型半導体層上の電極がストライプ長手方
    向に複数に分割され、チューニング層または活性層に隣
    接して回折格子が形成されているのを特徴とする波長可
    変半導体レーザ。
  2. 2.活性層、第2導電型半導体層、チューニング層、お
    よび第1導電型半導体層を順次積層した多層構造がメサ
    状に形成され、少なくとも前記第2導電型半導体層に接
    触した部分に第2導電型半導体コンタクト層が形成され
    、前記第1導電型半導体層上の電極がストライプ長手方
    向に複数に分割され、チューニング層または活性層に隣
    接して回折格子が形成されているのを特徴とする波長可
    変半導体レーザ。
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