JPH04142788A - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents

分布帰還型半導体レーザ

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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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は特に光フアイバ通信等に用いられる分布帰還
型半導体レーザに関する。
（従来の技術） 光フアイバ通信は周知のように、半導体レーザ等の発光
素子を変調して得られる光信号を光ファイバで伝送する
ものであり、長距離伝送には光フアイバ内での光信号の
分散による劣化を避けるために縦単一モード半導体レー
ザが用いられる。
特に、ケーブルテレビジョン等のアナログ多チャンネル
映像伝送には低雑音特性の優れた縦単一モード半導体レ
ーザが用いられる。
上記縦単一モード半導体レーザは、分布帰還型半導体レ
ーザで実施されている。分布帰還型半導体レーザは例え
ば第２図に示すように半導体基板２１上に順次形成され
た回折格子２２、光導波路２３、活性層２４、クラッド
層２５、コンタクト層２Ｂからなり、これらの層を挾む
電極２７と２８にバイアス電流を印加することにより、
活性層２４に電流を注入し発振させ、回折格子ピッチと
先導波路２３、活性層２４の組成とデイメンジョンで定
まる単一波長を取り出すことができる。
上記構成によれば、活性層２４と光導波路２３での光子
と電子の相互作用が単一波長モードに関してのみ行われ
るため、内部の電界分布は回折格子２２のピッチ、活性
層２４、光導波路２３の寸法、精度に強く影響され、最
適条件からはずれると、注入電流密度の大きさによって
は極端な非線形出力特性（キンク）や複数波長発振など
が観測され、製造上の歩留り低下や使用上の信頼性低下
などの問題がある。
アナログ多チヤンネル映像伝送には、低雑音特性と低歪
特性を兼ね備えた縦単一モード半導体レーザが最適であ
るが、上記のようにキンク発生の問題がある。　一方、
回折格子２２のないファブリ・ベロー型半導体レーザは
光子と電子の相互作用が複数のモードで行われるため、
光出力特性における線形性ははるかに優れており、アナ
ログ変調に適している。しかし、複数のモード間で行わ
れる電子、光子の相互作用はモード分配雑音となり、相
対雑音強度（ＲＩ　Ｎ）が縦単一モード半導体レーザよ
りも約２０ｄＢ大きく、アナログ的には使えない。
（発明が解決しようとする課題） このように、従来では低雑音特性及び低歪特性を有する
縦単一モード半導体レーザは活性層と先導波路での光子
と電子の相互作用が単一波長モードに関してのみ行われ
るため、内部の電界分布は回折格子のピッチ、活性層、
光導波路の寸法、精度に強く影響される。よって、最適
条件からは数波長発振などが発生しない高信頼性で低雑
音特性及び低歪特性を有する分布帰還型半導体レーザを
提供することにある。
［発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明の分布帰還型半導体レーザは、半導体基板上に
少なくとも活性層と、前記活性層よりもバンドギャップ
が大きくかつ一方面に回折格子が形成された光ガイド層
とを備え、前記回折格子は所定長領域異なったピッチを
有して先導波方向に複数形成されていることを特徴とし
ている。
（作用） この発明では、異なったピッチの回折格子を配置するこ
とにより発振波長モード数を制御し、モード分配雑音を
低減し、非線形出力を改善する。
（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明する
。
第１図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザの構成を示す断面図である。ＩｎＰを導入したＮ型
半導体基板ｌ上に、所定長ずつ異なったピッチを有する
回折格子２が形成されている。この回折格子２のピッチ
は次式に示されるような値を中心として一定のずれ量を
持たせている。
Ａ−λ／　２　ｎ　　、　　　・・・　（１）ただし、 Δ：格子ピッチ λ：発振波長 ｎ、二元導波路の実行屈折率 従って、例えば半導体レーザにおける１、３μｍ帯の発
振波長の場合、ｎ、−３，７を用いれば、上記（１）式
により、Ａｏ＝１７７０人が所定のピッチ長となる。他
にＡ＋−１７７１，６人のピッチを有する回折格子を上
記へ〇のピッチの回折格子と交互に５０μｍずつ配置す
る。
上記具なったピッチを有する回折格子２上にＩｎＧａＡ
ｓＰ導入の光導波路層（光ガイド層）３、活性層４、Ｉ
ｎＰ導入Ｐ型のクラッド層５、ＩｎＧａＡｓＰ導入Ｐ“
型のコンタクト層６が順次積層されている。基板下及び
コンタクト層Ｇ上にはそれぞれ電極７，８が形成されて
いる。
第２図は第１図の構成の光出力側付近の断面図である。
単一横モードを得るために活性層４と先導波路の幅Ｗは
１μｍ程度になっている。これらの活性層、光導波路の
両側はＩｎＰのＮ−Ｐ型逆接合ブロッキング層９で光学
的にも電気的にも閉じ込められている。
このように構成された分布帰還型半導体レーザは、発振
波長１３１０ｎｍと１３１１ｎｍを有し、それぞれ２つ
の発振モードのサイドモード抑圧比は３５ｄＢ以上ある
。光子と電子の相互作用はこれらの２モードに分配され
るため、回折格子ピッチ、活性層寸法、光導波路寸法の
最適条件からのずれたとしても非線形出力特性は大幅に
改善される。これにより、製品歩留まりの向上が達成さ
れる。
また、例えば、抑圧比が３０ｄＢであっても２つの発振
モードの波長間隔がｌｎｍなので長距離伝送時の分散に
ほとんど影響されない。
なお、上記実施例において、１．３μｍ帯の回折格子ピ
ッチを用いたが、１．５５μｍ帯でも同様の効果が得ら
れる。その場合、必要に応じて活性層４上にバッファ層
を形成してもよい。
また、回折格子２は活性層４上に形成してもよい。さら
に回折格子２のピッチは５０μｍで変更するように構成
したが、これに限らず、均等な割合で回折格子２のピッ
チか変化すればよく、不等間隔、任意の順列でもかまわ
ない。
次に、この発明の他の実施例を上記第１図を参照して説
明する。
アナログ多チヤンネル映像伝送においては、低雑音多モ
ード半導体レーザが、戻り光耐量の点からも理想的であ
る。従って、次式で表されるファブリ・ペローモードの
波長間隔Δλ、と同じ発振波長をもたらす回折格子ピッ
チを複数形成すればよい。ファブリ・ベローモードの波
長間隔Δλヨは次式で表される。
Δ　λ１−λ２　／２ｎ、　　Ｌ　　　−＝　　（２）
ただし、 Δλ、、二波長間隔 ｎ、：光導波路の実行屈折率 λ：発振波長 Ｌ：共振器長 この場合の回折格子ピッチＡ１ そして、 は、 式を代入して、 （ｍは整数） で表される。中心波長Ａ。とじてこれを軸にｍ　−１の
条件で３種類の回折格子ピッチを形成する。
各々の配置はΔ。を中央にして左右に交互にΔ１を分配
する。λ−１３１０ｎｍとすれば、Ａ、−１７７０人、
Δ、−１７７１．３人。
１７６９．２人が回折格子２のピッチとなる。
このような構成による分布帰還型半導体レーザは発振波
長が３モードであるので、３〜４本の主発振モードを持
つファブリ・ペローモードと合致する。これにより、端
面反射により位相変化の影響を受けない。また、光子と
電子の相互作用か３モードに分配されて行われるため、
キンク等の非線形出力特性がほとんど見られなくなる。
また、モード分配も回折格子で利得が特定されているた
めほとんどなく、ファブリ・ベロー特有の大きな相対雑
音強度が改善されている。
なお、この実施例ではλ−１３１０ｎｍとしたが、１５
５０ｎｍや他の波長でもよい。また、波長モードは３種
類としたが２零以上°であればこの発明の効果は期待で
きる。さらに共振器端面の反射率は任意に設定しても良
い。
［発明の効果コ 以上説明したようにこの発明によれば、異なるピッチの
回折格子を複数配置したので、マルチモードでありなが
ら、縦単一モードの特性を持つ発振モードが得られるの
で、非線形特性のない、低雑音特性を有する分布帰還型
半導体レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザの構成を示す断面図、 第２図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザの光出力側の一部の断面図、第３図は従来の分布帰
還型半導体レーザの構成を示す断面図 である。 ■・・・Ｎ型半導体基板、２・・・回折格子、３・・・
光導波路層、４・・・活性層、５・・・クラッド層、６
・・・コンタクト層、７，８・・・電極、９・・・逆接
合プロ・ソキング層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体基板上に少なくとも活性層と、前記活性層
    よりもバンドギャップが大きくかつ一方面に回折格子が
    形成された光ガイド層とを備え、 前記回折格子は所定長領域異なったピッチを有して光導
    波方向に複数形成されていることを特徴とする分布帰還
    型半導体レーザ。
  2. （２）半導体基板上に少なくとも活性層と、前記活性層
    よりもバンドギャップが大きくかつ一方面に回折格子が
    形成された光ガイド層とを備え、 前記回折格子ピッチは Λ＿ｍ＝λ（２ｎ＿ｒＬ±ｍλ）／４ｎ＿ｒ＾２Ｌただ
    し、 Λ＿ｍ：格子ピッチ ｎ＿ｒ：光導波路の実行屈折率 Ｌ：共振器長 ｍ：正の整数 λ：発振波長 で与えられる所定長の領域を有して光導波方向に複数形
    成されていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ
    。
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