JPH04280490A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH04280490A JPH04280490A JP4310791A JP4310791A JPH04280490A JP H04280490 A JPH04280490 A JP H04280490A JP 4310791 A JP4310791 A JP 4310791A JP 4310791 A JP4310791 A JP 4310791A JP H04280490 A JPH04280490 A JP H04280490A
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Landscapes
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信等で用いられる超
高速変調可能な半導体レーザ装置に関する。
高速変調可能な半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、大容量光通信に対する需要が高ま
っている。このため光源となる半導体レーザに対しても
数十Ｇｂ／ｓ以上の変調速度が要求されるようになって
いる。半導体レーザの応答速度を上げる方法として、従
来高い微分利得をもつ量子井戸構造や歪量子井戸構造を
活性層に用いることが提案され、実際、魚見らによって
アプライドフィジュックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌第５１巻４８
頁（１９８７年）にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構
造を用いた半導体レーザにおいて３０ＧＨｚ以上の緩和
振動周波数が報告されている。また、キャリア寿命の影
響を受けないため本質的に高速な電界吸収型の変調器を
半導体レーザと集積化した光源の５Ｇｂ／ｓの高速動作
も浅野らによって第５１回応用物理学会学術講演会２６
ｐ−Ｒ−２（１９９０年）において報告されている。
っている。このため光源となる半導体レーザに対しても
数十Ｇｂ／ｓ以上の変調速度が要求されるようになって
いる。半導体レーザの応答速度を上げる方法として、従
来高い微分利得をもつ量子井戸構造や歪量子井戸構造を
活性層に用いることが提案され、実際、魚見らによって
アプライドフィジュックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌第５１巻４８
頁（１９８７年）にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構
造を用いた半導体レーザにおいて３０ＧＨｚ以上の緩和
振動周波数が報告されている。また、キャリア寿命の影
響を受けないため本質的に高速な電界吸収型の変調器を
半導体レーザと集積化した光源の５Ｇｂ／ｓの高速動作
も浅野らによって第５１回応用物理学会学術講演会２６
ｐ−Ｒ−２（１９９０年）において報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザの
変調は注入されるキャリアのレートを変化させることに
よって行なっている。この方法では注入されたキャリア
が誘導放出を起こす最低レベルに緩和するのに数ｐｓの
時間が必要である。緩和時間が７ｐｓだとすると周波数
にして約２３ＧＨｚに相当し、数十Ｇｂ／ｓ以上の変調
速度を得ようとするとき大きな障害となる。
変調は注入されるキャリアのレートを変化させることに
よって行なっている。この方法では注入されたキャリア
が誘導放出を起こす最低レベルに緩和するのに数ｐｓの
時間が必要である。緩和時間が７ｐｓだとすると周波数
にして約２３ＧＨｚに相当し、数十Ｇｂ／ｓ以上の変調
速度を得ようとするとき大きな障害となる。
【０００４】一方外部変調器集積型の光源は上のような
キャリア注入にともなう時定数はないが、十分なオン／
オフ比を得るのに必要な電圧が比較的高いため高い変調
周波数ではドライブに用いる電子デバイスの制約から十
分なドライブ電圧が得られない恐れがある。
キャリア注入にともなう時定数はないが、十分なオン／
オフ比を得るのに必要な電圧が比較的高いため高い変調
周波数ではドライブに用いる電子デバイスの制約から十
分なドライブ電圧が得られない恐れがある。
【０００５】本発明はキャリア緩和時間の影響を受けず
しかも小さなドライブ電圧で数十Ｇｂ／ｓ以上の高速で
変調可能な半導体レーザ装置を提供することである。
しかも小さなドライブ電圧で数十Ｇｂ／ｓ以上の高速で
変調可能な半導体レーザ装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の第１の半導体レーザ装置は、バンドギャッ
プが発振光のエネルギーよりも２０〜１００ｍｅＶ高エ
ネルギーな半導体層を導波層とし、導波層の上部または
下部に回折格子を有する導波領域を一方の反射鏡とし、
前記導波領域が活性領域から電気的に分離され導波層に
電界を印加する手段を備え、導波層に印加する電界によ
って発振光の強度を変調することを特徴とする。
め、本発明の第１の半導体レーザ装置は、バンドギャッ
プが発振光のエネルギーよりも２０〜１００ｍｅＶ高エ
ネルギーな半導体層を導波層とし、導波層の上部または
下部に回折格子を有する導波領域を一方の反射鏡とし、
前記導波領域が活性領域から電気的に分離され導波層に
電界を印加する手段を備え、導波層に印加する電界によ
って発振光の強度を変調することを特徴とする。
【０００７】本発明の第２の半導体レーザ装置は、バン
ドギャップが発振光のエネルギーよりも１００ｍｅＶ以
上高エネルギーな半導体層を導波層とし、導波層の上部
または下部に回折格子を有する導波領域を両方の反射鏡
とし、前記導波領域が活性領域から電気的に分離され少
なくとも一方の導波領域の導波層に電界を印加する手段
を備え、導波層に印加する電界によって発振光の強度を
変調することを特徴とする。
ドギャップが発振光のエネルギーよりも１００ｍｅＶ以
上高エネルギーな半導体層を導波層とし、導波層の上部
または下部に回折格子を有する導波領域を両方の反射鏡
とし、前記導波領域が活性領域から電気的に分離され少
なくとも一方の導波領域の導波層に電界を印加する手段
を備え、導波層に印加する電界によって発振光の強度を
変調することを特徴とする。
【０００８】本発明の第３の半導体レーザ装置は、活性
層の下部に位相が中央部でλ／４ずれた回折格子を有し
、バンドギャップが発振光のエネルギーよりも２０〜１
００ｍｅＶ高エネルギーの半導体層からなり回折格子の
位相のずれた領域で活性層と光学的に結合した導波層と
導波層に電界を印加する手段を備え、導波層に印加する
電界によって発振光の強度を変調することを特徴とする
。
層の下部に位相が中央部でλ／４ずれた回折格子を有し
、バンドギャップが発振光のエネルギーよりも２０〜１
００ｍｅＶ高エネルギーの半導体層からなり回折格子の
位相のずれた領域で活性層と光学的に結合した導波層と
導波層に電界を印加する手段を備え、導波層に印加する
電界によって発振光の強度を変調することを特徴とする
。
【０００９】本発明の第４の半導体レーザ装置は、活性
層の下部に位相が中央部でλ／４ずれた回折格子を有し
、バンドギャップが発振光のエネルギーよりも１００ｍ
ｅＶ以上高エネルギーの半導体層からなり回折格子の位
相のずれた領域で活性層と光学的に結合した導波層と導
波層に電界を印加する手段を備え、導波層に印加する電
界によって発振光の強度を変調することを特徴とする。
層の下部に位相が中央部でλ／４ずれた回折格子を有し
、バンドギャップが発振光のエネルギーよりも１００ｍ
ｅＶ以上高エネルギーの半導体層からなり回折格子の位
相のずれた領域で活性層と光学的に結合した導波層と導
波層に電界を印加する手段を備え、導波層に印加する電
界によって発振光の強度を変調することを特徴とする。
【００１０】
【作用】キャリア緩和を考慮した半導体レーザのレート
方程式は光閉じ込む層のキャリア密度をｎＢ 量子井戸
層のキャリア密度をｎＷ 光子密度をＳとすると、
ｄｎＢ ／ｄｔ＝−ｎＢ ／τＢ −ｎＢ ／τＢＷ＋
Λ …（１） ｄｎＷ ／ｄ
ｔ＝−ｎＷ ／τＷ −ｇ（ｎＷ ）Ｓ＋ｎＢ ／τＢ
Ｗ …（２） ｄｓ／ｄｔ＝−Ｓ／τＰ ＋Γｇ（
ｎＷ ）Ｓ …（３）
と書ける。ここでτＢ とτＷ はそれぞれ光閉じ込め
層と量子井戸層のキャリア寿命、τＢＷは光閉じ込め層
から量子井戸層へのキャリア緩和時間である。また、Λ
とΓはポンピングレートと光閉じ込め係数である。方程
式（１）〜（３）を定常解のまわりで線形化してポンビ
ングレートの微小変化に対する光子密度の周波数応答を
求めると
方程式は光閉じ込む層のキャリア密度をｎＢ 量子井戸
層のキャリア密度をｎＷ 光子密度をＳとすると、
ｄｎＢ ／ｄｔ＝−ｎＢ ／τＢ −ｎＢ ／τＢＷ＋
Λ …（１） ｄｎＷ ／ｄ
ｔ＝−ｎＷ ／τＷ −ｇ（ｎＷ ）Ｓ＋ｎＢ ／τＢ
Ｗ …（２） ｄｓ／ｄｔ＝−Ｓ／τＰ ＋Γｇ（
ｎＷ ）Ｓ …（３）
と書ける。ここでτＢ とτＷ はそれぞれ光閉じ込め
層と量子井戸層のキャリア寿命、τＢＷは光閉じ込め層
から量子井戸層へのキャリア緩和時間である。また、Λ
とΓはポンピングレートと光閉じ込め係数である。方程
式（１）〜（３）を定常解のまわりで線形化してポンビ
ングレートの微小変化に対する光子密度の周波数応答を
求めると
【００１１】
【００１２】となる。ここで、ωｒ は緩和振動周波数
、γはダンピングファクターである。キャリア緩和の影
響が無い場合の周波数応答は式（４）の右辺の第１因子
であるが、キャリア緩和時間程度の速い応答は第２因子
の影響をうける。
、γはダンピングファクターである。キャリア緩和の影
響が無い場合の周波数応答は式（４）の右辺の第１因子
であるが、キャリア緩和時間程度の速い応答は第２因子
の影響をうける。
【００１３】本発明はポンピングレートではなく、光子
寿命を電気信号によって変調することでキャリア緩和時
間の影響を受けない速い応答を実現しようとするもので
ある。光子寿命の微小変化に対する光子密度の周波数応
答は
寿命を電気信号によって変調することでキャリア緩和時
間の影響を受けない速い応答を実現しようとするもので
ある。光子寿命の微小変化に対する光子密度の周波数応
答は
【００１４】
【００１５】となり確かにキャリア緩和時間の影響を受
けない。さらに、周波応答は周波数の２乗に反比例して
低下するが、これはポンピングレートで変調したときキ
ャリア緩和の影響がない場合でも周波数の４乗に反比例
して低下するのに比べてゆっくりしているため、周波数
特性が改善される。
けない。さらに、周波応答は周波数の２乗に反比例して
低下するが、これはポンピングレートで変調したときキ
ャリア緩和の影響がない場合でも周波数の４乗に反比例
して低下するのに比べてゆっくりしているため、周波数
特性が改善される。
【００１６】本発明の半導体レーザ装置はそれぞれ次の
ような方法で光子寿命の変調を実現している。
ような方法で光子寿命の変調を実現している。
【００１７】本発明の第１の半導体レーザ装置では共振
器を形成している反射鏡の一つに半導体導波路に設けた
回折格子によるブラッグ反射を利用している。導波層と
なっている半導体に電界を印加するとフランツーケルデ
ィシュ効果により半導体のバンドギャップが低下する。 電界を印加しない時のバンドギャップと発振光とのエネ
ルギー差を２０〜１００ｍｅＶと小さく設定しているた
め電界を印加すると半導体のバンドギャップと発振光の
エネルギーがほぼ等しくなり、発振光は導波層に吸収さ
れる。このため、ブラッグ反射鏡の反射率が低下して光
子寿命が減少する。
器を形成している反射鏡の一つに半導体導波路に設けた
回折格子によるブラッグ反射を利用している。導波層と
なっている半導体に電界を印加するとフランツーケルデ
ィシュ効果により半導体のバンドギャップが低下する。 電界を印加しない時のバンドギャップと発振光とのエネ
ルギー差を２０〜１００ｍｅＶと小さく設定しているた
め電界を印加すると半導体のバンドギャップと発振光の
エネルギーがほぼ等しくなり、発振光は導波層に吸収さ
れる。このため、ブラッグ反射鏡の反射率が低下して光
子寿命が減少する。
【００１８】本発明の第２の半導体レーザ装置では共振
器を形成している反射鏡の両方に半導体導波路に設けた
回折格子によるブラッグ反射を利用している。この時の
光子寿命は実効的な共振器長で決るファブリペロ共振波
長と反射鏡のブラッグ波長が一致する時最長となり最も
小さな閾値で発振する。導波層の半導体に電界を印加し
な時このような条件が満たされているとする。ここで、
一方の反射鏡の導波層の半導体に電界を印加する。半導
体のバンドギャップは発振光に比べて十分大きいのでこ
の場合には光の吸収は起きず、電気光学効果による屈折
率変化が重要になる。この屈折率変化によって反射鏡の
ブラッグ波長が発振光の波長からずれるため反射率が低
下し光子寿命も減少する。
器を形成している反射鏡の両方に半導体導波路に設けた
回折格子によるブラッグ反射を利用している。この時の
光子寿命は実効的な共振器長で決るファブリペロ共振波
長と反射鏡のブラッグ波長が一致する時最長となり最も
小さな閾値で発振する。導波層の半導体に電界を印加し
な時このような条件が満たされているとする。ここで、
一方の反射鏡の導波層の半導体に電界を印加する。半導
体のバンドギャップは発振光に比べて十分大きいのでこ
の場合には光の吸収は起きず、電気光学効果による屈折
率変化が重要になる。この屈折率変化によって反射鏡の
ブラッグ波長が発振光の波長からずれるため反射率が低
下し光子寿命も減少する。
【００１９】本発明の第３の半導体レーザ装置は活性層
の下部に設けられた回折格子による分布帰還型（ＤＦＢ
）レーザである。活性層と光学的に結合した導波層に電
界を印加するとフランツーケルディシュ効果により導波
層を形成する半導体のバンドギャップが低下する。電界
を印加しない時のバンドギャップと発振光とのエネルギ
ー差を２０〜１００ｍｅＶと小さく設定しているため電
界を印加すると半導体のバンドギャップと発振光のエネ
ルギーがほぼ等しくなり、発振光は導波層に吸収される
。このため、共振器損失が増大して光子寿命が小さくな
る。導波層は発振光の電界が最大となる回折格子の位相
が変化している部分におかれているため高い変調効率が
得られる。
の下部に設けられた回折格子による分布帰還型（ＤＦＢ
）レーザである。活性層と光学的に結合した導波層に電
界を印加するとフランツーケルディシュ効果により導波
層を形成する半導体のバンドギャップが低下する。電界
を印加しない時のバンドギャップと発振光とのエネルギ
ー差を２０〜１００ｍｅＶと小さく設定しているため電
界を印加すると半導体のバンドギャップと発振光のエネ
ルギーがほぼ等しくなり、発振光は導波層に吸収される
。このため、共振器損失が増大して光子寿命が小さくな
る。導波層は発振光の電界が最大となる回折格子の位相
が変化している部分におかれているため高い変調効率が
得られる。
【００２０】本発明の第４の半導体レーザ装置は、活性
層の下部に設けられた回折格子による分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）レーザである。活性層と光学的に結合した導波層に
電界を印加する。半導体のバンドギャップは発振光に比
べて十分大きいのでこの場合には光の吸収は起きず、電
気光学効果による屈折率変化が重要いなる。この屈折率
変化によって光の位相が変化するため、共振器のＱ即ち
光子寿命が変化する。導波層は発振光の電界が最大とな
る回折格子の位相が変化している部分におかれているた
め高い変調効率が得られる。
層の下部に設けられた回折格子による分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）レーザである。活性層と光学的に結合した導波層に
電界を印加する。半導体のバンドギャップは発振光に比
べて十分大きいのでこの場合には光の吸収は起きず、電
気光学効果による屈折率変化が重要いなる。この屈折率
変化によって光の位相が変化するため、共振器のＱ即ち
光子寿命が変化する。導波層は発振光の電界が最大とな
る回折格子の位相が変化している部分におかれているた
め高い変調効率が得られる。
【００２１】本発明の半導体レーザ装置はレーザ共振器
内の吸収変化あるいは屈折率変化を用いているため、外
部変調器を用いる時よりも小さな変化で大きく発振光出
力を変調できる。つまり、ドライブ電圧を小さくするこ
とが出来る。また、本発明においては半導体のフランツ
ーケルディシュ効果や電気光学効果を利用しているため
、キャリア寿命に制限されない高速な変調が実現できる
。
内の吸収変化あるいは屈折率変化を用いているため、外
部変調器を用いる時よりも小さな変化で大きく発振光出
力を変調できる。つまり、ドライブ電圧を小さくするこ
とが出来る。また、本発明においては半導体のフランツ
ーケルディシュ効果や電気光学効果を利用しているため
、キャリア寿命に制限されない高速な変調が実現できる
。
【００２２】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す構造図で
ある。ｎ型ＩｎＰの基板１１上に厚さ１００ｎｍのｎ型
ＩｎＰのバッファ層１２、厚さ１．５μｍのｎ型ＩｎＰ
のｎ−クラッド層１３を順次積層する。干渉露光法によ
りｎ−クラッド層１３の上の長さ５０μｍの領域に回折
格子を形成し、厚さ２００ｎｍのノンドープでバンドギ
ャップ波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる下ガイ
ド層１４、厚さ１０ｎｍのノンドープでバンドギャップ
波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰとノンドープで厚さ７
ｎｍのＩｎＧａＡｓを交互に５層積層した多重量子井戸
構造からなる活性層１５を積層する。回折格子を形成し
た部分の活性層を除去し、ノンドープでバンドギャップ
波長１．４８μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる導波層１６
を埋め込み、更に全面に厚さ２００ｎｍのノンドープで
バンドギャップ波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからな
る上ガイド層１７、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰのｐ−
クラッド層１８、厚さ１μｍのｐ＋ 型ＩｎＧａＡｓか
らなるコンタクト層１９を順次積層する。共振器軸方向
に幅２μｍのレーザストライプを残して半導体層を除去
し、ストライプの両脇をポリイミドで充填する。回折格
子が形成されている部分との境界を幅１０μｍにわたり
コンタクト層１９とｐ−クラッド層１８を除去する。さ
らに変調用電極２０と注入用電極２２とをそれぞれ回折
格子を形成した部分としていない部分に形成する。基板
１１を厚さ１００μｍ迄研磨した後ｎ−側電極２４を形
成する。変調用電極２０、注入用電極２２とｎ−側電極
２４はそれぞれ変調端子２１、注入端子２３、接地端子
２５に接続される。
ある。ｎ型ＩｎＰの基板１１上に厚さ１００ｎｍのｎ型
ＩｎＰのバッファ層１２、厚さ１．５μｍのｎ型ＩｎＰ
のｎ−クラッド層１３を順次積層する。干渉露光法によ
りｎ−クラッド層１３の上の長さ５０μｍの領域に回折
格子を形成し、厚さ２００ｎｍのノンドープでバンドギ
ャップ波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる下ガイ
ド層１４、厚さ１０ｎｍのノンドープでバンドギャップ
波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰとノンドープで厚さ７
ｎｍのＩｎＧａＡｓを交互に５層積層した多重量子井戸
構造からなる活性層１５を積層する。回折格子を形成し
た部分の活性層を除去し、ノンドープでバンドギャップ
波長１．４８μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる導波層１６
を埋め込み、更に全面に厚さ２００ｎｍのノンドープで
バンドギャップ波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからな
る上ガイド層１７、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰのｐ−
クラッド層１８、厚さ１μｍのｐ＋ 型ＩｎＧａＡｓか
らなるコンタクト層１９を順次積層する。共振器軸方向
に幅２μｍのレーザストライプを残して半導体層を除去
し、ストライプの両脇をポリイミドで充填する。回折格
子が形成されている部分との境界を幅１０μｍにわたり
コンタクト層１９とｐ−クラッド層１８を除去する。さ
らに変調用電極２０と注入用電極２２とをそれぞれ回折
格子を形成した部分としていない部分に形成する。基板
１１を厚さ１００μｍ迄研磨した後ｎ−側電極２４を形
成する。変調用電極２０、注入用電極２２とｎ−側電極
２４はそれぞれ変調端子２１、注入端子２３、接地端子
２５に接続される。
【００２３】注入端子２３は直流電源に接続され、順方
向電流が注入される。変調端子２１にはバイアス回路を
通して−０．５Ｖと直流電圧が印加しれ、同時に振幅０
．５Ｖｐ−ｐの変調信号が印加される。バイアス電圧の
ため導波層１６のＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップはフ
ランツ−ケルディシュ効果により減少し吸収が生じる。 変調信号により導波層１６における吸収損失は２０％変
化する。この変化はレーザを発振停止状態から発振状態
へ遷移させるのに十分な値である。本実施例の半導体レ
ーザ装置の周波数応答は素子のＣＲ時定数で決り、４０
ＧＨｚ以上の応答が実現される。
向電流が注入される。変調端子２１にはバイアス回路を
通して−０．５Ｖと直流電圧が印加しれ、同時に振幅０
．５Ｖｐ−ｐの変調信号が印加される。バイアス電圧の
ため導波層１６のＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップはフ
ランツ−ケルディシュ効果により減少し吸収が生じる。 変調信号により導波層１６における吸収損失は２０％変
化する。この変化はレーザを発振停止状態から発振状態
へ遷移させるのに十分な値である。本実施例の半導体レ
ーザ装置の周波数応答は素子のＣＲ時定数で決り、４０
ＧＨｚ以上の応答が実現される。
【００２４】図２は本発明の第２の実施例を示す構造図
である。ｎ型ＩｎＰの基板１１上に厚さ１００ｎｍのｎ
型ＩｎＰのバッファ層１２、厚さ１．５μｍのｎ型Ｉｎ
Ｐのｎ−クラッド層１３を順次積層する。干渉露光法に
よりｎ−クラッド層１３の上の長さ５０μｍの領域に間
隙１００μｍをおいて回折格子を形成し、厚さ２００ｎ
ｍのノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰからなる下ガイド層１４、厚さ１０ｎｍのノ
ンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩｎＧａＡ
ｓＰとノンドープで厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓを交互に
５層積層した多重量子井戸構造からなる活性層１５を積
層する。回折格子を形成した部分の活性層を除去しノン
ドープでバンドギャップ波長１．４μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐからなる導波層１６を埋め込み、更に全面に厚さ１０
０ｎｍのノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍの
ＩｎＧａＡｓＰからなる上ガイド層１７、厚さ１．５μ
ｍのｐ型ＩｎＰのｐ−クラッド層１８、厚さ１μｍのｐ
＋ 型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１９を順次積
層する。共振器軸方向に幅２μｍのレーザストライプを
残して半導体層を除去し、ストライプの両脇をポリイミ
ドで充填する。回折格子が形成されている部分との境界
を幅１０μｍにわたりコンタクト層１９とｐ−クラッド
層１８を除去する。さらに変調用電極２０と制御用電極
２０１をそれぞれ回折格子を形成した部分に形成し、注
入用電極２２を回折格子を形成していない部分に形成す
る。基板１１を厚さ１００μｍ迄研磨した後ｎ−側電極
２４を形成する。変調用電極２０、注入用電極２２、制
御用電極２０１とｎ−側電極２４はそれぞれ変調端子２
１、注入端子２３、制御端子２０２および接地端子２５
に接続される。
である。ｎ型ＩｎＰの基板１１上に厚さ１００ｎｍのｎ
型ＩｎＰのバッファ層１２、厚さ１．５μｍのｎ型Ｉｎ
Ｐのｎ−クラッド層１３を順次積層する。干渉露光法に
よりｎ−クラッド層１３の上の長さ５０μｍの領域に間
隙１００μｍをおいて回折格子を形成し、厚さ２００ｎ
ｍのノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰからなる下ガイド層１４、厚さ１０ｎｍのノ
ンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩｎＧａＡ
ｓＰとノンドープで厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓを交互に
５層積層した多重量子井戸構造からなる活性層１５を積
層する。回折格子を形成した部分の活性層を除去しノン
ドープでバンドギャップ波長１．４μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐからなる導波層１６を埋め込み、更に全面に厚さ１０
０ｎｍのノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍの
ＩｎＧａＡｓＰからなる上ガイド層１７、厚さ１．５μ
ｍのｐ型ＩｎＰのｐ−クラッド層１８、厚さ１μｍのｐ
＋ 型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１９を順次積
層する。共振器軸方向に幅２μｍのレーザストライプを
残して半導体層を除去し、ストライプの両脇をポリイミ
ドで充填する。回折格子が形成されている部分との境界
を幅１０μｍにわたりコンタクト層１９とｐ−クラッド
層１８を除去する。さらに変調用電極２０と制御用電極
２０１をそれぞれ回折格子を形成した部分に形成し、注
入用電極２２を回折格子を形成していない部分に形成す
る。基板１１を厚さ１００μｍ迄研磨した後ｎ−側電極
２４を形成する。変調用電極２０、注入用電極２２、制
御用電極２０１とｎ−側電極２４はそれぞれ変調端子２
１、注入端子２３、制御端子２０２および接地端子２５
に接続される。
【００２５】注入端子２３は直流電源に接続され、順方
向電流が注入される。変調端子２１にはバイアス回路を
通して−０．５Ｖの直流電圧が印加される。制御端子２
０２は直流電源に接続され電流注入によって発振波長を
調節する。変調端子２１には同時に振幅０．５Ｖｐ−ｐ
の変調信号が印加される。導波層１６のＩｎＧａＡｓＰ
の屈折率は電気光学効果により変化し、導波層での位相
は０．０１λ変化する。この変化はレーザを発振停止状
態から発振状態へ遷移させるのに十分な値である。本実
施例の半導体レーザ装置の周波数応答は素子のＣＲ時定
数で決り、４０ＧＨｚ以上の応答が実現される。
向電流が注入される。変調端子２１にはバイアス回路を
通して−０．５Ｖの直流電圧が印加される。制御端子２
０２は直流電源に接続され電流注入によって発振波長を
調節する。変調端子２１には同時に振幅０．５Ｖｐ−ｐ
の変調信号が印加される。導波層１６のＩｎＧａＡｓＰ
の屈折率は電気光学効果により変化し、導波層での位相
は０．０１λ変化する。この変化はレーザを発振停止状
態から発振状態へ遷移させるのに十分な値である。本実
施例の半導体レーザ装置の周波数応答は素子のＣＲ時定
数で決り、４０ＧＨｚ以上の応答が実現される。
【００２６】図３は本発明の第３の実施例を示す構造図
である。ｎ型ＩｎＰの基板１１上に厚さ１００ｎｍのｎ
型ＩｎＰのバッファ層１２、厚さ１．５μｍのｎ型Ｉｎ
Ｐのｎ−クラッド層１３を順次積層する。二重干渉露光
法によりｎ−クラッド層１３の上に３００μｍの周期で
位相が１／４波長ずれた回折格子を形成し、厚さ２００
ｎｍのノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰからなる下ガイド層１４、厚さ１０ｎｍの
ノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰとノンドープで厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓを交互
に５層積層した多重量子井戸構造からなる活性層１５を
積層する。回折格子の位相がずれた部分の活性層を幅５
０μｍ除去しノンドープでバンドギャップ波長１．４８
μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる導波層１６を埋め込み、
更に全面に厚さ２００ｎｍのノンドープでバンドギャッ
プ波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる上ガイド層
１７、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰのｐ−クラッド層１
８、厚さ１μｍのｐ＋ 型ＩｎＧａＡｓからなるコンタ
クト層１９を順次積層する。共振器軸方向に幅２μｍの
レーザストライプを残して半導体層を除去し、ストライ
プの両脇をポリイミドで充填する。導波層が形成されて
いる部分との境界を幅１０μｍにわたりコンタクト層１
９とｐ−クラッド層１８を除去する。さらに変調用電極
２０と注入用電極２２とをそれぞれ回折格子を形成した
部分としていない部分に形成する。基板１１を厚さ１０
０μｍ迄研磨した後ｎ−側電極２４を形成する。更に回
折格子の位相がずれた部分がほぼ中央に来るようにへき
開した端面にＳｉＯを蒸着し端面での反射を抑える。変
調用電極２０、注入用電極２２とｎ−側電極２４はそれ
ぞれ変調端子２１、注入端子２３、接地端子２５に接続
される。
である。ｎ型ＩｎＰの基板１１上に厚さ１００ｎｍのｎ
型ＩｎＰのバッファ層１２、厚さ１．５μｍのｎ型Ｉｎ
Ｐのｎ−クラッド層１３を順次積層する。二重干渉露光
法によりｎ−クラッド層１３の上に３００μｍの周期で
位相が１／４波長ずれた回折格子を形成し、厚さ２００
ｎｍのノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰからなる下ガイド層１４、厚さ１０ｎｍの
ノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰとノンドープで厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓを交互
に５層積層した多重量子井戸構造からなる活性層１５を
積層する。回折格子の位相がずれた部分の活性層を幅５
０μｍ除去しノンドープでバンドギャップ波長１．４８
μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる導波層１６を埋め込み、
更に全面に厚さ２００ｎｍのノンドープでバンドギャッ
プ波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる上ガイド層
１７、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰのｐ−クラッド層１
８、厚さ１μｍのｐ＋ 型ＩｎＧａＡｓからなるコンタ
クト層１９を順次積層する。共振器軸方向に幅２μｍの
レーザストライプを残して半導体層を除去し、ストライ
プの両脇をポリイミドで充填する。導波層が形成されて
いる部分との境界を幅１０μｍにわたりコンタクト層１
９とｐ−クラッド層１８を除去する。さらに変調用電極
２０と注入用電極２２とをそれぞれ回折格子を形成した
部分としていない部分に形成する。基板１１を厚さ１０
０μｍ迄研磨した後ｎ−側電極２４を形成する。更に回
折格子の位相がずれた部分がほぼ中央に来るようにへき
開した端面にＳｉＯを蒸着し端面での反射を抑える。変
調用電極２０、注入用電極２２とｎ−側電極２４はそれ
ぞれ変調端子２１、注入端子２３、接地端子２５に接続
される。
【００２７】注入端子２３は直流電源に接続され、順方
向電流が注入される。変調端子２１にはバイアス回路を
通して−０．５Ｖの直流電圧が印加され、同時に振幅０
．５Ｖｐ−ｐの変調信号が印加される。バイアス電圧の
ため導波層１６のＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップはフ
ランツ−ケルディシュ効果により減少し吸収が生じる。 変調信号により導波層１６における吸収損失は２０％変
化する。この変化はレーザを発振停止状態から発振状態
へ遷移させるのに十分な値である。本実施例の半導体レ
ーザ装置の周波数応答は素子のＣＲ時定数で決り、４０
ＧＨｚ以上の応答が実現たれる。
向電流が注入される。変調端子２１にはバイアス回路を
通して−０．５Ｖの直流電圧が印加され、同時に振幅０
．５Ｖｐ−ｐの変調信号が印加される。バイアス電圧の
ため導波層１６のＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップはフ
ランツ−ケルディシュ効果により減少し吸収が生じる。 変調信号により導波層１６における吸収損失は２０％変
化する。この変化はレーザを発振停止状態から発振状態
へ遷移させるのに十分な値である。本実施例の半導体レ
ーザ装置の周波数応答は素子のＣＲ時定数で決り、４０
ＧＨｚ以上の応答が実現たれる。
【００２８】図４は本発明の第４の実施例を示す構造図
である。ｎ型ＩｎＰの基板１１上に厚さ１００ｎｍのｎ
型ＩｎＰのバッファ層１２、厚さ１．５μｍのｎ型Ｉｎ
Ｐのｎ−クラッド層１３を順次積層する。二重干渉露光
法によりｎ−クラッド層１３の上に３００μｍの周期で
位相が１／４波長ずれた回折格子を形成し、厚さ２００
ｎｍのノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰからなる下ガイド層１４、厚さ１０ｎｍの
ノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰとノンドープで厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓを交互
に５層積層した多重量子井戸構造からなる活性層１５を
積層する。回折格子の位相がずれた部分の活性層を幅５
０μｍ除去しノンドープでバンドギャップ波長１．４μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰからなる導波層１６を埋め込み、更
に全面に厚さ２００ｎｍのノンドープでバンドギャップ
波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる上ガイド層１
７、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰのｐ−クラッド層１８
、厚さ１μｍのｐ＋ 型ＩｎＧａＡｓからなるコンタク
ト層１９を順次積層する。共振器軸方向に幅２μｍのレ
ーザストライプを残して半導体層を除去し、ストライプ
の両脇をポリイミドで充填する。導波層が形成されてい
る部分との境界を幅１０μｍにわたりコンタクト層１９
とｐ−クラッド層１８を除去する。さらに変調用電極２
０と注入用電極２２とをそれぞれ回折格子を形成した部
分としていない部分に形成する。基板１１を厚さ１００
μｍ迄研磨した後ｎ−側電極２４を形成する。更に回折
格子の位相がずれた部分がほぼ中央に来るようにへき開
した端面にＳｉＯを蒸着し端面での反射を抑える。変調
用電極２０、注入用電極２２とｎ−側電極２４はそれぞ
れ変調端子２１、注入端子２３、接地端子２５に接続さ
れる。
である。ｎ型ＩｎＰの基板１１上に厚さ１００ｎｍのｎ
型ＩｎＰのバッファ層１２、厚さ１．５μｍのｎ型Ｉｎ
Ｐのｎ−クラッド層１３を順次積層する。二重干渉露光
法によりｎ−クラッド層１３の上に３００μｍの周期で
位相が１／４波長ずれた回折格子を形成し、厚さ２００
ｎｍのノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰからなる下ガイド層１４、厚さ１０ｎｍの
ノンドープでバンドギャップ波長１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰとノンドープで厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓを交互
に５層積層した多重量子井戸構造からなる活性層１５を
積層する。回折格子の位相がずれた部分の活性層を幅５
０μｍ除去しノンドープでバンドギャップ波長１．４μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰからなる導波層１６を埋め込み、更
に全面に厚さ２００ｎｍのノンドープでバンドギャップ
波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる上ガイド層１
７、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰのｐ−クラッド層１８
、厚さ１μｍのｐ＋ 型ＩｎＧａＡｓからなるコンタク
ト層１９を順次積層する。共振器軸方向に幅２μｍのレ
ーザストライプを残して半導体層を除去し、ストライプ
の両脇をポリイミドで充填する。導波層が形成されてい
る部分との境界を幅１０μｍにわたりコンタクト層１９
とｐ−クラッド層１８を除去する。さらに変調用電極２
０と注入用電極２２とをそれぞれ回折格子を形成した部
分としていない部分に形成する。基板１１を厚さ１００
μｍ迄研磨した後ｎ−側電極２４を形成する。更に回折
格子の位相がずれた部分がほぼ中央に来るようにへき開
した端面にＳｉＯを蒸着し端面での反射を抑える。変調
用電極２０、注入用電極２２とｎ−側電極２４はそれぞ
れ変調端子２１、注入端子２３、接地端子２５に接続さ
れる。
【００２９】注入端子２３は直流電源に接続され、順方
向電流が注入される。変調端子２１にはバイアス回路を
通して−０．５Ｖの直流電圧が印加される。変調端子２
１には同時に振幅０．５Ｖｐ−ｐの変調端子が印加され
る。導波層１６のＩｎＧａＡｓＰの屈折率は電気光学効
果により変化し、導波層での位相は０．０１λ変化する
。この変化はレーザを発振停止状態から発振状態へ遷移
させるのに十分な値である。本実施例の半導体レーザ装
置の周波数応答は素子のＣＲ時定数で決り、４０ＧＨｚ
以上の応答が実現される。
向電流が注入される。変調端子２１にはバイアス回路を
通して−０．５Ｖの直流電圧が印加される。変調端子２
１には同時に振幅０．５Ｖｐ−ｐの変調端子が印加され
る。導波層１６のＩｎＧａＡｓＰの屈折率は電気光学効
果により変化し、導波層での位相は０．０１λ変化する
。この変化はレーザを発振停止状態から発振状態へ遷移
させるのに十分な値である。本実施例の半導体レーザ装
置の周波数応答は素子のＣＲ時定数で決り、４０ＧＨｚ
以上の応答が実現される。
【００３０】
【発明の効果】以上、詳述したように本発明の効果を要
約すると、キャリア緩和時間の影響を受けずしかも小さ
なドライブ電圧で数十Ｇｂ／ｓ以上の高速で変調可能な
半導体レーザ装置が得られることである。
約すると、キャリア緩和時間の影響を受けずしかも小さ
なドライブ電圧で数十Ｇｂ／ｓ以上の高速で変調可能な
半導体レーザ装置が得られることである。
【図１】本発明の一実施例を示す構造図。
【図２】第２の実施例を示す構造図。
【図３】第３の実施例を示す構造図。
【図４】第４の実施例を示す構造図。
１１ 基板
１２ バッファ層
１３ ｎ−クラッド層
１４ 下ガイド層
１５ 活性層
１６ 導波層
１７ 上ガイド層
１８ ｐ−クラッド層
１９ コンタクト層
２０ 変調用電極
２１ 変調端子
２２ 注入用電極
２３ 注入端子
２４ ｎ−側電極
２５ 接地端子
２０１ 制御用電極
２０２ 制御端子
Claims (4)
- 【請求項１】 バンドギャップが発振光のエネルギー
よりも２０〜１００ｍｅＶ高エネルギーの半導体層を導
波層とし、活性層の一端に前記導波層を接続し、前記活
性層及び導波層の上下にガイド層を備え、前記導波層の
上部または下部に回折格子を備え、前記活性層に電流を
注入する手段から電気的に分離されて前記導波層に電界
を印する手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ装
置。 - 【請求項２】 バンドギャップが発振光のエネルギー
よりも１００ｍｅＶ以上高エネルギーの半導体層を導波
層とし、活性層の両端に前記導波層を接続し、前記活性
層及び導波層の上下にガイド層を備え、前記導波層の上
部または下部に回折格子を備え、前記活性層に電流を注
入する手段から電気的に分離されて前記導波層に電界を
印する手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置
。 - 【請求項３】 活性層の下部に位相が中央部でλ／４
（λは発振光の波長）ずれた回折格子を有し、バンドギ
ャップが発振光のエネルギーより２０〜１００ｍｅＶ高
エネルギーの半導体層からなる導波層を回折格子の位相
のずれた領域で活性層と光学的に結合し、前記導波層に
電界を印加する手段を備えたことを特徴とする半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項４】 活性層の下部に位相が中央部でλ／４
（λは発振光の波長）ずれた回折格子を有し、バンドギ
ャップが発振光のエネルギーよりも１００ｍｅＶ以上高
エネルギーの半導体層からなる導波層を回折格子の位相
のずれた領域で活性層と光学的に結合し、前記導波層に
電界を印加する手段を備えたことを特徴とする半導体レ
ーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4310791A JP2943359B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4310791A JP2943359B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04280490A true JPH04280490A (ja) | 1992-10-06 |
| JP2943359B2 JP2943359B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=12654615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4310791A Expired - Fee Related JP2943359B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2943359B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0786686A (ja) * | 1993-09-10 | 1995-03-31 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザおよびその電流注入方法 |
| JP2007157888A (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 発振波長温度無依存半導体レーザ |
| JP2020004752A (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-09 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP4310791A patent/JP2943359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0786686A (ja) * | 1993-09-10 | 1995-03-31 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザおよびその電流注入方法 |
| JP2007157888A (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 発振波長温度無依存半導体レーザ |
| JP2020004752A (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-09 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2943359B2 (ja) | 1999-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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