JPH0476979A - αパラメータ符号を反転させた半導体素子 - Google Patents
αパラメータ符号を反転させた半導体素子Info
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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
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
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、光学利得と屈折率の関係において、一方の変
化に対しても他方をほぼ一定にすることを可能と−した
半導体光素子に関するものである。
化に対しても他方をほぼ一定にすることを可能と−した
半導体光素子に関するものである。
（従来の技術）
半導体媒質内において、注入キャリア密度、光学利得及
び屈折率の各々の変化はお互いに関係付けられている。
び屈折率の各々の変化はお互いに関係付けられている。
このため、従来の半導体レーザは、高速直接変調時のチ
ャーピングや、また電流注入を変化させて周波数変調を
行うとしても、同時に振幅も変調を受けてしまう。この
現象は、分散や雑音により中継間隔を制限し、光フアイ
バ通信における伝送特性を劣化させる。従って、このよ
うな問題を取り除き、理想的なＡＭ（振幅変ｍ）レーザ
、ＦＭ（周波数変調）レーザな実現するために、外部変
調器を用いるのが通例である。
ャーピングや、また電流注入を変化させて周波数変調を
行うとしても、同時に振幅も変調を受けてしまう。この
現象は、分散や雑音により中継間隔を制限し、光フアイ
バ通信における伝送特性を劣化させる。従って、このよ
うな問題を取り除き、理想的なＡＭ（振幅変ｍ）レーザ
、ＦＭ（周波数変調）レーザな実現するために、外部変
調器を用いるのが通例である。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、外部変調方式ては、装置構成の複雑化、
大型化のみならず、ＦＭレレーにおいては、大きな変調
指数か得られにくいという欠点があった。
大型化のみならず、ＦＭレレーにおいては、大きな変調
指数か得られにくいという欠点があった。
また、活性層に沿って回折格子を設け、該活性層にキャ
リア注入を行うことにより屈折率を変化させてブラッグ
波長を可変とする、いわゆる波長可変フィルタを実現し
ようとした場合、キャリア注入により利得も変化するた
め、ブラッグ波長における透過率や反射率が変化してし
まう。従って、挿入損を一定にするためには、別に利得
調整用の領域を必要とするという問題点かあった。
リア注入を行うことにより屈折率を変化させてブラッグ
波長を可変とする、いわゆる波長可変フィルタを実現し
ようとした場合、キャリア注入により利得も変化するた
め、ブラッグ波長における透過率や反射率が変化してし
まう。従って、挿入損を一定にするためには、別に利得
調整用の領域を必要とするという問題点かあった。
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解決するこ
とにあり、光学利得もしくは屈折率の一方を変化させて
も他方をほぼ一定に保つことが可能なαパラメータ符号
を反転させた半導体素子を提供することにある。
とにあり、光学利得もしくは屈折率の一方を変化させて
も他方をほぼ一定に保つことが可能なαパラメータ符号
を反転させた半導体素子を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明によるαパラメータ符号を反転させた半導体光素
子の特徴は、光信号を発振する活性層または該光信号を
導波する光導波路層を有する半導体光素子において、前
記活性層または前記光導波路層がキャリア密度変化に伴
う利得変化に対する屈折率変化の比であるαパラメータ
の符合が第１の領域と第２の領域とで正負反対て、かつ
該第１の領域と該第２の領域とか光学的に結合するよう
に構成されているαパラメータ符合を反転させた半導体
素子にある。以下の説明では、本発明による半導体光素
子を「αパラメータ符合反転（Ｏ８ＡＰ）素子」と呼ぶ
こととする。
子の特徴は、光信号を発振する活性層または該光信号を
導波する光導波路層を有する半導体光素子において、前
記活性層または前記光導波路層がキャリア密度変化に伴
う利得変化に対する屈折率変化の比であるαパラメータ
の符合が第１の領域と第２の領域とで正負反対て、かつ
該第１の領域と該第２の領域とか光学的に結合するよう
に構成されているαパラメータ符合を反転させた半導体
素子にある。以下の説明では、本発明による半導体光素
子を「αパラメータ符合反転（Ｏ８ＡＰ）素子」と呼ぶ
こととする。
（発明の原理）
まず本発明の０８ＡＰ素子の基本原理について説明する
。０３ＡＰ素子は、以下に述べる３つのモード、即ち、
キャリア密度変化に伴う利得変化に対する屈折率変化の
比であるαパラメータの符号か反転する第１の領域■及
び第２の領域■での屈折率変化の符号がお互いに反対の
モード（＋−もしくは−＋モード）、共に正のモード（
＋＋モード）、共に負のモード（−一モート）の各々の
モードで動作させることがてきる。なお、αパラメータ
の符号が反転する領域は、ある特定の波長に対して禁制
帯エネルギー幅を各々Ｅｇｌ、 Ｅｇ２（＞Ｅｇｌ）と
適度な値に選ばれた半導体で構成することにより、第１
の領域工及び第２の領域■を形成することができる。
。０３ＡＰ素子は、以下に述べる３つのモード、即ち、
キャリア密度変化に伴う利得変化に対する屈折率変化の
比であるαパラメータの符号か反転する第１の領域■及
び第２の領域■での屈折率変化の符号がお互いに反対の
モード（＋−もしくは−＋モード）、共に正のモード（
＋＋モード）、共に負のモード（−一モート）の各々の
モードで動作させることがてきる。なお、αパラメータ
の符号が反転する領域は、ある特定の波長に対して禁制
帯エネルギー幅を各々Ｅｇｌ、 Ｅｇ２（＞Ｅｇｌ）と
適度な値に選ばれた半導体で構成することにより、第１
の領域工及び第２の領域■を形成することができる。
第１図（ａ）〜（ｄ）は、＋−モートの場合における第
１の領域工及び第２の領域Ｈの各スペクトルを示してい
る。いま、各領域とも注入電流を増加させ、キャリア密
度を上昇させた場合を考える。
１の領域工及び第２の領域Ｈの各スペクトルを示してい
る。いま、各領域とも注入電流を増加させ、キャリア密
度を上昇させた場合を考える。
すなわち、領域１と■とにおけるこのキャリア密度の変
化量を各々ΔＮ！、ΔＮ２ （＞ｏ）とすると、光学利
得４ｇは、第１図（ａ）に示したごとく破線から実線へ
と変化する。従って、利得変化分Δｇのスペクトルは第
１図（ｂ）の様になる。−方、利得変化Δｇによって引
き起こされる屈折率変化Δｎは、クラマース・クローニ
ッヒの式により関係付けられ、そのスペクトルは第１図
（ｃ）に示した様になる。第１図（ｄ）は、キャリア密
度の変化ΔＮに伴う利得変化Δｇに対する屈折率変化Δ
ｎの比、すなわち（Δｎ／ΔＮ）／（Δｇ／ΔＮ）（二
α）で与えられる、いわゆるαパラメータのスペクトル
を示している。これらのスペクトルより、光子エネルギ
ーをＥｏと最適な値を選ぶことにより、領域■とＨの各
々の屈折率変化が八〇２〜−Δｎ、と成るようにするこ
とができることがわかる。この様に、各領域の屈折率変
化の符号か反対で、絶対値がほぼ等しくするためには、
少なくともαパラメータの符号が反転しているＡの領域
にある光子エネルギーを有する光を選択する必要がある
。また、たとえ各領域のαパラメータの絶対値が等しく
なくても、キャリア密度を調整してΔｎ１＝−Δｎ２と
することができる。第１図に示した＋−モードては、両
領域でのキャリア密度増加、すなわち、ΔＮ１〉０、Δ
Ｎ２〉０に伴い、Δｎ、〜−Δｎ２＞ｏと成るような動
作が得られる。同様に、ΔＮ、〈０、ΔＮ２〈０なるキ
ャリア密度減少時には、Δｎ２〜−Δｎｔ ＞ｏと各屈
折率変化の符号を反転させることができ、これを−＋モ
ードと呼ぶ。
化量を各々ΔＮ！、ΔＮ２ （＞ｏ）とすると、光学利
得４ｇは、第１図（ａ）に示したごとく破線から実線へ
と変化する。従って、利得変化分Δｇのスペクトルは第
１図（ｂ）の様になる。−方、利得変化Δｇによって引
き起こされる屈折率変化Δｎは、クラマース・クローニ
ッヒの式により関係付けられ、そのスペクトルは第１図
（ｃ）に示した様になる。第１図（ｄ）は、キャリア密
度の変化ΔＮに伴う利得変化Δｇに対する屈折率変化Δ
ｎの比、すなわち（Δｎ／ΔＮ）／（Δｇ／ΔＮ）（二
α）で与えられる、いわゆるαパラメータのスペクトル
を示している。これらのスペクトルより、光子エネルギ
ーをＥｏと最適な値を選ぶことにより、領域■とＨの各
々の屈折率変化が八〇２〜−Δｎ、と成るようにするこ
とができることがわかる。この様に、各領域の屈折率変
化の符号か反対で、絶対値がほぼ等しくするためには、
少なくともαパラメータの符号が反転しているＡの領域
にある光子エネルギーを有する光を選択する必要がある
。また、たとえ各領域のαパラメータの絶対値が等しく
なくても、キャリア密度を調整してΔｎ１＝−Δｎ２と
することができる。第１図に示した＋−モードては、両
領域でのキャリア密度増加、すなわち、ΔＮ１〉０、Δ
Ｎ２〉０に伴い、Δｎ、〜−Δｎ２＞ｏと成るような動
作が得られる。同様に、ΔＮ、〈０、ΔＮ２〈０なるキ
ャリア密度減少時には、Δｎ２〜−Δｎｔ ＞ｏと各屈
折率変化の符号を反転させることができ、これを−＋モ
ードと呼ぶ。
他方、領域工はキャリア密度を増加し、領域■について
は減少、すなわちΔＮｍ〉０、ΔＮ２＜Ｏの＋＋モード
の各スペクトルを第２図（ａ）〜（ｄ）に示す。この時
は、屈折率変化は、両領域とも増加の方向に変化し、し
かも適当な光子エネルギーを選んだり、キャリア密度変
化量を調整することによりΔｎ１＝Δｎ２〉０とするこ
とができる。
は減少、すなわちΔＮｍ〉０、ΔＮ２＜Ｏの＋＋モード
の各スペクトルを第２図（ａ）〜（ｄ）に示す。この時
は、屈折率変化は、両領域とも増加の方向に変化し、し
かも適当な光子エネルギーを選んだり、キャリア密度変
化量を調整することによりΔｎ１＝Δｎ２〉０とするこ
とができる。
逆に、キャリア密度を領域工ては減少、領域■では増加
、すなわちΔＮｌ ＜Ｏ１ΔＮ２〉０としたｍ−モード
の場合を第３図（ａ）〜（ｄ）に示す。
、すなわちΔＮｌ ＜Ｏ１ΔＮ２〉０としたｍ−モード
の場合を第３図（ａ）〜（ｄ）に示す。
この場合は、第２図と逆に、屈折率変化は両領域とも減
少し、やはり適当な光子エネルギーの選択、キャリア密
度変化量の調整によりΔｎ、＝Δｎ２＜Ｏとすることか
可能である。
少し、やはり適当な光子エネルギーの選択、キャリア密
度変化量の調整によりΔｎ、＝Δｎ２＜Ｏとすることか
可能である。
上述のように、本発明はキャリア密度変化に伴う利得変
化に対する屈折率変化の比（αパラメータ）の符号が各
々正負反対の２種類の領域を用いて、各領域の注入電流
を調整することにより、光学利得の変化時にも全体的な
屈折率はほぼ一定にするか、もしくは光学利得をほぼ一
定に保って屈折率を変化させることが可能となる。この
０３ＡＰ素子をレーザに適用した場合、＋−モード及び
−＋モードによりＡＭレレーが、そして＋＋モード及び
−−モードによりＦＭレレーな実現することができる。
化に対する屈折率変化の比（αパラメータ）の符号が各
々正負反対の２種類の領域を用いて、各領域の注入電流
を調整することにより、光学利得の変化時にも全体的な
屈折率はほぼ一定にするか、もしくは光学利得をほぼ一
定に保って屈折率を変化させることが可能となる。この
０３ＡＰ素子をレーザに適用した場合、＋−モード及び
−＋モードによりＡＭレレーが、そして＋＋モード及び
−−モードによりＦＭレレーな実現することができる。
さらに、回折格子を用いた波長可変フィルタや反射器も
しくは位相変調器などの他の光デバイスへの適用も可能
である。
しくは位相変調器などの他の光デバイスへの適用も可能
である。
（実施例１）
第４図に、本発明による０５ＡＰ素子の応用として、０
３ＡＰ素子の２種類の半導体領域を光の進行方向に直列
に配置された半導体レーザの第１の実施例を示す。ここ
では、１゜５μｍ波長帯で動作する素子について取り上
げる。
３ＡＰ素子の２種類の半導体領域を光の進行方向に直列
に配置された半導体レーザの第１の実施例を示す。ここ
では、１゜５μｍ波長帯で動作する素子について取り上
げる。
１はｎ −ＩｎＰ基板、２はｎ −ＩｎＧａＡｓＰ導波
路層、３及び３′は本発明による各々αパラメータの符
号が反対なＩｎＧａＡｓＰ活性層（−例として、発振波
長を１．５５μｍ、すなわち光子エネルギー０．８０ｅ
Ｖに対して、第１の領域工である活性層３の禁制帯幅０
．７７５ｅＶ、すなわち相当波長１．６０μｍ、第２の
領域■である活性層３゛の禁制帯幅０．７８５ｅＶ 、
すなわち相当波長１．５８μｍ、４はｐ −ＩｎＰクラ
ッド層、５はｐ −ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、６は半
絶縁性ＩｎＰ埋め込み層である。７は第１図から第３図
において説明したように、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３及び
３°のαパラメータの符号がお互いに反対となるような
光の波長を選択するためのλ／４シフト回折格子である
。すなわち、このレーザは窓構造λ／４シフト分布帰還
型半導体レーザとして動作するものである。ちなみに、
λ／４シフト８は各領域の境界に設けである。９及び９
′は、各活性層３及び３′に独立にキャリアを注入する
ためのｐ側電極であり、各々にオーミック抵抗低下用に
亜鉛拡散１０及び１０゛が施されている。また、１１は
ｎ側電極、１２及び１２゛は反射防止膜である。
路層、３及び３′は本発明による各々αパラメータの符
号が反対なＩｎＧａＡｓＰ活性層（−例として、発振波
長を１．５５μｍ、すなわち光子エネルギー０．８０ｅ
Ｖに対して、第１の領域工である活性層３の禁制帯幅０
．７７５ｅＶ、すなわち相当波長１．６０μｍ、第２の
領域■である活性層３゛の禁制帯幅０．７８５ｅＶ 、
すなわち相当波長１．５８μｍ、４はｐ −ＩｎＰクラ
ッド層、５はｐ −ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、６は半
絶縁性ＩｎＰ埋め込み層である。７は第１図から第３図
において説明したように、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３及び
３°のαパラメータの符号がお互いに反対となるような
光の波長を選択するためのλ／４シフト回折格子である
。すなわち、このレーザは窓構造λ／４シフト分布帰還
型半導体レーザとして動作するものである。ちなみに、
λ／４シフト８は各領域の境界に設けである。９及び９
′は、各活性層３及び３′に独立にキャリアを注入する
ためのｐ側電極であり、各々にオーミック抵抗低下用に
亜鉛拡散１０及び１０゛が施されている。また、１１は
ｎ側電極、１２及び１２゛は反射防止膜である。
本実施例の動作について説明する。活性層３（領域工）
のαパラメータの符号を正とし、３゛（領域■）のそれ
を負とする。いま、第５図（ａ）〜（ｅ）のタイムチャ
ートに示したごとく、領域■及び■への注入電流密度を
同図（ａ）のように各々Ｊ、、Ｊ、からＪｔ’、 ＪＱ
’へ変化させることにより、キャリア密度は同図（ｂ）
のように各々ΔＮ１（＞０）、ΔＮ２ （＜ｏ）だけ変
化させたとする。この場合は、第２図に示した＋＋モー
ドであり、各領域の屈折率は第５図（ｃ）のようにとも
にｎｏからｎｏ’へ増加する。尚、この動作前の両領域
の屈折率は、活性層厚、量子井戸を用いた場合はバリア
層厚等の導波路パラメータを調整することより一致させ
ることが出来る。従って、回折格子の周期と屈折率で決
まる発振波長は、第５図（ｄ）のようにλ。からλ。°
へ変化させることができる。一方、このような屈折率変
化に対して全体の光学利得をほぼ一定に保つことができ
るため、光出力に関してもほぼ一定値Ｐ。に維持させる
ことができる。逆に、各領域の注入電流密度をＪ１’、
Ｊ２°からＪｌ、Ｊ２に戻した場合は、−一モード
により屈折率は共にｎ。′から００に戻るため、発振波
長もλ。′からλ０に戻り、と同時に光出力は第５図（
ｅ）のように一定値Ｐ。のまま変化しない。すなわち、
各領域への注入電流に応して、光出力は一定で発振周波
数のみ変調する、いわゆるＦＭレレーが実現される。ま
た別の観点からは、波長可変レーザとして動作させるこ
ともてきる。この際、注入電流密度変化量は、全体の利
得は一定でかつ各領域での屈折率変化量がほぼ同じにな
るように調整される。
のαパラメータの符号を正とし、３゛（領域■）のそれ
を負とする。いま、第５図（ａ）〜（ｅ）のタイムチャ
ートに示したごとく、領域■及び■への注入電流密度を
同図（ａ）のように各々Ｊ、、Ｊ、からＪｔ’、 ＪＱ
’へ変化させることにより、キャリア密度は同図（ｂ）
のように各々ΔＮ１（＞０）、ΔＮ２ （＜ｏ）だけ変
化させたとする。この場合は、第２図に示した＋＋モー
ドであり、各領域の屈折率は第５図（ｃ）のようにとも
にｎｏからｎｏ’へ増加する。尚、この動作前の両領域
の屈折率は、活性層厚、量子井戸を用いた場合はバリア
層厚等の導波路パラメータを調整することより一致させ
ることが出来る。従って、回折格子の周期と屈折率で決
まる発振波長は、第５図（ｄ）のようにλ。からλ。°
へ変化させることができる。一方、このような屈折率変
化に対して全体の光学利得をほぼ一定に保つことができ
るため、光出力に関してもほぼ一定値Ｐ。に維持させる
ことができる。逆に、各領域の注入電流密度をＪ１’、
Ｊ２°からＪｌ、Ｊ２に戻した場合は、−一モード
により屈折率は共にｎ。′から００に戻るため、発振波
長もλ。′からλ０に戻り、と同時に光出力は第５図（
ｅ）のように一定値Ｐ。のまま変化しない。すなわち、
各領域への注入電流に応して、光出力は一定で発振周波
数のみ変調する、いわゆるＦＭレレーが実現される。ま
た別の観点からは、波長可変レーザとして動作させるこ
ともてきる。この際、注入電流密度変化量は、全体の利
得は一定でかつ各領域での屈折率変化量がほぼ同じにな
るように調整される。
（実施例２）
第４図は、２領域の場合について示したが、第６図に示
したように３領域を配置しても実施例１とまったく同様
の効果を実現することがてきる。
したように３領域を配置しても実施例１とまったく同様
の効果を実現することがてきる。
この場合、構造的に対称であると同時に、λ／４シフト
の部分は領域工に設けられるため、λ／４シフト周辺で
の均一性に優れていると共に、利得調整も行い易い。領
域ＩとＨの位置を逆にしても効果が同じであることは言
うまでもない。
の部分は領域工に設けられるため、λ／４シフト周辺で
の均一性に優れていると共に、利得調整も行い易い。領
域ＩとＨの位置を逆にしても効果が同じであることは言
うまでもない。
また、これと同じ原理で、領域数を更に増やすことも可
能である。
能である。
（実施例３）
本発明を分布反射型レーザに適用した場合の実施例を第
７図に示す。αパラメータの符号の異なる領域工及び■
から成る活性領域の光の進行方向の延長線上にＩｎＧａ
ＡｓＰから成る受動導波路１３及び１３°が配置される
と同時に、その上に分布反射器用回折格子１４及び１４
”が設けられ、各領域におけるαパラメータの符号が反
対となる動作波長を選択する。
７図に示す。αパラメータの符号の異なる領域工及び■
から成る活性領域の光の進行方向の延長線上にＩｎＧａ
ＡｓＰから成る受動導波路１３及び１３°が配置される
と同時に、その上に分布反射器用回折格子１４及び１４
”が設けられ、各領域におけるαパラメータの符号が反
対となる動作波長を選択する。
第８図（ａ）〜（ｅ）は、本実施例の動作を説明するた
めのタイムチャートである。各領域への注入キャリア密
度なＪｌ、Ｊ２からＪｌ“、Ｊ２゛へと共に増加させた
場合、各キャリア密度は増加する。
めのタイムチャートである。各領域への注入キャリア密
度なＪｌ、Ｊ２からＪｌ“、Ｊ２゛へと共に増加させた
場合、各キャリア密度は増加する。
しかし、各々のαパラメータの符号が反転しているため
、屈折率は領域■に関しては増加、領域については減少
する。すなわち、＋−モードとなる。その屈折率変化量
をΔｎｕ、Δｎ２とすると、分布反射型レーザにおける
活性領域の位相変化量は、各領域の長さをＬｌ、Ｌ２と
してΔｎ１・Ｌ１＋Δｎ２ ・Ｌ２て与えられるが、Δ
ｎ、とΔｎ２の符号が反対であるため、それらを適度な
値に調整することにより、位相変化量がＯを維持したま
まにすることかできる。発振波長は、レーザ共振器の位
相条件で決まるが、上述のように変化しないため、従っ
て発振波長もλ０のまま変化しない。一方、両領域とも
キャリア密度を増加させているため、光出力はＰｏから
Ｐ。゛に増加する。
、屈折率は領域■に関しては増加、領域については減少
する。すなわち、＋−モードとなる。その屈折率変化量
をΔｎｕ、Δｎ２とすると、分布反射型レーザにおける
活性領域の位相変化量は、各領域の長さをＬｌ、Ｌ２と
してΔｎ１・Ｌ１＋Δｎ２ ・Ｌ２て与えられるが、Δ
ｎ、とΔｎ２の符号が反対であるため、それらを適度な
値に調整することにより、位相変化量がＯを維持したま
まにすることかできる。発振波長は、レーザ共振器の位
相条件で決まるが、上述のように変化しないため、従っ
て発振波長もλ０のまま変化しない。一方、両領域とも
キャリア密度を増加させているため、光出力はＰｏから
Ｐ。゛に増加する。
逆に、各領域の注入電流密度を減少させた場合、各変化
量はその符号が前述と逆になるだけで、位相変化量はＯ
ｌすなわち発振波長は変化しない。
量はその符号が前述と逆になるだけで、位相変化量はＯ
ｌすなわち発振波長は変化しない。
すなわち、本実施例は、発振波長か一定て、光強度のみ
変調される極低チャーブのＡＭレレーとして動作する。
変調される極低チャーブのＡＭレレーとして動作する。
他方、第５図のタイムチャートに示した＋＋モードもし
くはｍ−モードも行わさせることかできる。すなわち、
ＦＭレレーとしても動作させることができる。
くはｍ−モードも行わさせることかできる。すなわち、
ＦＭレレーとしても動作させることができる。
（実施例４）
以上の実施例１〜３では、αパラメータの符号の異なる
２種類の領域が光の進行方向に対して直列に配置された
０３ＡＰ素子を含む構造について述べたが、並列に配置
させて０８ＡＰ素子を用いても同じ効果が得られる。そ
の実施例を第９図に示す。窓構造λ／４シフト分布帰還
型で、（ａ）は光の進行方向の断面図、（ｂ）はその直
角方向の断面図である。
２種類の領域が光の進行方向に対して直列に配置された
０３ＡＰ素子を含む構造について述べたが、並列に配置
させて０８ＡＰ素子を用いても同じ効果が得られる。そ
の実施例を第９図に示す。窓構造λ／４シフト分布帰還
型で、（ａ）は光の進行方向の断面図、（ｂ）はその直
角方向の断面図である。
ここに、αパラメータの符号の異なる活性層３（領域■
）及び３“（領域■）は、第９図（ｂ）よりわかるよう
にお互いに並列に配置され、一つのストライプを形成し
ている。従って、光の横モードはこのストライプを包含
して進行する。１５は半絶縁性ＩｎＰクラッド層、１６
及び１６°はｐ −ＩｎＰ層であり、各領域へは、図中
矢印で示したように各々の電極９及び９°を通じて独立
にキャリアを注入することができる。
）及び３“（領域■）は、第９図（ｂ）よりわかるよう
にお互いに並列に配置され、一つのストライプを形成し
ている。従って、光の横モードはこのストライプを包含
して進行する。１５は半絶縁性ＩｎＰクラッド層、１６
及び１６°はｐ −ＩｎＰ層であり、各領域へは、図中
矢印で示したように各々の電極９及び９°を通じて独立
にキャリアを注入することができる。
本実施例では、前述と同じ原理を用いて第５図及び第８
図で述べたすべてのモードで動作させることかでき、Ａ
Ｍレレー、ＦＭレレー、波長可変レーザな実現すること
ができる。本実施例の特徴は、領域工及び■が光の進行
方向に並列に配置されているため、光が同時に両領域の
利得ないし、は屈折率変化を経験し、光の進行に伴う動
作の遅れやバラツキの除去された、より効果的な各種動
作を行わせることができる。
図で述べたすべてのモードで動作させることかでき、Ａ
Ｍレレー、ＦＭレレー、波長可変レーザな実現すること
ができる。本実施例の特徴は、領域工及び■が光の進行
方向に並列に配置されているため、光が同時に両領域の
利得ないし、は屈折率変化を経験し、光の進行に伴う動
作の遅れやバラツキの除去された、より効果的な各種動
作を行わせることができる。
なお、領域工及び■は積層方向（上下方向）に並列配置
されていても同様の効果が得られる。
されていても同様の効果が得られる。
（実施例５）
本発明による０５ＡＰ素子を、波長可変レーザ用の波長
可変反射型フィルタに適用した場合の実施例を第１０図
に示す。本実施例は、活性領域、位相調整領域、狭帯域
ブラッグ反射器領域の３つの領域からなる。反射器とし
て、伝搬定数のほぼ等しい２本の先導波路が近接して平
行に配置された方向性結合器が用いられ、一方の導波路
上にλ／４シフト回折格子を形成し、他方の導波路から
光入出力を行う。λ／４シフト回折格子の設けられた導
波路の屈折率を変化させることにより反射中心波長を可
変することができる。
可変反射型フィルタに適用した場合の実施例を第１０図
に示す。本実施例は、活性領域、位相調整領域、狭帯域
ブラッグ反射器領域の３つの領域からなる。反射器とし
て、伝搬定数のほぼ等しい２本の先導波路が近接して平
行に配置された方向性結合器が用いられ、一方の導波路
上にλ／４シフト回折格子を形成し、他方の導波路から
光入出力を行う。λ／４シフト回折格子の設けられた導
波路の屈折率を変化させることにより反射中心波長を可
変することができる。
狭帯域ブラッグ反射器領域については、１０１はｎ −
ＩｎＰ基板、１０２はｎ −ＩｎＧａＡｓＰ低損失導波
路層、１０３はｎ −１ｎＰ層、１０４及び１０４゛は
各々αパラメータの符号が反転した領域Ｉ及び■から成
る活性層、１０５はｐ −ＩｎＧａＡｓＰ層で、この上
にフィルタ用のλ／４シフト回折格子１０６か設けられ
ている。なお、１０７はλ／４シフトである。１０８は
ｐ−ＩｎＰクラット層、１０９はＩｎＧａＡｓＰキャッ
プ層て、各領域へのキャリア注入用に各々ｐ側電極１１
０゜１１０°並びに亜鉛拡散領域１１１ 、１１１°、
そしてｎ側電極１１２が形成されている。活性領域は活
性層１１３を含み、この組成は１０４もしくは１０４°
のどちらかの活性層と同じであっても、また異なってい
てもかまわない。位相調整領域は、前述のｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路１０２とｐ −ＩｎＰクラッド層１０８等
から成る。
ＩｎＰ基板、１０２はｎ −ＩｎＧａＡｓＰ低損失導波
路層、１０３はｎ −１ｎＰ層、１０４及び１０４゛は
各々αパラメータの符号が反転した領域Ｉ及び■から成
る活性層、１０５はｐ −ＩｎＧａＡｓＰ層で、この上
にフィルタ用のλ／４シフト回折格子１０６か設けられ
ている。なお、１０７はλ／４シフトである。１０８は
ｐ−ＩｎＰクラット層、１０９はＩｎＧａＡｓＰキャッ
プ層て、各領域へのキャリア注入用に各々ｐ側電極１１
０゜１１０°並びに亜鉛拡散領域１１１ 、１１１°、
そしてｎ側電極１１２が形成されている。活性領域は活
性層１１３を含み、この組成は１０４もしくは１０４°
のどちらかの活性層と同じであっても、また異なってい
てもかまわない。位相調整領域は、前述のｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路１０２とｐ −ＩｎＰクラッド層１０８等
から成る。
本実施例の狭帯域ブラッグ反射型フィルタは、基本的に
は活性層１０４及び１０４゛より上の構造に関しては第
６図に示した実施例と同じ機能を行うものであり、＋＋
モードもしくは一一モードにより、その光学利得をほぼ
一定に維持したまま全体の屈折率を均一に変化させるこ
とがてきる。第６図と異なっている点は、この活性層と
方向性結合器の原理で結合した他の導波路１０２を有す
る点て、位相調整領域から進行した光は、狭帯域ブラッ
ク反射器領域内において活性層１０４及び１０４゛に結
合する。然るに、よく知られているように、λ／４シフ
ト回折格子は、そのブラッグ波長に対しては極めてよく
光を閉じ込める性質を有しており、閉じ込められた光は
元の導波路１０２に再び結合され、左方向に出射される
。すなわち、ブラッグ波長のみ反射する狭帯域反射器と
して動作する。ブラッグ波長は、回折格子の周期と導波
路の屈折率て決まるため、上述の＋＋モードないしｍ−
モードにより、その反射率自体は一定に保ったまま、反
射波長を可変とすることができる。このブラッグ波長が
発振するように、活性領域において十分の利得が与えら
れ、また、位相調整領域によって位相調整される。なを
、位相調整には、本実施例で用いたように、逆電圧印加
ｖ１よる電気光学効果を利用することにより過剰な損失
増加を避けることができるが、電流注入によっても同様
の効果は得られる。このように、本発明による波長可変
レーザは、極めて波長選択性が優れていると共に、波長
可変動作によっても過剰なしきい値の増加を伴わないた
め、狭スペクトル線幅レーザに適用した場合にも、その
スペクトル特性か波長可変動作によって劣化することは
無い。すなわち、優れた狭線幅・波長可変レーザが実現
される。
は活性層１０４及び１０４゛より上の構造に関しては第
６図に示した実施例と同じ機能を行うものであり、＋＋
モードもしくは一一モードにより、その光学利得をほぼ
一定に維持したまま全体の屈折率を均一に変化させるこ
とがてきる。第６図と異なっている点は、この活性層と
方向性結合器の原理で結合した他の導波路１０２を有す
る点て、位相調整領域から進行した光は、狭帯域ブラッ
ク反射器領域内において活性層１０４及び１０４゛に結
合する。然るに、よく知られているように、λ／４シフ
ト回折格子は、そのブラッグ波長に対しては極めてよく
光を閉じ込める性質を有しており、閉じ込められた光は
元の導波路１０２に再び結合され、左方向に出射される
。すなわち、ブラッグ波長のみ反射する狭帯域反射器と
して動作する。ブラッグ波長は、回折格子の周期と導波
路の屈折率て決まるため、上述の＋＋モードないしｍ−
モードにより、その反射率自体は一定に保ったまま、反
射波長を可変とすることができる。このブラッグ波長が
発振するように、活性領域において十分の利得が与えら
れ、また、位相調整領域によって位相調整される。なを
、位相調整には、本実施例で用いたように、逆電圧印加
ｖ１よる電気光学効果を利用することにより過剰な損失
増加を避けることができるが、電流注入によっても同様
の効果は得られる。このように、本発明による波長可変
レーザは、極めて波長選択性が優れていると共に、波長
可変動作によっても過剰なしきい値の増加を伴わないた
め、狭スペクトル線幅レーザに適用した場合にも、その
スペクトル特性か波長可変動作によって劣化することは
無い。すなわち、優れた狭線幅・波長可変レーザが実現
される。
０３ＡＰ素子は、各々適当なエネルギー禁制帯幅となる
ような組成の調整と、回折格子による波長の選択によっ
て得られるが、通常のバルク状の半導体のみならず、量
子井戸、量子細線、量子箱を用いることにより、最適な
動作波長を特定し易く、かつ注入レベルの変化時にもそ
の偏移を少なく抑えることができるため、広い波長範囲
においても効果的に動作させることができる。
ような組成の調整と、回折格子による波長の選択によっ
て得られるが、通常のバルク状の半導体のみならず、量
子井戸、量子細線、量子箱を用いることにより、最適な
動作波長を特定し易く、かつ注入レベルの変化時にもそ
の偏移を少なく抑えることができるため、広い波長範囲
においても効果的に動作させることができる。
尚、材料については波長１．５μｍ用のＩｎＧａＡｓＰ
系について述べたが、これ以外にＡｌＧａＡｓ系、Ａｌ
ＩｎＧａＡｓ系、ＡＩＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓＳｂ
系などの他の材料について適用が可能である。
系について述べたが、これ以外にＡｌＧａＡｓ系、Ａｌ
ＩｎＧａＡｓ系、ＡＩＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓＳｂ
系などの他の材料について適用が可能である。
（発明の効果）
（１）以上詳細に説明したように、本発明はキャリア密
度変化に伴う利得変化に対する屈折率変化の比であるα
パラメータの符号か第１の領域と第２の領域とで正負反
対で、かつ光学的に結合するように構成することにより
、極低チャープレーザ、理想的なＦＭレレー、高性能波
長可変レーザなどの半導体光素子が実現てきる。
度変化に伴う利得変化に対する屈折率変化の比であるα
パラメータの符号か第１の領域と第２の領域とで正負反
対で、かつ光学的に結合するように構成することにより
、極低チャープレーザ、理想的なＦＭレレー、高性能波
長可変レーザなどの半導体光素子が実現てきる。
（２）第１及び第２の領域か光の進行方向に対し直列に
配置することにより、波長選択用の回折格子を内蔵した
分布帰還型レーザを実現することかてきる。
配置することにより、波長選択用の回折格子を内蔵した
分布帰還型レーザを実現することかてきる。
（３）第１及び第２の領域が光の進行方向に対し直列て
、かつ一方の領域が他方の領域の両側に配置することに
より、対称構造の波長選択用の回折格子を内蔵した分布
帰還型レーザを実現することができる。
、かつ一方の領域が他方の領域の両側に配置することに
より、対称構造の波長選択用の回折格子を内蔵した分布
帰還型レーザを実現することができる。
（４）第１及び第２の領域が光の進行方向に対し並列に
配置することにより、製作が容易で特性のバラツキが少
ない波長選択用の回折格子を内蔵した分布帰還型レーザ
を実現することができる。
配置することにより、製作が容易で特性のバラツキが少
ない波長選択用の回折格子を内蔵した分布帰還型レーザ
を実現することができる。
（５）第１及び第２の領域のαパラメータの符号が各々
正負反対になるような波長を選択するために、第１及び
第２の領域に沿って回折格子を形成することにより、回
折格子の周期と屈折率とで定まる波長を発振する分布帰
還型レーザな実現することかできる。
正負反対になるような波長を選択するために、第１及び
第２の領域に沿って回折格子を形成することにより、回
折格子の周期と屈折率とで定まる波長を発振する分布帰
還型レーザな実現することかできる。
（６）第１及び第２の領域のαパラメータの符号が各々
正負反対になるような波長を選択するために、第１及び
第２の領域の外側に波長選択用の回折格子を形成するこ
とにより、分布反射型レーザな実現することができる。
正負反対になるような波長を選択するために、第１及び
第２の領域の外側に波長選択用の回折格子を形成するこ
とにより、分布反射型レーザな実現することができる。
（７）第１及び第２の領域が低損失導波路とが並列に光
結合して構成することにより、波長可変レーザ用の波長
可変反射型フィルタを実現することができる。
結合して構成することにより、波長可変レーザ用の波長
可変反射型フィルタを実現することができる。
（８）第１及び第２の領域が、量子井戸、もしくは量子
細線、もしくは量子箱、もしくは該量子構造の組み合わ
せで構成することにより、広い波長範囲ても効果的に動
作する半導体光素子を実現することができる。
細線、もしくは量子箱、もしくは該量子構造の組み合わ
せで構成することにより、広い波長範囲ても効果的に動
作する半導体光素子を実現することができる。
従って、本発明は、光フアイバ通信において、直接変調
−強度検波もしくはコヒーレント方式による長距離大容
量化、更に、光多重通信用の光源として極めて有望であ
る。
−強度検波もしくはコヒーレント方式による長距離大容
量化、更に、光多重通信用の光源として極めて有望であ
る。
第１図、第２図、第３図は本発明の詳細な説明するため
のスペクトル図であり、αパラメータの符号が反転した
２種類の半導体への注入キャリアを共に増加、もしくは
一方を増加及び他方を減少させた各場合の利得、屈折率
、αパラメータの各スペクトル図、 第４図は本発明による第１の実施例で、２種類の半導体
を光の進行方向に対し直列に配置して波長選択用の回折
格子を内蔵した分布帰還型レーザの模式図、 第５図は実施例１の動作を説明するためのタイムチャー
ト、 第６図は本発明による第２の実施例て、２種類の半導体
を３領域に配置した分布帰還型レーザの模式図、 第７図は本発明による第３の実施例で、波長選択用の回
折格子を内蔵した分布反射型レーザの模式図、 第８図は実施例３の動作を説明するためのタイムチャー
ト、 第９図は本発明のよる第４の実施例で、２種類の半導体
を光の進行方向に対し並列に配置した波長選択用の回折
格子を内蔵した分布帰還型レーザの模式図、 第１０図は本発明による第５の実施例で、２種類の半導
体を低損失導波路とが並列に光結合させた狭帯域ブラッ
グ反射器を用いた波長可変レーザの模式図である。 １ 、１０１ ・・・ｎ −ＩｎＰ基板、２−−− ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層、 ３．３°、 １０４ 、１０４°・・・αパラメータの
符号が反転したＩｎＧａＡｓＰ活性層、 ４ 、１０８ ・−ｐ −ＩｎＰクラッド層、５ 、１
０９−−− ｐ −ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、６・・
・半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、 ７．１０６・・・λ／４シフト回折格子、８．１０７・
・・λ／４シフト、 ９．９°、１１０．１１０°、 １１４ 、１１６・・
・ｐ側電極、１０、１０°、１１１．１１１°、 １１
５ 、１１７・・・亜鉛拡散領域１１、１１２・・・ｎ
側電極、 １２、１２°・・・反射防止膜、 １３、１３°、１０２−・・低損失ＩｎＧａＡｓＰ導波
路層、１４、１４°・・・回折格子、 １５・・・半絶縁性ＩｎＰクラッド層、１６・・・ｐ
−ＩｎＰ層、 １０３ ・・・ｎ −ＩｎＰ中間層、 １０５ ・・・ｐ −ＩｎＧａＡｓＰ層、１１３−−−
ＩｎＧａＡｓＰ活性層。 第１１ 第２図 第 図 第４ 仄 一一−」 第 図 莞 図 第 図
のスペクトル図であり、αパラメータの符号が反転した
２種類の半導体への注入キャリアを共に増加、もしくは
一方を増加及び他方を減少させた各場合の利得、屈折率
、αパラメータの各スペクトル図、 第４図は本発明による第１の実施例で、２種類の半導体
を光の進行方向に対し直列に配置して波長選択用の回折
格子を内蔵した分布帰還型レーザの模式図、 第５図は実施例１の動作を説明するためのタイムチャー
ト、 第６図は本発明による第２の実施例て、２種類の半導体
を３領域に配置した分布帰還型レーザの模式図、 第７図は本発明による第３の実施例で、波長選択用の回
折格子を内蔵した分布反射型レーザの模式図、 第８図は実施例３の動作を説明するためのタイムチャー
ト、 第９図は本発明のよる第４の実施例で、２種類の半導体
を光の進行方向に対し並列に配置した波長選択用の回折
格子を内蔵した分布帰還型レーザの模式図、 第１０図は本発明による第５の実施例で、２種類の半導
体を低損失導波路とが並列に光結合させた狭帯域ブラッ
グ反射器を用いた波長可変レーザの模式図である。 １ 、１０１ ・・・ｎ −ＩｎＰ基板、２−−− ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層、 ３．３°、 １０４ 、１０４°・・・αパラメータの
符号が反転したＩｎＧａＡｓＰ活性層、 ４ 、１０８ ・−ｐ −ＩｎＰクラッド層、５ 、１
０９−−− ｐ −ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、６・・
・半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、 ７．１０６・・・λ／４シフト回折格子、８．１０７・
・・λ／４シフト、 ９．９°、１１０．１１０°、 １１４ 、１１６・・
・ｐ側電極、１０、１０°、１１１．１１１°、 １１
５ 、１１７・・・亜鉛拡散領域１１、１１２・・・ｎ
側電極、 １２、１２°・・・反射防止膜、 １３、１３°、１０２−・・低損失ＩｎＧａＡｓＰ導波
路層、１４、１４°・・・回折格子、 １５・・・半絶縁性ＩｎＰクラッド層、１６・・・ｐ
−ＩｎＰ層、 １０３ ・・・ｎ −ＩｎＰ中間層、 １０５ ・・・ｐ −ＩｎＧａＡｓＰ層、１１３−−−
ＩｎＧａＡｓＰ活性層。 第１１ 第２図 第 図 第４ 仄 一一−」 第 図 莞 図 第 図
Claims (8)
- （１）光信号を発振する活性層または該光信号を導波す
る光導波路層を有する半導体光素子において、 前記活性層または前記光導波路層がキャリア密度変化に
伴う利得変化に対する屈折率変化の比であるαパラメー
タの符号が第１の領域と第２の領域とで正負反対で、か
つ該第１の領域と該第２の領域とが光学的に結合するよ
うに構成されていることを特徴とするαパラメータ符号
を反転させた半導体素子。 - （２）前記第１及び第２の領域が光の進行方向に対し直
列に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のαパラメータ符号を反転させた半導体素子。 - （３）前記第１及び第２の領域が光の進行方向に対し交
互で、かつ一方の領域が少なくとも複数個配置されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のαパラ
メータ符号を反転させた半導体素子。 - （４）前記第１及び第２の領域が光の進行方向に対し並
列に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のαパラメータ符号を反転させた半導体素子。 - （５）前記第１及び第２の領域のαパラメータの符号が
各々正負反対になるような波長を選択するために、前記
第１及び第２の領域に沿って回折格子を形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のαパラメータ符
号を反転させた半導体素子。 - （６）前記第１及び第２の領域のαパラメータの符号が
各々正負反対になるような波長を選択するために、前記
第１及び第２の領域の外側に回折格子を形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のαパラメータ符
号を反転させた半導体素子。 - （７）前記第１及び第２の領域が低損失導波路と並列に
光結合して構成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のαパラメータ符号を反転させた半導体
素子。 - （８）前記第１及び第２の領域が、量子井戸、もしくは
量子細線、もしくは量子箱、もしくは該量子構造の組み
合わせから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のαパラメータ符号を反転させた半導体素子。
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