JPH05167196A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH05167196A JPH05167196A JP33467591A JP33467591A JPH05167196A JP H05167196 A JPH05167196 A JP H05167196A JP 33467591 A JP33467591 A JP 33467591A JP 33467591 A JP33467591 A JP 33467591A JP H05167196 A JPH05167196 A JP H05167196A
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- JP
- Japan
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- mode
- active
- layer
- waveguides
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Electron Beam Exposure (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の半導体レーザデバイス構造を活用しな
がら、動的単一縦モード、ＴＭモード発振する、モノシ
リック集積化を可能とする光集積回路用半導体レーザ装
置を得る。 【構成】 ｎ−ＩｎＰ基板６に、電子線ビーム直接描画
法によりグレーディング５を描写し、グレーディングの
線方向に対する傾き（入射角）４５゜の方向に第一、第
二の活性導波路７、８を形成する。この２つの活性導波
路と回折格子領域を結合する導波路９を設ける。グレー
ディングの形状によって決まる結合定数を最適値にし、
回折格子幅Λ＝２４１８Ａ，Ｌ＝２０μｍとする時、グ
レーティングへの入射光のＴＭモード偏波成分の回折効
率が３０％、ＴＥモード偏波成分の回折効率について０
％が得られる。１は波長組成1.55μｍのノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ活性層、２はｐ−ＩｎＰクラッド層、３は波
長組成 1.3μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層、４は電
極、１０はｐ−ＩｎＰ電流ブロック層、１１はｎ−Ｉｎ
Ｐ電流閉じ込め層、１２はＨＲ（高反射）コート膜であ
る。
がら、動的単一縦モード、ＴＭモード発振する、モノシ
リック集積化を可能とする光集積回路用半導体レーザ装
置を得る。 【構成】 ｎ−ＩｎＰ基板６に、電子線ビーム直接描画
法によりグレーディング５を描写し、グレーディングの
線方向に対する傾き（入射角）４５゜の方向に第一、第
二の活性導波路７、８を形成する。この２つの活性導波
路と回折格子領域を結合する導波路９を設ける。グレー
ディングの形状によって決まる結合定数を最適値にし、
回折格子幅Λ＝２４１８Ａ，Ｌ＝２０μｍとする時、グ
レーティングへの入射光のＴＭモード偏波成分の回折効
率が３０％、ＴＥモード偏波成分の回折効率について０
％が得られる。１は波長組成1.55μｍのノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ活性層、２はｐ−ＩｎＰクラッド層、３は波
長組成 1.3μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層、４は電
極、１０はｐ−ＩｎＰ電流ブロック層、１１はｎ−Ｉｎ
Ｐ電流閉じ込め層、１２はＨＲ（高反射）コート膜であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光集積回路への組み込み
に適した半導体レーザ装置に関する。
に適した半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光集積回路の高度化、モノシリック集積
化のためには次の２つの条件がある。第一にその光源と
なる半導体レーザ装置自体を素子の基板上に形成する必
要性であり、この際その半導体レーザ装置を従来の結晶
成長技術により基板に平行な積層として形成することが
できれば従来のレーザ装置の構造を大きく変更する必要
もなくなる。第２に光源からの導波光の分岐、制御、結
合、変調を行なう上で、光源をＴＭモード偏波成分発振
のレーザとする必要性である。例えば、集積回路内を光
を導波するためにグレーディングにより光の屈曲などの
作用を施す必要があるが、これはＴＭモード偏波光に対
してのみ作用し、ＴＥモード偏波光に対して作用しな
い。従ってモノシリック集積化可能なＴＭモード発振レ
ーザを作製できればこれは光回路の設計の自由度を増加
させ、製造工程を簡素化する。従来、集積化光演算素子
のための光源としては通常のＴＥモード偏波光発振の半
導体レーザから放射モード変換型、周期電界型、超音波
型、磁気光学効果型モード変換を行う偏光素子を用いて
ＴＭモード偏波光を得るとしていた。従来のＴＥ−ＴＭ
変換回路の一例を図３に示す。
化のためには次の２つの条件がある。第一にその光源と
なる半導体レーザ装置自体を素子の基板上に形成する必
要性であり、この際その半導体レーザ装置を従来の結晶
成長技術により基板に平行な積層として形成することが
できれば従来のレーザ装置の構造を大きく変更する必要
もなくなる。第２に光源からの導波光の分岐、制御、結
合、変調を行なう上で、光源をＴＭモード偏波成分発振
のレーザとする必要性である。例えば、集積回路内を光
を導波するためにグレーディングにより光の屈曲などの
作用を施す必要があるが、これはＴＭモード偏波光に対
してのみ作用し、ＴＥモード偏波光に対して作用しな
い。従ってモノシリック集積化可能なＴＭモード発振レ
ーザを作製できればこれは光回路の設計の自由度を増加
させ、製造工程を簡素化する。従来、集積化光演算素子
のための光源としては通常のＴＥモード偏波光発振の半
導体レーザから放射モード変換型、周期電界型、超音波
型、磁気光学効果型モード変換を行う偏光素子を用いて
ＴＭモード偏波光を得るとしていた。従来のＴＥ−ＴＭ
変換回路の一例を図３に示す。
【０００３】従来の通常の半導体レーザでは光の電界が
ヘテロ界面に平行に偏ったＴＥモードが発振する。この
理由としてはファブリ−ペロ型ダブルヘテロレーザの場
合、ＴＥモードに対する端面反射率ＲがＴＥ垂直方向に
偏ったＴＭモードよりも大きく、損失 （１／Ｌ）ｌｎ（１／Ｒ） の差だけＴＥモードの発振しきい値がＴＭモードの値を
下回ることによる。また、分布帰還型レーザではＴＥモ
ードの利得が最大になる波長λPが回折格子の周期で決
まる発振波長に一致するように活性層の組成及び回折格
子の周期Λを調整していることによる。
ヘテロ界面に平行に偏ったＴＥモードが発振する。この
理由としてはファブリ−ペロ型ダブルヘテロレーザの場
合、ＴＥモードに対する端面反射率ＲがＴＥ垂直方向に
偏ったＴＭモードよりも大きく、損失 （１／Ｌ）ｌｎ（１／Ｒ） の差だけＴＥモードの発振しきい値がＴＭモードの値を
下回ることによる。また、分布帰還型レーザではＴＥモ
ードの利得が最大になる波長λPが回折格子の周期で決
まる発振波長に一致するように活性層の組成及び回折格
子の周期Λを調整していることによる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】偏光素子を用いてＴＭ
モード偏波光を得る構成では、偏光素子の微小化ができ
ないことが素子の集積度を上げるうえで、大きな障害と
なるという問題点を有していた。
モード偏波光を得る構成では、偏光素子の微小化ができ
ないことが素子の集積度を上げるうえで、大きな障害と
なるという問題点を有していた。
【０００５】本発明はかかる点に鑑み、従来の半導体レ
ーザデバイス構造を活用し、モノシリック集積化を可能
とし、さらに、強度の大きいＴＭモード偏波成分の発振
が得られる光集積回路用半導体レーザ装置を提供するこ
とを目的とする。
ーザデバイス構造を活用し、モノシリック集積化を可能
とし、さらに、強度の大きいＴＭモード偏波成分の発振
が得られる光集積回路用半導体レーザ装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された第一、第二のストライプ状の活性導波路が、互い
の共振器方向が直角になるように配置され、前記２つの
導波路が交差する領域に回折格子が形成されている半導
体レーザ装置とする。
された第一、第二のストライプ状の活性導波路が、互い
の共振器方向が直角になるように配置され、前記２つの
導波路が交差する領域に回折格子が形成されている半導
体レーザ装置とする。
【０００７】
【作用】基板上に形成された回折格子（グレーディン
グ）は周期的な屈折率の変化を生じる効果をもつ。これ
によりグレーディングに入射した単色光はブラッグ回折
の作用を受ける。ここでグレーディングへの入射光の偏
波成分によって、回折効率の入射角への依存性が異な
る。図１（ａ）に示すように、グレーティングに対する
入射角度がたとえば４５度の時、ＴＥモードは１００％
透過しＴＭモードのみ回折される。さらに入射光の回折
効率はグレーディングの形状と入射角度で決まるのでこ
れらの条件を最適化することによって回折効率を向上さ
せることができる。図１（ｂ）に示すように、基板上に
２つの活性導波路を互いの共振器方向が直角になるよう
に配置し、これら２つの活性導波路の交差する領域に所
定の形状のグレーティングを形成し、第一の活性導波路
からグレーティングへの入射光、及び第２の活性導波路
への反射光を４５度とする。２つの活性導波路層領域の
端面を壁開面とするか、あるいは高反射コート膜を施す
等によって、回折格子を介し、かつ利得導波路を両端に
もつＴＭモード偏波光のみの共振器が形成される。増幅
されたＴＭモード偏波光の一部は回折格子を透過するの
で、強度の大きいＴＭモード外部出力光が導波路から得
られる。さらに、回折格子の波長選択性によって、動的
単一縦モード発振を得ることができる。ＴＥモードにつ
いては、回折格子を透過するため共振器として作用しな
いためレーザ発振しない。
グ）は周期的な屈折率の変化を生じる効果をもつ。これ
によりグレーディングに入射した単色光はブラッグ回折
の作用を受ける。ここでグレーディングへの入射光の偏
波成分によって、回折効率の入射角への依存性が異な
る。図１（ａ）に示すように、グレーティングに対する
入射角度がたとえば４５度の時、ＴＥモードは１００％
透過しＴＭモードのみ回折される。さらに入射光の回折
効率はグレーディングの形状と入射角度で決まるのでこ
れらの条件を最適化することによって回折効率を向上さ
せることができる。図１（ｂ）に示すように、基板上に
２つの活性導波路を互いの共振器方向が直角になるよう
に配置し、これら２つの活性導波路の交差する領域に所
定の形状のグレーティングを形成し、第一の活性導波路
からグレーティングへの入射光、及び第２の活性導波路
への反射光を４５度とする。２つの活性導波路層領域の
端面を壁開面とするか、あるいは高反射コート膜を施す
等によって、回折格子を介し、かつ利得導波路を両端に
もつＴＭモード偏波光のみの共振器が形成される。増幅
されたＴＭモード偏波光の一部は回折格子を透過するの
で、強度の大きいＴＭモード外部出力光が導波路から得
られる。さらに、回折格子の波長選択性によって、動的
単一縦モード発振を得ることができる。ＴＥモードにつ
いては、回折格子を透過するため共振器として作用しな
いためレーザ発振しない。
【０００８】
【実施例】図２は本発明の第１の実施例における半導体
レーザ装置の断面斜視図を示すものである。図２におい
て、６はｎ−ＩｎＰ基板、５は電子線ビーム直接描画法
により７、８の第一、第２の活性導波路の共振器方向に
対して４５度傾くように基板６上に描写された回折格子
である。第一、第二の活性導波路７、８は波長組成1.55
μｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層２、波長組成 1.3μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
導波路層３、電極４、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層１０、
電流閉じ込め層１１、ＨＲ（高反射）コート膜１２によ
って構成されている。
レーザ装置の断面斜視図を示すものである。図２におい
て、６はｎ−ＩｎＰ基板、５は電子線ビーム直接描画法
により７、８の第一、第２の活性導波路の共振器方向に
対して４５度傾くように基板６上に描写された回折格子
である。第一、第二の活性導波路７、８は波長組成1.55
μｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層２、波長組成 1.3μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
導波路層３、電極４、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層１０、
電流閉じ込め層１１、ＨＲ（高反射）コート膜１２によ
って構成されている。
【０００９】本発明の半導体レーザの製造方法の概略を
述べる。まず、基板６上に導波層３、活性層１、クラッ
ド層２の順番に積層し、次に図２に示すように、活性導
波路７、８が直角に形成されるようにエッチング処理に
よってメサを形成する。但し、直角に配置された活性導
波路７、８の直交する部分は基板上にグレーディング５
を形成した上に導波層が積層されている。グレーディン
グ５の方向は活性導波路７、８に対して４５度傾いてい
るようにする。次にｐ−ＩｎＰ電流ブロック層１０、電
流閉じこめ層１１をエッチングされた部分に積層する
（埋め込み成長）。活性導波路７、８の端面は壁開によ
って形成された壁開面に、高反射コート膜が施されてい
る。以上によって活性導波路を持つＴＭモード光の共振
器が形成され、ＴＭモード発振のレーザとなる。共振器
内を進行するＴＭモード光の一部は回折されないで導波
路９から出力光として得られる。
述べる。まず、基板６上に導波層３、活性層１、クラッ
ド層２の順番に積層し、次に図２に示すように、活性導
波路７、８が直角に形成されるようにエッチング処理に
よってメサを形成する。但し、直角に配置された活性導
波路７、８の直交する部分は基板上にグレーディング５
を形成した上に導波層が積層されている。グレーディン
グ５の方向は活性導波路７、８に対して４５度傾いてい
るようにする。次にｐ−ＩｎＰ電流ブロック層１０、電
流閉じこめ層１１をエッチングされた部分に積層する
（埋め込み成長）。活性導波路７、８の端面は壁開によ
って形成された壁開面に、高反射コート膜が施されてい
る。以上によって活性導波路を持つＴＭモード光の共振
器が形成され、ＴＭモード発振のレーザとなる。共振器
内を進行するＴＭモード光の一部は回折されないで導波
路９から出力光として得られる。
【００１０】なお本実施例では、ＩｎＰ基板上の埋め込
みストライプ型レーザを例にとって説明したが、本発明
は、上記の一実施例を変型して実施できることはいうま
でもなく、例えばグレーディングの形成方法、基板６、
活性層１、クラッド層２、導波路層３、導波路９を構成
する材料やその組成、導波路９と第一、第二の活性導波
路７の結合方法は、その目的によって種々選択し得るも
のである。
みストライプ型レーザを例にとって説明したが、本発明
は、上記の一実施例を変型して実施できることはいうま
でもなく、例えばグレーディングの形成方法、基板６、
活性層１、クラッド層２、導波路層３、導波路９を構成
する材料やその組成、導波路９と第一、第二の活性導波
路７の結合方法は、その目的によって種々選択し得るも
のである。
【００１１】次に動作原理について簡単に説明する。レ
ーザ発振に十分な利得が得られることが必要条件である
が、回折格子５の形状によって決まる結合定数を最適値
にし、回折格子幅Λ＝２４００Ａ，Ｌ＝２０μｍのとき
ＴＭモード偏波成分の回折効率が３０％が得られるの
で、これは発振条件を満たす程度の内部損失を生じるに
留まっている。ＴＥモード偏波成分の回折効率は０％で
ある。図１に示すようにＴＭモード光は直角に結合して
いる活性導波路１と活性導波路２を介して増幅され導波
路９によって外部に出力される。これによりＴＭモード
発振のレーザが得られる。
ーザ発振に十分な利得が得られることが必要条件である
が、回折格子５の形状によって決まる結合定数を最適値
にし、回折格子幅Λ＝２４００Ａ，Ｌ＝２０μｍのとき
ＴＭモード偏波成分の回折効率が３０％が得られるの
で、これは発振条件を満たす程度の内部損失を生じるに
留まっている。ＴＥモード偏波成分の回折効率は０％で
ある。図１に示すようにＴＭモード光は直角に結合して
いる活性導波路１と活性導波路２を介して増幅され導波
路９によって外部に出力される。これによりＴＭモード
発振のレーザが得られる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の半導体レーザの構造を活用しながら、動的単一縦
モードのＴＭモード偏波光発振する、モノシリック集積
化が可能な光集積回路用半導体レーザ装置を得ることが
できる。
従来の半導体レーザの構造を活用しながら、動的単一縦
モードのＴＭモード偏波光発振する、モノシリック集積
化が可能な光集積回路用半導体レーザ装置を得ることが
できる。
【図１】本発明の動作説明図
【図２】本発明の一実施例の構成の説明図
【図３】従来例のＴＥ−ＴＭモード変換回路の説明図
１ 波長組成1.55μｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性
層 ２ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ３ 波長組成 1.3μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層 ４ 電極 ５ 回折格子 ６ ｎ−ＩｎＰ基板 ７ 第一の活性導波路 ８ 第二の活性導波路 ９ 導波路 １０ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層 １１ 電流閉じ込め層 １２ ＨＲ（高反射）コート膜
層 ２ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ３ 波長組成 1.3μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層 ４ 電極 ５ 回折格子 ６ ｎ−ＩｎＰ基板 ７ 第一の活性導波路 ８ 第二の活性導波路 ９ 導波路 １０ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層 １１ 電流閉じ込め層 １２ ＨＲ（高反射）コート膜
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に形成された第一、第二のストライ
プ状の活性導波路が、互いの共振器長方向が直角になる
ように配置され、さらに前記２つの導波路が交差する領
域に回折格子が形成されている半導体レーザ装置。 - 【請求項２】前記第一、第二の活性導波路の端面に高反
射コート膜を有する請求項１記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33467591A JPH05167196A (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33467591A JPH05167196A (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05167196A true JPH05167196A (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=18279991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33467591A Pending JPH05167196A (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05167196A (ja) |
-
1991
- 1991-12-18 JP JP33467591A patent/JPH05167196A/ja active Pending
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