JPH05175586A - 半導体波長可変素子 - Google Patents

半導体波長可変素子

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JPH05175586A
JPH05175586A JP34099391A JP34099391A JPH05175586A JP H05175586 A JPH05175586 A JP H05175586A JP 34099391 A JP34099391 A JP 34099391A JP 34099391 A JP34099391 A JP 34099391A JP H05175586 A JPH05175586 A JP H05175586A
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JP
Japan
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layer
wavelength
semiconductor
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wavelength tuning
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Withdrawn
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JP34099391A
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Kazuhiro Tanaka
一弘 田中
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、光通信等に用いられる半導体波長可
変素子に関し、波長チューニング層の注入電流を変化さ
せても、発振波長可変レーザとして用いる場合は一定の
光出力が得られ、選択波長可変フィルタとして用いた場
合は、閾値電流が変化しない半導体波長可変素子を提供
することを目的とする。 【構成】第2活性層10は、半導体基板16の回折格子
12上に形成された、波長をマッチングさせる波長チュ
ーニング層8と波長チューニング層8上部の波長チュー
ニング層6との間に挟まれて形成されている。波長チュ
ーニング層6上に共通電極層4が形成され、共通電極層
4上に活性層2が形成されている。活性層2上にはクラ
ッド層14が形成されているように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に用いられる
半導体波長可変素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信は実用期に入り、光及び光
ファイバを用いた大容量情報伝達が行われている。今
日、さらに情報伝達の大容量化を達成すべく様々な研究
が行われている。その研究の一つに波長多重化の方法が
ある。波長多重化は、多数の信号をそれぞれ波長の異な
る複数の光に変換し、一つの光ファイバに多重化して一
括伝送し、受信側では送られてきた光を波長選択し、各
々の信号として受信するものである。また、この波長多
重化方法は、情報伝達だけでなく交換などの信号処理に
用いることも考えられている。
【0003】このようなシステムにおいて、特定の波長
を選択して発振する発振波長可変レーザや、選択する波
長を変えることのできる選択波長可変フィルタ等の半導
体波長可変素子の性能が重要になる。図4を用いて従来
の半導体波長可変素子について説明する。図4は、従来
の半導体波長可変素子の光導波方向の断面図である。
【0004】この従来の半導体波長可変素子の構造及び
動作について説明する。半導体基板16上に回折格子1
2が形成され、回折格子12上に波長をマッチングさせ
る波長チューニング層6が形成されている。波長チュー
ニング層6と波長チューニング層6上部に形成された活
性層2との間に共通電極層4が形成されている。活性層
2上にはクラッド層14が形成されている。
【0005】光の導波方向に活性層2と波長チューニン
グ層6が平行して配置されており、光はこれらを含む導
波路上を導波される。このためこの構造は二重導波路構
造と呼ばれる。活性層2と波長チューニング層6はそれ
ぞれ独立に電流を注入できるようになっている。波長チ
ューニング層6に電流が注入されると、波長チューニン
グ層6の屈折率が変化することにより、導波光の導波路
内波長が変化し、回折格子12で決定される選択波長を
変えることができる。
【0006】この二重導波路構造の半導体波長可変素子
によれば、共通電極層4からの注入電流を変化させるこ
とにより連続的に波長を変化させることができ、波長可
変レーザとして使用する場合は発振波長を、また、波長
可変フィルタとして使用する場合は選択波長を制御する
ことができる。図中に示されたグラフは、導波路内の光
強度分布を示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の波長可
変素子を用いた場合、波長チューニング層6に電流を注
入すると、発振波長または選択波長を変化させるための
波長チューニング層6の屈折率を変化させることができ
るが、同時に注入電流による自由キャリアの増大によ
り、光吸収も増加してしまう。従って、所定の波長を選
択するために波長チューニング層6に注入する電流を大
きくすればするほど光吸収が増加してしまうという問題
が生じてしまう。
【0008】これにより、発振波長可変レーザとして用
いる場合は光出力の低下の問題が生じ、選択波長可変フ
ィルタとして用いた場合は、閾値電流が変わってしまう
ためその調整が必要であるという問題があった。本発明
の目的は、波長チューニング層の注入電流を変化させて
も、発振波長可変レーザとして用いる場合は一定の光出
力が得られ、選択波長可変フィルタとして用いた場合
は、閾値電流が変化しない半導体波長可変素子を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図である。本発明による半導体波長可変素子の構造を図
1(a)を用いて説明する。本発明による半導体波長可
変素子の構造上の特徴は、半導体基板16上に、導波光
を増幅させるように機能する薄い層厚の第2活性層10
が形成されていることである。第2活性層10は、半導
体基板16の回折格子12上に形成された、波長をマッ
チングさせる波長チューニング層8と波長チューニング
層8上部の波長チューニング層6との間に挟まれて形成
されている。波長チューニング層6上に共通電極層4が
形成され、共通電極層4上に活性層2が形成されてい
る。活性層2上にはクラッド層14が形成されている。
【0010】このように、本発明による半導体波長可変
素子は、従来の波長チューニング層6を上下に別けて波
長チューニング層6、8とし、この波長チューニング層
6、8の間に新たに別の半導体層である第2活性層10
を挟み込んだ構造になっている。図中示された曲線は、
導波路中の光の強度分布を示している。この第2活性層
10の組成は、電流を注入することによって導波する光
を増幅できるような組成である必要がある。図1(b)
は、図1(a)に示した本発明の半導体波長可変素子の
A−A′断面における禁制帯のバンドギャップを示す図
である。横軸はA−A′断面の各層を示し、縦軸はバン
ドギャップエネルギを示している。活性層2及び波長チ
ューニング層6、8に挟まれた第2活性層10のエネル
ギレベルはほぼ同じであり、光のエネルギレベルとほぼ
一致している。波長チューニング層6が量子構造の場合
は、第1準位間に実効的バンドギャップをとるものとす
る。
【0011】次に、本発明による半導体波長可変素子の
波長可変動作を図1(c)を用いて説明する。図1
(c)の横軸は波長チューニング層6、8に注入する電
流値であり、縦軸は光吸収を示している。図中Aで示す
曲線は波長チューニング層6の自由キャリアによる光吸
収の増大を示している。図中Bで示す曲線は第2活性層
10で得られる光増幅を示している。図中Cは、本発明
の半導体波長可変素子全体の光吸収を示している。
【0012】波長チューニング層6、8に電流を注入す
ると、第2活性層10に電子・正孔が注入され、それと
共にキャリアオーバフロー等により波長チューニング層
6、8に電子・正孔が注入される。波長チューニング層
6、8に電子・正孔が注入されると自由キャリア吸収が
増加する。一方、第2活性層10ではキャリア注入によ
り光吸収の減少もしくは増幅が生じる。従って、光吸収
の増大(図中A)と光吸収の減少(図中B)をバランス
させることにより、自由キャリア吸収による光吸収の増
加を補償することができ、光吸収を常にほぼ一定の値
(図中C)にしておくことができる。
【0013】即ち、第2活性層10は、波長チューニン
グ層6、8で生じる光吸収による損失を補償し、本発明
による半導体波長可変素子を選択波長レーザとして用い
る場合には光出力を一定強度に保つことができ、また、
選択波長可変フィルタとして用いる場合には閾値電流を
一定の値に保つことのできる損失補償層として機能する
ことになる。
【0014】
【作用】本発明によれば、第2活性層が波長チューニン
グ層6、8で生じる光吸収による損失を補償する損失補
償層として機能するので、波長チューニング層の注入電
流を変化させても、発振波長可変レーザとして用いる場
合は一定の光出力が得られ、選択波長可変フィルタとし
て用いた場合は、閾値電流が変化しない半導体波長可変
素子を実現できる。
【0015】
【実施例】本発明の一実施例による半導体波長可変素子
を図2及び図3を用いて説明する。図2は本発明の一実
施例による半導体波長可変素子の断面図である。本発明
の一実施例による半導体波長可変素子の構造について説
明する。
【0016】p−InP基板30上に、導波光を増幅さ
せるための厚さ約2.5nmの薄いIn0.7 Ga0.3
s歪活性層36が形成されている。この歪活性層36
が、上記の本発明の原理を説明した図1の第2活性層1
0に対応している。歪活性層36は、歪活性層36上に
形成された波長チューニング層34と、p−InP基板
30の歪活性層36近傍に形成された回折格子50上部
の波長チューニング層32とに挟まれた構造となってい
る。波長チューニング層32は、組成波長1.4μmの
InGaAsP層であり、層厚は0.1μmである。波
長チューニング層34は、組成波長1.4μmのInG
aAsP層であり、層厚は0.15μmである。
【0017】波長チューニング層34上に共通電極層3
8が形成され、共通電極層38上に活性層40が形成さ
れている。活性層40上にはp−InPクラッド層42
が形成されている。クラッド層42上には、p+ −In
GaAsPコンタクト層44を介して活性層側電極48
が形成されている。p−InP基板30裏面には波長チ
ューニング層側電極46が形成されている。
【0018】図3に本発明の一実施例による半導体波長
可変素子のB−B′断面図を示す。図3を用いて、本発
明の一実施例による半導体波長可変素子の埋込み構造及
び電極構造を説明する。p−InP基板30上にn−I
nP埋込み層60が形成されている。n−InP埋込み
層60のInGaAsP層34とInGaAsP活性層
40に挟まれた部分がn−InP共通電極38である。
InGaAsP活性層40の周囲からn−InP埋込み
層60の上面に、エッチングストップ層として機能する
n−InGaAsPコンタクト層62が形成されてい
る。InGaAsP活性層40の周囲でn−InGaA
sPコンタクト層62上にn−InP層64が形成さ
れ、InGaAsP活性層40上及びn−InP層64
上にp−InPクラッド層42が形成されている。p−
InPクラッド層42上にはp+ −InGaAsPコン
タクト層44が形成されている。上部全面にSiO2
66が形成され、p+ −InGaAsPコンタクト層4
4の上部とn−InP埋込み層60の上部が一部開口さ
れ、p+ −InGaAsPコンタクト層44とコンタク
トする活性層側電極48、n−InGaAsPコンタク
ト層62及びn−InP埋込み層60を介してn−In
P共通電極38にコンタクトする共通電極68が形成さ
れている。
【0019】本実施例による半導体波長可変素子は、本
発明の原理説明図(図1)における第2活性層10とし
て機能する歪活性層36に、厚さ約2.5nmの井戸層
幅の小さい歪量子井戸を用いることにより、波長チュー
ニング層32、34の注入電流が小さい場合の光吸収を
小さく抑え、かつ自由キャリア吸収を補償できる構造と
している。これにより、波長チューニング層32、34
に電流を注入したときの光吸収増加を補償でき特性向上
が図られる。
【0020】本発明は、上記実施例に限らず種々の変形
が可能である。例えば、本実施例においては、第2活性
層10として歪活性層36を用いたが、第2活性層10
はこれに限られることはなく、無歪活性層である例えば
厚さ6.5nmのIn0.53Ga0.47As層、或いはバル
クである例えば厚さ20〜50nmのInGaAsP
(λg =1.55μm)層を用いてもよい。
【0021】また、本実施例の半導体波長可変素子には
一定周期の回折格子を用いたが、位相シフト回折格子を
用いても本発明を適用することはもちろん可能である。
【0022】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、第2活性
層が波長チューニング層で生じる光吸収による損失を補
償する損失補償層として機能するので、波長チューニン
グ層の注入電流を変化させても、一定の光出力が得られ
る発振波長可変レーザ、または閾値電流が変化しない選
択波長可変フィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】本発明の一実施例による半導体波長可変素子の
断面図である。
【図3】本発明の一実施例による半導体波長可変素子の
B−B′断面図である。
【図4】従来の半導体波長可変素子の断面図である。
【符号の説明】
2…活性層 4…共通電極層 6、8…波長チューニング層 10…第2活性層 12…回折格子 14…クラッド層 16…半導体基板 30…p−InP基板 32、34…InGaAsP層 36…InGaAs歪活性層 38…n−InP共通電極 40…InGaAsP活性層 42…p−InPクラッド層 44…p+ −InGaAsPコンタクト層 46…波長チューニング層側電極 48…活性層側電極 50…回折格子 60…n−InP埋込み層 62…n−InGaAsPコンタクト層 64…n−InP層 66…SiO2 層 68…共通電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板上に形成
    された回折格子と、前記回折格子上に形成され、波長を
    マッチングさせる波長チューニング層と、前記波長チュ
    ーニング層上に形成された共通電極層と、前記共通電極
    層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された
    クラッド層とを有する半導体波長可変素子において、 前記波長チューニング層には、電流注入時に導波光を増
    幅させる半導体層が挟み込まれていることを特徴とする
    半導体波長可変素子。
JP34099391A 1991-12-24 1991-12-24 半導体波長可変素子 Withdrawn JPH05175586A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5568311A (en) * 1994-05-30 1996-10-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Wavelength tunable semiconductor laser device
GB2369492A (en) * 2000-11-28 2002-05-29 Kamelian Ltd (Ga,In)(N,As) Laser structures using distributed feedback
JP2003234540A (ja) * 2002-02-12 2003-08-22 Mitsubishi Electric Corp 分布帰還型レーザ装置、半導体光装置および分布帰還型レーザ装置の製造方法

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