JPH0548197A - 分布帰還形半導体レーザ - Google Patents

分布帰還形半導体レーザ

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JPH0548197A
JPH0548197A JP22114991A JP22114991A JPH0548197A JP H0548197 A JPH0548197 A JP H0548197A JP 22114991 A JP22114991 A JP 22114991A JP 22114991 A JP22114991 A JP 22114991A JP H0548197 A JPH0548197 A JP H0548197A
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JP
Japan
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diffraction grating
face
resonator
phase
length
Prior art date
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Pending
Application number
JP22114991A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Kurosaki
武志 黒崎
Mitsuo Fukuda
光男 福田
Takuo Hirono
卓夫 廣野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 出射側端面から十分な光出力を得ることがで
き、かつDFBレーザの単一モード発振を損なうことな
く、また、できるだけ簡単な構造およびプロセスによ
り、戻り光誘起雑音を低減することができるDFBレー
ザを提供することにある。 【構成】 活性層3とガイド層4とから形成される光導
波路(共振器)に回折格子を有し、かつこの回折格子の
位相が途中で不連続部9となった構造をもつDFBレー
ザであって、出射端面に誘電体膜10を被覆することによ
って、端面の反射率を変え、さらに回折格子の位相が回
折格子の凹凸の周期の2分1だけシフトするうよな位相
の不連続部分の位置、および回折格子による光の結合定
数κと共振器長Lとの積κLの大きさを最適化すること
によって、戻り光誘起雑音の低減を図ったDFBレーザ
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザの特性悪
化の大きな要因の一つである戻り光誘起雑音を低減する
分布帰還形半導体レーザ(以下、DFBレーザと略記す
る)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の戻り光誘起雑音低減のための構造
の一例として、InGaAsP/InP 系の DFBレーザの構造を図
2に示す。
【0003】図2において、1はn形InP 基板、2は基
板1の上のn形InP クラッド層、3はInP クラッド層2
の上の InGaAsP活性層、4は活性層3の上の回折格子を
有する InGaAsPガイド層、5はガイド層4の上のp形In
P クラッド層、6はクラッド層5を覆うp形 InGaAsPキ
ャップ層、7は基板1の面に形成したn側電極、8はキ
ャップ層6に形成したp側電極、11は出射端面に SiO2
と Al2O3を交互に重ねて被覆した誘電体多層膜である。
【0004】このレーザの動作は、電極8に正の電圧、
電極7に負の電圧を印加し、活性層3に電流を流すこと
によって、電子と正孔が注入され、それらの再結合によ
って光が発生し、その光がガイド層4に形成された回折
格子によって、さらに波長選択性が高められるので、単
一モードで発振するものである。また、このレーザの端
面に被覆した誘電体多層膜11は、端面の反射率を変える
ためのものであり、これを端面に被覆することによっ
て、端面の反射率を高くし、反射戻り光が活性層内部に
入射するのを抑制することができる構造となっている。
【0005】しかしながら、このような誘電体多層膜を
被覆したDFB レーザでは、端面の反射率が高くなるの
で、出射端面からの光出力が非常に小さくなってしまう
ことが、実用上大きな問題となる。また、回折格子によ
る光の結合定数κと共振器の長さLとの積κLを大きく
することも、DFB レーザの戻り光誘起雑音を抑制する方
法として報告されているが、(Y. Yoshikuni. H. Kawagu
chi and T. Ikegami .“Intensity fluctuation of1.5
μm InGaAsP/InP distributed feedback Iasers involv
ing the opticalfeedback effect ”. IEE Proc., vil.
132. Pt. J,No.1 , Feb. 1985.) 実際にはホールバー
ニングという現象が起こり( H. Soda. Y. Kotaki. H.
Sudo.H.Ishikawa. S. Yamakoshi and H. Imai, “Stabi
lity in Single LongitudinalMode Operation in GaInA
sP/InP Phase-Adjusted DFB Lasers ”IEEE. J. Qnantu
m Electron. , vol. QE-23, pp.804-814, June 198
7.)、DFBレーザの単一モード発振そのものが損なわ
れてしまう。
【0006】さらに図1に示すような構造のDFBレー
ザに関して、主モードと副モードとの間に利得差や効
率、しきい値電流を考慮した解析がなされているが、
(山口、水戸、小林:非対称λ/4シフト型 DFB LD の
解析、昭和60年度 電子通信学会半導体・材料部門全国
大会、1−125.)、戻り光誘起雑音の低減といった面で
は考慮されていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の欠点
に鑑みなされたもので、出射側端面から十分な光出力を
得ることができ、かつ DFBレーザの単一モード発振を損
なうことなく、また、できるだけ簡単な構造およびプロ
セスにより、戻り光誘起雑音を低減することができるD
FBレーザを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、従来の構造
をした DFBレーザの出射端面に誘電体膜を被覆すること
によって、端面の反射率を変え、さらに回折格子の位相
が回折格子の凹凸の周期の2分1(共振器内を伝搬する
光の波長の4分1)だけシフトするような位相の不連続
部分(以下、λ/4位相シフトと略記する)の位置、お
よび回折格子による光の結合定数κと共振器長Lとの積
κLの大きさを最適化することによって、戻り光誘起雑
音の低減を図った。
【0009】すなわち本発明のDFBレーザは、活性層
とガイド層とから形成される光導波路(共振器)に回折
格子を有し、かつその回折格子の位相が途中で不連続に
なった構造を持ったもので、(1) 出射側端面には無反射
(AR)コーティングを施し、その反対側にあたる後方
端面はへき開したままの状態で、後方端面からλ/4位
相シフトまでの長さをLs 、レーザの共振器長をLと
し、0.2 ≦Ls /L≦0.4 となる位置にλ/4位相シフ
トを設け、かつ回折格子による光の結合定数κと共振器
長Lとの積κLが、2≦κL≦4とするもの、および
(2) 出射側端面には無反射(AR)コーティングを施
し、その反対側にあたる後方端面には誘電体多層膜によ
る高反射(HR)コーティングを施し、後方端面からλ
/4位相シフトまでの長さをLs、レーザの共振器長を
Lとし、0.1 ≦Ls /L≦0.3 となる位置にλ/4位相
シフトを設け、かつ回折格子による光の結合定数κと共
振器長Lとの積κLが、1≦κL≦3とするものであ
る。
【0010】ただし、結合定数κは、回折格子によっ
て、一方向に進行する光が反射され、反対方向に進行す
る光に変わる、単位長さあたりの割合を表わし、回折格
子の深さ、もしくは回折格子の凹凸の幅の比で決定され
るものである。またλ/4位相シフトは、DFBレーザ
の単一モード性を高めるためのもので、共振器内の電界
は、このλ/4位相シフトのところで最も強くなるよう
な分布を示す。さらに、位相シフトの位置Ls /Lにつ
いては、DFBレーザのモード間利得差ΔαthL、およ
び内部微分量子効率で規格化した外部微分量子効率ηd
/ηi 、戻り光感受率( F. Favte.“Theoretical Anal
ysis of ExternalOpticalFeedback on DFB Semiconduct
or Lasers”, IEEE. J. Quantum Electron., vol.QE-2
3, pp.81-88, Jan. 1987.)|C|を計算し、戻り光の影
響を小さく、かつDFB レーザの単一モード発振器や出力
パワーなどの特性を損なわない範囲を定めた。
【0011】ここで、主モードと副モードの間の利得差
ΔαthLは、副モードの発振器の起こりにくさの目安と
なるものであり、この値が大きいほど、DFB レーザは、
安定な単一モード発振をする。また内部微分量子効率で
規格化した外部微分量子効率ηd /ηi は、構造の違い
による相対的な出射端面からの光出力の大きさを表わす
ものである。さらに戻り光感受率|C|は、反射戻り光
とレーザ共振器内部の電界との結合のし易さを表わすパ
ラメータで、この値が小さいほど、レーザは戻り光の影
響を受けにくくなる。
【0012】これら三つのパラメータの計算結果を図3
〜図8に示す。また、回折格子による光の結合定数κと
共振器長Lとの積κLについては、両端面がへき開した
状態のλ/4位相シフトがないDFBレーザよりも、前
述の戻り光感受率|C|が小さくとれ、かつ出力パワー
が十分とれるように範囲を定めた。
【0013】
【作用】本発明では、DFBレーザの出射端面の反射率
を小さくし、逆に、後方端面の反射率を大きくし、かつ
λ/4位相シフトの位置を共振器中央よりも後方端面側
にすることで、共振器内の電界を後方端面側に偏った分
布とし、この結果、出射面の反射率を小さくしても、反
射戻り光と共振器内の電界との干渉を抑えることを可能
とし、かつ出射側端面からの光出力も十分とることがで
きる。
【0014】
【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。ここでは、本発明の一実施例を InGaAsP
/InP DFBレーザについて述べるが、本発明はこの例にの
み限られるものではない。図1は、本発明の一実施例
の、レーザの活性層方向の断面図であって、1はn形 I
nP基板、2は基板1の上の一方の主面上に形成したn形
InPクラッド層、3はクラッド層2の上に形成した InG
aAsP活性層、4は活性層3の上に形成した回折格子を有
する InGaAsPガイド層、5はガイド層4の上に形成した
p形 InPクラッド層、6はクラッド層5を覆うp形 InG
aAsPキャップ層、7は基板1の露出表面に形成したn側
電極、8はキャップ層6に形成したp側電極、9はλ/
4位相シフト、10は出射側端面に SiO2 を被覆した誘電
体膜を示し、これにより、端面の反射率は約1%まで下
げられている。また後方端面はへき開したままの状態
で、この時の反射率は約30%である。さらにλ/4位相
シフトは、後方端面から不連続部分までの長さをLs 、
レーザの共振器長をLとし、Ls /L=0.3となる位置
に設けられている。ここで、このDFB レーザの回折格子
による光の結合定数κと共振器の長さLとの積κLは、
2から3の範囲にある。
【0015】この実施例のプロセスおよび基本動作は、
従来のDFBレーザと同様であって、電極8へ正の電
圧、電極7へ負の電圧を印加し、活性層3に電流を流す
こと(電子と正孔の注入)により発光を得るものであ
る。実際に共振器長が 300μm の素子を用いて測定した
ところ、両端面ともへき開にしたλ/4位相シフトの無
い回折格子を有するDFBレーザでは、κLが大きくな
ると、ホールバーニングが起こり易くなるので、κLを
小さくしないと、単一モード発振できなくなってしま
う。これに対して、この実施例の構造では、κLが3程
度でも良好な単一モード発振をし、かつ良好な電流−光
出力を得ることができた。
【0016】また、反射戻りがあるときの、レーザの相
対雑音強度(RIN)を測定したところ、約1%の戻り
光量に対してまでは、RINの増加を抑制することがで
きた。ただし、相対雑音強度とは、光出力強度と平均光
出力強度の比を測定周波数帯域で割ったものである。以
上 InGaAsP/InP DFBレーザを例にとり、本発明を説明し
たが、本発明はこの例に限られるものではなく、GaAs等
の他の材料系よりなる場合でも有効である。また、本発
明はp形およびn形の導電形の逆転した、いわゆるp基
板形素子でも有効である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のDFBレ
ーザは、作製工程において、従来のDFBレーザと同じ
方法で作製することができ、しかもDFBレーザの単一
モード性や光出力、しきい値電流等のレーザの諸特性を
損なうことなく、戻り光誘起雑音を低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構造を示す断面図である。
【図2】従来の戻り光誘起雑音を抑制するためのDFB
レーザの一例の構造を示す断面図である。
【図3】請求項1に記載のDFBレーザの構造におい
て、λ/4位相シフトの位置Ls/Lを変えたときのモ
ード間利得差ΔαthLを示す図である。
【図4】請求項1に記載のDFBレーザの構造におい
て、λ/4位相シフトの位置Ls/Lを変えたときの規
格化外部微分量子効率ηd /ηi を示す図である。
【図5】請求項1に記載のDFBレーザの構造におい
て、λ/4位相シフトの位置Ls/Lを変えたときの戻
り光感受率|C|を示す図である。
【図6】請求項2に記載のDFBレーザの構造におい
て、λ/4位相シフトの位置Ls/Lを変えたときのモ
ード間利得差ΔαthLを示す図である。
【図7】請求項2に記載のDFBレーザの構造におい
て、λ/4位相シフトの位置Ls/Lを変えたときの規
格化外部微分量子効率ηd /ηi を示す図である。
【図8】請求項2に記載のDFBレーザの構造におい
て、λ/4位相シフトの位置Ls/Lを変えたときの戻
り光感受率|C|を示す図である。
【符号の説明】
1 n形 InP基板 2 n形 InPクラッド層 3 InGaAsP 活性層 4 InGaAsP ガイド層 5 p形 InPクラッド層 6 p形InGaAsP キャップ層 7 n側電極 8 p側電極 9 位相の不連続部分(λ/4位相シフト) 10 SiO2誘電体膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層とガイド層とから形成される光導
    波路(共振器)に回折格子を有し、かつこの回折格子の
    位相が途中で不連続になった構造をもつ分布帰還形半導
    体レーザにおいて、 出射側端面には無反射(AR)コーティングを施し、そ
    の反対側にあたる後方端面はへき開したままの状態で、
    かつ回折格子の位相の不連続部分で、位相が回折格子の
    凹凸の周期の2分の1(共振器内を伝搬する光の波長の
    4分の1)だけシフトしていて、後方端面から不連続部
    分までの長さをLs 、レーザの共振器長をLとし、0.2
    ≦Ls /L≦0.4 となる位置に不連続部分を設け、かつ
    回折格子によって、一方向に進行する光が反射され、反
    対方向に進行する光に変わる、単位長さあたりの割合を
    結合定数κとし、結合定数κと共振器長Lとの積κL
    が、2≦κL≦4としたことを特徴とする分布帰還形半
    導体レーザ。
  2. 【請求項2】 活性層とガイド層とから形成される光導
    波路(共振器)に回折格子を有し、かつこの回折格子の
    位相が途中で不連続になった構造をもつ分布帰還形半導
    体レーザにおいて、 出射側端面には無反射(AR)コーティングを施し、そ
    の反対側にあたる後方端面には誘電体多層膜による高反
    射(HR)コーティングを施し、かつ回折格子の位相の
    不連続部分で、位相が回折格子の凹凸の周期の2分の1
    (共振器内を伝搬する光の波長の4分の1)だけシフト
    していて、後方端面から不連続部分までの長さをLs 、
    レーザの共振器長をLとし、0.1 ≦Ls /L≦0.3 とな
    る位置に不連続部分を設け、かつ回折格子によって、一
    方向に進行する光が反射され、反対方向に進行する光に
    変わる、単位長さあたりの割合を結合定数κとし、結合
    定数κと共振器長Lとの積κLが、1≦κL≦3とした
    ことを特徴とする分布帰還形半導体レーザ。
JP22114991A 1991-08-07 1991-08-07 分布帰還形半導体レーザ Pending JPH0548197A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6330268B1 (en) 1998-08-27 2001-12-11 Nec Corporation Distributed feedback semiconductor laser
JP2003051640A (ja) * 2001-08-07 2003-02-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
US6574261B2 (en) 1998-08-27 2003-06-03 Nec Corporation Distributed feedback semiconductor laser
US6788725B2 (en) 2001-11-14 2004-09-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device

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