JPH0582907A - 半導体レーザアレイおよびその駆動方法 - Google Patents

半導体レーザアレイおよびその駆動方法

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JPH0582907A
JPH0582907A JP24091591A JP24091591A JPH0582907A JP H0582907 A JPH0582907 A JP H0582907A JP 24091591 A JP24091591 A JP 24091591A JP 24091591 A JP24091591 A JP 24091591A JP H0582907 A JPH0582907 A JP H0582907A
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laser
lasers
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electrode
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JP24091591A
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Tadao Inoue
忠夫 井上
Kazuhiro Tanaka
一弘 田中
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モノリシックの半導体レーザアレイおよびそ
の駆動方法に関し,レーザ間のクロストークを低減する
ことを目的とする。 【構成】 1)同一基板に複数のレーザが配列して形成
されたレーザアレイであって,隣接するレーザ間に該基
板を露出する領域を設けその表面に1個以上のレーザ間
電極7を有する,2)前記レーザ間電極を一定電位に保
ち,各半導体レーザを独立に電流注入または電圧印加に
より変調する,3)前記レーザ間電極に,該レーザ間電
極に隣接するレーザに流す電流変動と逆相の電圧変動を
印加して変調する,4)同一基板に形成されたレーザア
レイの,一部のレーザに独立に電流を注入して制御し,
それに隣接するレーザに固定電位または逆相の電圧変動
を与える,5)上記の固定電位または逆相の電圧変動を
与えるレーザの上部電極と該基板とが電気的に接続され
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】本発明はモノリシックの半導体レ
ーザアレイおよびその駆動方法に関する。近年,光によ
る並列信号処理や,光による機器間,ボード間の信号伝
達を行う光インタコネクトが注目され,複数の半導体レ
ーザを独立に制御できる半導体レーザアレイが要求され
ている。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体レーザアレイは,単に半導
体レーザが1枚の基板上に配列して形成されているだけ
であった1)
【0003】1) 例えば, M.TSUNEKANE et.al.,HIGH POW
ER INDIVIDUALLY ADDRESSABLE MONOLITHIC LASER DIODE
ARRAY,ELECTRONICS LETTERS 3rd. August 1989, Vol.2
5 No16, pp1091.そのため,アレイを構成する半導体レ
ーザをそれぞれ独立に変調させた場合,1つの半導体レ
ーザにかかる電圧変化が,基板または基板上に形成され
たエピタキシャル層を経て,隣の半導体レーザに伝わ
り,結果的に隣の半導体レーザにも電気的変調をもたら
すという,電気的クロストークが大きかった。
【0004】図6 (A)〜(C) は従来例の説明図である。
図6(A) は半導体レーザアレイの断面図,図6(B) は等
価回路図(1) ,図6(C) は等価回路図(2) である。
【0005】図6(B) の等価回路を簡略化すると,図6
(C) の等価回路が得られる。説明の便宜上,図は多数あ
るレーザの内隣接する2つだけを示している。図におい
て,1は半導体基板, 2はレーザの活性層,3はクラッ
ド層等,4は絶縁膜,5は上部電極,6は基板裏面に形
成された下部電極である。
【0006】いま,左のレーザをLDa ,右のレーザをLD
b とする。レーザLDa に電流Ia を流したとき上部電極
の電圧をVa とする。半導体レーザは発振する付近のバ
イアスでは, 半導体レーザの活性層にかかる電圧は一定
となり, これをVpnとする。
【0007】上部電極から活性層を経て流れた電流は下
部電極に向かって下方へRa1,Ra2を経て流れるととも
に,拡散して横方向にも流れRabを経て隣のレーザの下
部に流れ込む,この電流をIabとする。
【0008】レーザLDb についても,同様にIb
b ,Rb1,Rb2等を定義する。さらに,前記のように
pnが一定であるから,次式で示されるVa0 ,Vb0を定
義する。
【0009】 Va0=Va −Vpn , Vb0=Vb −Vpn . 図6(C) の等価回路の回路方程式(1) 〜(3)を解くと,
a0 ,Vb0は式(4),(5) で与えられる。
【0010】 Va0=Ra1a +Ra2(Ia −Iab)・・・・・・・・・・・(1) Vb0=Rb1b +Rb2(Ib +Iab)・・・・・・・・・・・(2) ここで,Iabは次式より求まる。
【0011】 Ra2(Ia −Iab)=Rabab+Rb2(Ib +Iab) Ra2a −Rb2b =(Rab+Ra2+Rb2)Iabab=(Ra2a −Rb2b )/(Rab+Ra2+Rb2)・・・(3) (3)式を(1) ,(2) 式に入れて, Va0=Ra1a +Ra2〔Ia −(Ra2a −Rb2b )/(Rab+Ra2+Rb2)〕 =〔Ra1+Ra2−Ra2 2 /(Rab+Ra2+Rb2)〕Ia +〔Ra2b2/(Rab+Ra2+Rb2)〕Ib ・・・・・・(4) Vb0=〔Rb1+Rb2−Rb2 2 /(Rab+Ra2+Rb2)〕Ib +〔Ra2b2/(Rab+Ra2+Rb2)〕Ia ・・・・・・(5) を得る。
【0012】ここで,各レーザの構造が同じ場合は,
a1=Rb1=R1,a2=Rb2=R2 とおくと, 次式が得ら
れる。 Va0=〔R1 +R2 −R2 /(Rab/R2 +2)〕Ia +〔R2 /(Rab2 +2)〕Ib 式(4)より,Va0を決定するのはIa だけでなく, 隣の
レーザに流す電流Ib の影響を受けることが分かる。
【0013】式(4), (5) のVa0 ,Vb0は各半導体レー
ザの活性層近傍の電位であり,これが制御電流以外の要
因で大きく変動すると, レーザ発振が誤動作になる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は同一基板上に
形成された半導体レーザ間のクロストークを低減するこ
とを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は,1)
同一基板に複数のレーザが配列して形成されたレーザア
レイであって,隣接するレーザ間に該基板を露出する領
域を設けその表面に1個以上のレーザ間電極(7) を有す
る半導体レーザアレイ,あるいは2)前記レーザ間電極
(7) を一定電位に保ち,各半導体レーザを独立に電流注
入または電圧印加により変調する半導体レーザアレイの
駆動方法,あるいは3)前記レーザ間電極(7) に,該レ
ーザ間電極(7) に隣接するレーザに流す電流変動と逆相
の電圧変動を印加して変調する半導体レーザアレイの駆
動方法,あるいは4)同一基板に複数のレーザが配列し
て形成されたレーザアレイの,一部のレーザに独立に電
流を注入して制御し,それに隣接するレーザに固定電位
または逆相の電圧変動を与える半導体レーザアレイの駆
動方法,あるいは5)同一基板に複数のレーザが配列し
て形成されたレーザアレイであって,請求項4記載の固
定電位または逆相の電圧変動を与えるレーザの上部電極
と該基板とが電気的に接続されている半導体レーザアレ
イにより達成される。
【0016】
【作用】図1 (A)〜(C) は本発明の原理説明図である。
図1(A) は本発明の半導体レーザアレイの断面図,図1
(B) は等価回路図(1),図1(C) は等価回路図(2) であ
る。
【0017】図1(B) の等価回路を簡略化すると,図1
(C) の等価回路が得られる。図において,1は半導体基
板, 2はレーザの活性層,3はクラッド層等,4は絶縁
膜,5は上部電極,6は基板裏面に形成された下部電
極,7は本発明によるレーザ間電極である。
【0018】本発明では,隣のレーザに流れる電流の影
響を減らすために,図1(A) のように各半導体レーザ間
の基板上に電極7を設けた。このレーザ間電極7に印加
する電圧をVF とし,電極7が半導体レーザ間の中央に
あるとする。
【0019】図1(C) の等価回路の回路方程式(6) ,
(7) を解くと,Va0は式(9) で与えられる。 Va0=Ra1a +Ra2(Ia −Ia ' )・・・・・・・・・(6) VF =(Rab/2)(−Ia ' )+Ra2(Ia −Ia ' ) =Ra2a −(Rab/2+Ra2)Ia ' ・・・・・・・(7) 従って, Ia ' =(Ra2a −VF )/(Rab/2+Ra2)・・・・(8) 式(8) を式(6) に入れ, Va0=Ra1a +Ra2〔Ia −(Ra2a −VF )/(Rab/2+Ra2)〕 =〔Ra1+Ra2 2 /(Rab/2+Ra2)〕Ia −〔Ra2 2 /(Rab/2+Ra2)〕VF ・・・・・・(9) 式(9) によると,VF を固定したとき,Va0はIa だけ
に依存し,隣のレーザに流れる電流の影響はない。
【0020】レーザ間電極7がレーザ間の中央からずれ
ていても同様な効果が得られる。以上の説明は,等価回
路を用いた近似によるもので,厳密には隣のレーザの電
流の影響は皆無にならないものの,本発明により隣接す
るレーザの中間に電極を設け,そこの電位を固定(厳密
には変動を制限)できるので,隣のレーザからの電気的
な影響を低減でき,電気的クロストークを減らすことが
できる。
【0021】レーザ間電極の最も簡単なバイアス方法は
接地することである。また,クロストークを防止する別
の方法として,レーザの変調電流に応じてレーザ間電極
に印加する電圧を変調する方法がある。このためには,
図5に示すようにレーザ間に2つの電極をレーザ共振器
に平行に設ける。この駆動方法は,レーザLDa に流す電
流を変調したときにレーザ上部にかかる電圧Vaが, Va =V’+ΔVa ・・・・・・・・・・・・・・・・(10) で変動するとき,レーザLDa の両側のレーザ間電極に,
ΔVa に比例した電圧変動−αΔVa を与える。
【0022】すなわち,レーザLDa の両側のレーザ間電
極VF, 固定電圧をVF0とすると次式で表される。 VFa=VF0−αΔVa ・・・・・・・・・・・・・・・・(11) ここで, 比例係数αは正数であり,一般にα<1で,負
の符号はレーザにかかる電圧変動と逆相にしてこれを打
ち消すことを表している。
【0023】また,本発明は式(4)または(5) から分か
るように抵抗率の大きな基板を用いた素子に対して効果
が大きい。例えば,InPやGaAs等の半導体基板を用いる
場合, n型基板よりp型基板に対して効果が大きい。
【0024】
【実施例】図2は本発明の実施例1を説明する断面図で
ある。図において,1は半導体基板でp-InP 基板, 2は
レーザの活性層でInGaAsP 層, 3Aはクラッド層でn-InP
層, 3Bは埋込層でn-InP 層, 3Cは電流狭窄層でp-InP層,
3Dはクラッド層でn-InP 層, 3Eはコンタクト層で n+ -
InGaAsP層, 4は絶縁膜でSiO2膜, 5は上部電極でAuGe/
Au 電極, 6は基板裏面に形成された下部電極でAuZn/Au
電極,7は本発明によるレーザ間電極でAuGe/Au 電極
である。
【0025】製造プロセスの概略を次に示す。p-InP 基
板1上に吸収波長端 1.3μm, 厚さ 0.1〜0.2 μmのIn
GaAsP 活性層2, 厚さ 0.5μm程度のn-InPクラッド層3
Aをエピタキシャル成長する。
【0026】次にリソグラフィ技術を用いて, n-InP ク
ラッド層3AとInGaAsP 活性層2を幅1.5μmのメサとし
て残し, 且つメサの中心の間隔が 300μmになるよう
に,SiO2膜をマスクにして選択メサエッチングする。
【0027】次に、メサの両側に, n-InP 層3B, p-InP
電流狭窄層3Cをエピタキシャル成長し,SiO2マスクを除
去する。次に, n-InP 層クラッド層3D, n+-InGaAsPコ
ンタクト層3Eを成長する。
【0028】次に, リソグラフィ技術により,半導体レ
ーザの導波路(活性層)付近を幅10μm程度残すように
してメサエッチングを行い, レーザ間を p-InP基板1ま
で掘る。
【0029】次に, 基板表面にSiO2膜4を被着した後,
電極部を開口し,上部電極5およびレーザ間電極7とし
てAuGe/Au 電極を形成する。次に,基板裏面に下部電極
6としてAuZn/Au 電極を形成する。
【0030】下部電極6を接地し,レーザ間電極7に一
定電圧をかけておき,各レーザの上部電極5にそれぞれ
独立に信号により変調した電流を流して駆動させる。な
お,実際上,レーザ間電極7は接地するのが最も簡単で
ある。
【0031】図3は本発明の実施例2を説明する断面図
である。この例は実際にレーザアレイとして用いる場合
の半分の間隔で倍の数のレーザを作成しておき,駆動す
る際は,一つおきのレーザLDa , LDb を実際に変調する
のに用い,別の一つおきのレーザLDab, ・・を定電圧に
バイアスしておく。
【0032】製法は図2 に準拠してレーザの間隔だけを
半分にする。LDabの上部電極にかける一定電圧は微弱な
順方向電圧をかけておく。この構造では−0.5 V 程度が
適当である。
【0033】図4は本発明の実施例3を説明する断面図
である。この実施例は,図3の実施例2の一定電圧をか
ける中間レーザLDabの上部電極の下に亜鉛(Zn)を拡散し
て電極と基板をp型半導体で短絡したものである。
【0034】レーザLDabの導波路上側に幅4μm,深さ
2μm程度Znを拡散する。この際, レーザLDabの上部電
極にかける電圧は, 最も簡単な接地や,他に都合があれ
ば正負の電圧をかけてもよい。
【0035】図5は本発明の実施例4を説明する断面図
である。この例は,実施例1の構造でレーザ間に電極を
2個設けている。次に, この場合の駆動方法の一例を説
明する。
【0036】レーザLDa , LDb にそれぞれ独立した信号
による変調電流Ia (t),Ib (t)〔t:時間〕を流す。
このとき,I0 を一定バイアス電流とするとIa (t),I
b (t) は次式で表される。
【0037】 Ia (t) =I0 +ΔIa (t) Ib (t) =I0 +ΔIb (t) ΔIa , ΔIb を, 例えば10 mA 程度とし, レーザの微
分抵抗Rd を5Ωとすると, ΔVa (t) =Rd ΔIa (t) =50mV ΔVb (t) =Rd ΔIb (t) =50 mV 前記の(11)式, VFa(t) =VF0−αΔVa (t) におい
て, α=0.2 とすると, VFa(t) の変化量は次式より10
mV 程度必要となる。
【0038】 −αΔVa (t) =−0.2 ×50 mV =−10 mV すなわち, レーザの変調電流が10 mA 程度であると,レ
ーザの両側の電極に10 mV 程度の逆相の電圧を印加す
る。
【0039】また,実施例2において,実施例4の場合
と同様に2つおきのレーザだけを実際に変調光源として
用い,その間の2つのレーザに,それに隣接するレーザ
の逆相の電圧をかけて使用してもよい。
【0040】さらに,逆相を印加するレーザに実施例3
と同様のプロセスを施してもよい。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば,同一基板上に形成され
た半導体レーザ間のクロストークを低減することができ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の実施例1を説明する断面図
【図3】 本発明の実施例2を説明する断面図
【図4】 本発明の実施例3を説明する断面図
【図5】 本発明の実施例4を説明する断面図
【図6】 従来例の説明図
【符号の説明】
1 半導体基板でp-InP 基板 2 活性層でInGaAsP 層 3A クラッド層でn-InP 層 3B 埋込層でn-InP 層 3C 電流狭窄層でp-InP 層 3D クラッド層でn-InP 層 3E コンタクト層で n+ -InGaAsP層 4 絶縁膜でSiO2膜 5 上部電極でAuGe/Au 電極 6 基板裏面に形成された下部電極でAuZn/Au 電極 7 本発明によるレーザ間電極でAuGe/Au 電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板に複数のレーザが配列して形成
    されたレーザアレイであって,隣接するレーザ間に該基
    板を露出する領域を設けその表面に1個以上のレーザ間
    電極(7) を有することを特徴とする半導体レーザアレ
    イ。
  2. 【請求項2】 前記レーザ間電極(7) を一定電位に保
    ち,各半導体レーザを独立に電流注入または電圧印加に
    より変調することを特徴とする半導体レーザアレイの駆
    動方法。
  3. 【請求項3】 前記レーザ間電極(7) に,該レーザ間電
    極(7) に隣接するレーザに流す電流変動と逆相の電圧変
    動を印加して変調することを特徴とする半導体レーザア
    レイの駆動方法。
  4. 【請求項4】 同一基板に複数のレーザが配列して形成
    されたレーザアレイの,一部のレーザに独立に電流を注
    入して制御し,それに隣接するレーザに固定電位または
    逆相の電圧変動を与えることを特徴とする半導体レーザ
    アレイの駆動方法。
  5. 【請求項5】 同一基板に複数のレーザが配列して形成
    されたレーザアレイであって,請求項4記載の固定電位
    または逆相の電圧変動を与えるレーザの上部電極と該基
    板とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体
    レーザアレイ。
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