JPH0685398A - 光出力の線型性に優れた高出力分布帰還型半導体レ−ザ - Google Patents
光出力の線型性に優れた高出力分布帰還型半導体レ−ザInfo
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- JPH0685398A JPH0685398A JP4238134A JP23813492A JPH0685398A JP H0685398 A JPH0685398 A JP H0685398A JP 4238134 A JP4238134 A JP 4238134A JP 23813492 A JP23813492 A JP 23813492A JP H0685398 A JPH0685398 A JP H0685398A
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】両端面が非対称な反射率を有し、光出力の高出
力化と線型性という性能を同時に達成する。 【構成】共振器の軸方向のレ−ザ媒質に沿って周期的凹
凸構造を有し、上記共振器の一方の端面を高反射とし、
他方の端面を低反射とし、上記共振器の中心部に対して
高反射の端面側に、上記周期的凹凸構造の位相不連続、
すなわち位相シフト部、又は、当該位相不連続と同様の
効果をもつ位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レ
−ザにおいて、当該位相シフト部又は位相シフト領域の
位相シフトΔΦが、導波光の位相にして３π／４（波長
換算で３λ／８）を越えている。
力化と線型性という性能を同時に達成する。 【構成】共振器の軸方向のレ−ザ媒質に沿って周期的凹
凸構造を有し、上記共振器の一方の端面を高反射とし、
他方の端面を低反射とし、上記共振器の中心部に対して
高反射の端面側に、上記周期的凹凸構造の位相不連続、
すなわち位相シフト部、又は、当該位相不連続と同様の
効果をもつ位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レ
−ザにおいて、当該位相シフト部又は位相シフト領域の
位相シフトΔΦが、導波光の位相にして３π／４（波長
換算で３λ／８）を越えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単一縦モ−ドで発振す
る分布帰還型半導体レ−ザの改良に関する。
る分布帰還型半導体レ−ザの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】分布帰還型半導体レ−ザ（以下、ＤＦＢ
レ−ザと略記する。）は、単一縦モ−ドで発振する性質
を有するため、通信のみならず様々な分野において、用
途及び使用量ともに拡大しつつある。
レ−ザと略記する。）は、単一縦モ−ドで発振する性質
を有するため、通信のみならず様々な分野において、用
途及び使用量ともに拡大しつつある。
【０００３】従来、ＤＦＢレ−ザは、回折格子に、位相
が連続的に変化する周期的凹凸構造を用いた場合、必ず
しも単一縦モ−ドで発振しないことが指摘されていた。
そこで、かかる欠点を解決する手段として、以下の二つ
の位相シフト構造が考案されている。
が連続的に変化する周期的凹凸構造を用いた場合、必ず
しも単一縦モ−ドで発振しないことが指摘されていた。
そこで、かかる欠点を解決する手段として、以下の二つ
の位相シフト構造が考案されている。
【０００４】一つ目は、λ／４位相シフト構造である。
この構造は、共振器の軸方向（光の射出方向）の中心部
において、回折格子に、導波光の位相にしてπ／２（波
長に換算してλ／４）の位相不連続、すなわち位相シフ
ト部を設けるものである。この構造によれば、単一縦モ
−ドによる発振確率の改善が確認されている（ＩＥＥＥ
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴ
ＲＯＮＩＣＳ， ＶＯＬ．ＱＥ−２２， ＮＯ．７，
ＪＵＬＹ １９８６（以下、第一の文献）を参照。）。
この構造は、共振器の軸方向（光の射出方向）の中心部
において、回折格子に、導波光の位相にしてπ／２（波
長に換算してλ／４）の位相不連続、すなわち位相シフ
ト部を設けるものである。この構造によれば、単一縦モ
−ドによる発振確率の改善が確認されている（ＩＥＥＥ
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴ
ＲＯＮＩＣＳ， ＶＯＬ．ＱＥ−２２， ＮＯ．７，
ＪＵＬＹ １９８６（以下、第一の文献）を参照。）。
【０００５】二つ目は、等価位相シフト型構造である。
この構造は、導波路の形状を一部変化、例えば幅広又は
幅狭にして（位相シフト領域を設け）、等価的に、回折
格子に位相不連続を設けたのと同様の効果を与えるもの
である。この構造においても、単一縦モ−ドによる発振
確率の改善が確認されている（ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡ
Ｌ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，
ＶＯＬ．ＱＥ−２３， ＮＯ．６， ＪＵＮＥ １９
８７（以下、第二の文献）を参照。）。
この構造は、導波路の形状を一部変化、例えば幅広又は
幅狭にして（位相シフト領域を設け）、等価的に、回折
格子に位相不連続を設けたのと同様の効果を与えるもの
である。この構造においても、単一縦モ−ドによる発振
確率の改善が確認されている（ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡ
Ｌ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，
ＶＯＬ．ＱＥ−２３， ＮＯ．６， ＪＵＮＥ １９
８７（以下、第二の文献）を参照。）。
【０００６】これら従来の位相シフト型ＤＦＢレ−ザで
は、両端面が、等しく零に近い反射率となるように構成
されている。このため、当該ＤＦＢレ−ザでは、両端面
から同じ出力のレ−ザ光が発振される。従って、ＤＦＢ
レ−ザの前端面のみから高効率でレ−ザ光を取り出そう
とする場合、上記二つの構造では不利である。
は、両端面が、等しく零に近い反射率となるように構成
されている。このため、当該ＤＦＢレ−ザでは、両端面
から同じ出力のレ−ザ光が発振される。従って、ＤＦＢ
レ−ザの前端面のみから高効率でレ−ザ光を取り出そう
とする場合、上記二つの構造では不利である。
【０００７】なお、上記二つのＤＦＢレ−ザにおいて、
ファブリペロ−型の半導体レ−ザと同様に、光の出射側
の端面（前端面）を低反射とし、前端面に対して反対側
の端面（後端面）を高反射とすれば、ある程度の高出力
が得られることが容易に推察できる。
ファブリペロ−型の半導体レ−ザと同様に、光の出射側
の端面（前端面）を低反射とし、前端面に対して反対側
の端面（後端面）を高反射とすれば、ある程度の高出力
が得られることが容易に推察できる。
【０００８】しかし、単一縦モ−ドの歩留り向上を目的
として考案された上記λ／４位相シフト構造と、高出力
化のため前端面及び後端面の反射率を非対称とする構造
とを同時に用いる場合には、両者の関係について熟考す
る必要がある。なぜなら、上記λ／４位相シフト構造
は、例えば図７に示すように、位相シフトの位置を共振
器の中心部に設定し、かつ、両端面を無反射として用い
ることを前提として設計されているからである。
として考案された上記λ／４位相シフト構造と、高出力
化のため前端面及び後端面の反射率を非対称とする構造
とを同時に用いる場合には、両者の関係について熟考す
る必要がある。なぜなら、上記λ／４位相シフト構造
は、例えば図７に示すように、位相シフトの位置を共振
器の中心部に設定し、かつ、両端面を無反射として用い
ることを前提として設計されているからである。
【０００９】一方、ＤＦＢレ−ザは、上記λ／４位相シ
フトの主な用途であったデジタル方式の長距離大容量通
信に加えて、最近では、ＡＭ変調による画像及び音声伝
送用のいわゆる光ＣＡＴＶの発光源としても用いられる
ようになっている。ＤＦＢレ−ザをかかる用途に用いる
場合に要求される性能は、低しきい値電流及び単一縦モ
−ドはもちろんのこと、光出力の大きさと線型性であ
る。つまり、多チャンネルＡＭ伝送時には、光出力の非
線型性がチャンネル間の相互変調歪による受信感度の劣
化を引き起こす主な原因となっている。また、光出力が
高いほど、光出力線型性のマ−ジンが大きくとれるので
有利である。
フトの主な用途であったデジタル方式の長距離大容量通
信に加えて、最近では、ＡＭ変調による画像及び音声伝
送用のいわゆる光ＣＡＴＶの発光源としても用いられる
ようになっている。ＤＦＢレ−ザをかかる用途に用いる
場合に要求される性能は、低しきい値電流及び単一縦モ
−ドはもちろんのこと、光出力の大きさと線型性であ
る。つまり、多チャンネルＡＭ伝送時には、光出力の非
線型性がチャンネル間の相互変調歪による受信感度の劣
化を引き起こす主な原因となっている。また、光出力が
高いほど、光出力線型性のマ−ジンが大きくとれるので
有利である。
【００１０】なお、従来、λ／４位相シフト構造を用
い、かつ、両端面を非対称反射率として高出力化を図っ
たＤＦＢレ−ザとしては、例えば特公平２−１９９８７
に開示されている発明が知られている。この発明は、位
相シフトがλ／４の位相シフト部を、共振器の中心部に
対し高反射の端面側に設けたものである。しかし、この
発明では、後端面の反射率、位相シフト及び位相シフト
部の位置等について、不適切な事項があることが本発明
者によって確認されている。
い、かつ、両端面を非対称反射率として高出力化を図っ
たＤＦＢレ−ザとしては、例えば特公平２−１９９８７
に開示されている発明が知られている。この発明は、位
相シフトがλ／４の位相シフト部を、共振器の中心部に
対し高反射の端面側に設けたものである。しかし、この
発明では、後端面の反射率、位相シフト及び位相シフト
部の位置等について、不適切な事項があることが本発明
者によって確認されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
ＤＦＢレ−ザの用途の拡大等に伴い、低しきい値電流、
単一縦モ−ド発振確率及び光出力の高出力化と線型性と
いう性能を備えたＤＦＢレ−ザが要求されていたが、こ
れらの要求を全て満足するものはなかった。本発明は、
上記欠点を解決すべくなされたもので、その目的は、非
対称な端面反射率を有し、かつ、光出力の高出力化と線
型性という性能を同時に満足し得るＤＦＢレ−ザを提供
することである。
ＤＦＢレ−ザの用途の拡大等に伴い、低しきい値電流、
単一縦モ−ド発振確率及び光出力の高出力化と線型性と
いう性能を備えたＤＦＢレ−ザが要求されていたが、こ
れらの要求を全て満足するものはなかった。本発明は、
上記欠点を解決すべくなされたもので、その目的は、非
対称な端面反射率を有し、かつ、光出力の高出力化と線
型性という性能を同時に満足し得るＤＦＢレ−ザを提供
することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光出力の線型性に優れた高出力分布帰還型
半導体レ−ザは、共振器の軸方向のレ−ザ媒質に沿って
周期的凹凸構造を有し、上記共振器の一方の端面を高反
射とし、他方の端面を低反射とし、上記共振器の中心部
に対して高反射の端面側に上記周期的凹凸構造の位相不
連続、すなわち位相シフト部を有し、当該位相シフト部
の位相シフトΔΦが、導波光の位相にして３π／４（波
長換算で３λ／８）を越えているものである。
め、本発明の光出力の線型性に優れた高出力分布帰還型
半導体レ−ザは、共振器の軸方向のレ−ザ媒質に沿って
周期的凹凸構造を有し、上記共振器の一方の端面を高反
射とし、他方の端面を低反射とし、上記共振器の中心部
に対して高反射の端面側に上記周期的凹凸構造の位相不
連続、すなわち位相シフト部を有し、当該位相シフト部
の位相シフトΔΦが、導波光の位相にして３π／４（波
長換算で３λ／８）を越えているものである。
【００１３】また、共振器の軸方向のレ−ザ媒質に沿っ
て周期的凹凸構造を有し、上記共振器の一方の端面を高
反射とし、他方の端面を低反射とし、上記共振器の中心
部に対して高反射の端面側に上記周期的凹凸構造の位相
不連続と同様の効果をもつ位相シフト領域を有し、当該
位相シフト領域の位相シフトΔΦが、導波光の位相にし
て３π／４（波長換算で３λ／８）を越えているもので
ある。なお、上記位相シフト領域の軸方向長さは、上記
共振器の軸方向全長の１／１０以上であるのが効果的で
ある。
て周期的凹凸構造を有し、上記共振器の一方の端面を高
反射とし、他方の端面を低反射とし、上記共振器の中心
部に対して高反射の端面側に上記周期的凹凸構造の位相
不連続と同様の効果をもつ位相シフト領域を有し、当該
位相シフト領域の位相シフトΔΦが、導波光の位相にし
て３π／４（波長換算で３λ／８）を越えているもので
ある。なお、上記位相シフト領域の軸方向長さは、上記
共振器の軸方向全長の１／１０以上であるのが効果的で
ある。
【００１４】また、上記共振器内に複数の上記位相シフ
ト部又は上記位相シフト領域を有する場合においては、
上記共振器の軸方向（光の射出方向）をＸ軸とし、上記
共振器の中心部を原点Ｏ（Ｘ＝０）とし、一方の端面側
を負とし、他方の端面側を正としたとき、原点Ｏから各
々の位相シフト部又は位相シフト領域の中点までの距離
Ｌｉ（ｉ＝１，２…）について、当該位相シフト領域の
位相シフトΔΦｉ（ｉ＝１，２…）を重みとして、加重
平均をとり、これを重心Ｇ、すなわち Ｇ＝Σ（Ｌｉ・
ΔΦｉ） ／ ΣΔΦｉ として定義し、上記重心Ｇの
位置が負のときは、一方の端面側を高反射とし、他方の
端面側を低反射とし、上記重心Ｇの位置が正のときは、
一方の端面側を低反射とし、他方の端面側を高反射とす
るものである。
ト部又は上記位相シフト領域を有する場合においては、
上記共振器の軸方向（光の射出方向）をＸ軸とし、上記
共振器の中心部を原点Ｏ（Ｘ＝０）とし、一方の端面側
を負とし、他方の端面側を正としたとき、原点Ｏから各
々の位相シフト部又は位相シフト領域の中点までの距離
Ｌｉ（ｉ＝１，２…）について、当該位相シフト領域の
位相シフトΔΦｉ（ｉ＝１，２…）を重みとして、加重
平均をとり、これを重心Ｇ、すなわち Ｇ＝Σ（Ｌｉ・
ΔΦｉ） ／ ΣΔΦｉ として定義し、上記重心Ｇの
位置が負のときは、一方の端面側を高反射とし、他方の
端面側を低反射とし、上記重心Ｇの位置が正のときは、
一方の端面側を低反射とし、他方の端面側を高反射とす
るものである。
【００１５】
【作用】上記構成によれば、分布帰還型半導体レ−ザの
位相シフト部又は位相シフト領域の位相シフトΔΦは、
導波光の位相にして３π／４（波長換算で３λ／８）を
越えるように構成されている。これにより、両端面が非
対称な反射率を有し、かつ、光出力の高出力化と線型性
という性能を同時に達成することができる。また、複数
の位相シフト部又は位相シフト領域が存在する場合に
は、重心Ｇを定義し、この重心Ｇの位置によっていずれ
の端面を高反射又は低反射にすればよいかを簡単に決め
ることができる。
位相シフト部又は位相シフト領域の位相シフトΔΦは、
導波光の位相にして３π／４（波長換算で３λ／８）を
越えるように構成されている。これにより、両端面が非
対称な反射率を有し、かつ、光出力の高出力化と線型性
という性能を同時に達成することができる。また、複数
の位相シフト部又は位相シフト領域が存在する場合に
は、重心Ｇを定義し、この重心Ｇの位置によっていずれ
の端面を高反射又は低反射にすればよいかを簡単に決め
ることができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の一実施
例について詳細に説明する。位相シフト型ＤＦＢレ−ザ
は、例えば従来技術の欄で述べた第一及び第二の文献に
記載されているように、結合係数κの値による程度の差
はあるが、元来、位相シフト部又は位相シフト領域に光
強度分布、即ちモ−ドが集中し易いという特徴がある。
従来のλ／４位相シフト構造のＤＦＢレ−ザでは、この
傾向が著しかったが、デジタル方式を主用途としていた
ので、この現象により引き起こされる光出力非線型性に
ついては、それ程問題にならなかった。
例について詳細に説明する。位相シフト型ＤＦＢレ−ザ
は、例えば従来技術の欄で述べた第一及び第二の文献に
記載されているように、結合係数κの値による程度の差
はあるが、元来、位相シフト部又は位相シフト領域に光
強度分布、即ちモ−ドが集中し易いという特徴がある。
従来のλ／４位相シフト構造のＤＦＢレ−ザでは、この
傾向が著しかったが、デジタル方式を主用途としていた
ので、この現象により引き起こされる光出力非線型性に
ついては、それ程問題にならなかった。
【００１７】本発明においては、両端面が非対称な反射
率を有するＤＦＢレ−ザにおいて、位相シフトを設ける
ことにより、左右導波光の位相整合の効果を利用し、単
一縦モ−ド発振を達成すると共に、この位相シフトをモ
−ド分布が低下し易い高反射の端面付近に設置して当該
端面付近の光強度分布の低下を緩和し、光出力線型性等
の性能の改善を図るものである。
率を有するＤＦＢレ−ザにおいて、位相シフトを設ける
ことにより、左右導波光の位相整合の効果を利用し、単
一縦モ−ド発振を達成すると共に、この位相シフトをモ
−ド分布が低下し易い高反射の端面付近に設置して当該
端面付近の光強度分布の低下を緩和し、光出力線型性等
の性能の改善を図るものである。
【００１８】［Ａ］ まず、光出力及びその線型性につ
いて、共振器の中心部に対し高反射側に配置される位相
シフトの最適量を考察する。図１は、位相シフトΔΦの
変化に対し、ＤＦＢレ−ザの素子性能を示す四つのパラ
メ−タ（Ｐｆ，ＦＲ，αＬ，ΔαＬ）がどのように変化
するかを計算により求めたものである。なお、計算に際
しては、共振器端面の回折格子の位相を、片面１６通
り、両面で計２５６通りだけ変化させ、その平均値をと
ってある。
いて、共振器の中心部に対し高反射側に配置される位相
シフトの最適量を考察する。図１は、位相シフトΔΦの
変化に対し、ＤＦＢレ−ザの素子性能を示す四つのパラ
メ−タ（Ｐｆ，ＦＲ，αＬ，ΔαＬ）がどのように変化
するかを計算により求めたものである。なお、計算に際
しては、共振器端面の回折格子の位相を、片面１６通
り、両面で計２５６通りだけ変化させ、その平均値をと
ってある。
【００１９】図１の（ａ）は、本発明のＤＦＢレ−ザの
導波路の形状を簡略的に示したものである。なお、本実
施例では、導波路の一部を幅広にして位相シフト領域と
した等価位相シフト構造のＤＦＢレ−ザを例として説明
するが、例えば回折格子に位相不連続を形成する位相シ
フト構造のようなものであっても本発明を適用できるこ
とは言うまでもない。
導波路の形状を簡略的に示したものである。なお、本実
施例では、導波路の一部を幅広にして位相シフト領域と
した等価位相シフト構造のＤＦＢレ−ザを例として説明
するが、例えば回折格子に位相不連続を形成する位相シ
フト構造のようなものであっても本発明を適用できるこ
とは言うまでもない。
【００２０】共振器の全長Ｌは、約３００［μｍ］であ
る。また、活性層の一部は幅広となっており、その幅広
部は位相シフト領域となっている。位相シフト領域の長
さＬ´は、約１００［μｍ］であり、その中点は、共振
器を５：１に分ける位置、即ち共振器の前端面から３０
０×（５／６）＝２５０［μｍ］のところに位置してい
る。
る。また、活性層の一部は幅広となっており、その幅広
部は位相シフト領域となっている。位相シフト領域の長
さＬ´は、約１００［μｍ］であり、その中点は、共振
器を５：１に分ける位置、即ち共振器の前端面から３０
０×（５／６）＝２５０［μｍ］のところに位置してい
る。
【００２１】また、規格化結合係数κＬは、０．９と
し、端面反射率は、前端面が０．５％の低反射（０．５
％ＡＲ）、後端面が８０％の高反射（８０％ＨＲ）とし
ている。なお、後端面の反射率は、１００％に近付けた
ほうが前端面からより高出力を得ることができるが、通
常、後端面の反射率は、後端面からモニタ−光を取り出
す必要性から、現実的には、反射率８０％程度が一般的
である。
し、端面反射率は、前端面が０．５％の低反射（０．５
％ＡＲ）、後端面が８０％の高反射（８０％ＨＲ）とし
ている。なお、後端面の反射率は、１００％に近付けた
ほうが前端面からより高出力を得ることができるが、通
常、後端面の反射率は、後端面からモニタ−光を取り出
す必要性から、現実的には、反射率８０％程度が一般的
である。
【００２２】ＦＲは、共振器内の導波光強度の最小値と
最大値の比（モ−ド分布比）である。モ−ド分布比ＦＲ
が１に近い程、共振器内モ−ド分布が均一であり、光出
力の線型性に優れることになる。
最大値の比（モ−ド分布比）である。モ−ド分布比ＦＲ
が１に近い程、共振器内モ−ド分布が均一であり、光出
力の線型性に優れることになる。
【００２３】特公平２−１９９８７では、高反射の端面
側に設けた位相シフトによって単一縦モ−ド発振のため
に効果があるとされるのは、位相シフトΔΦが、ΔΦ＝
π／４〜３π／４の範囲にあることが必要である旨が記
載されている。波長に換算すると、ΔΦ＝λ／８〜３λ
／８に相当する。
側に設けた位相シフトによって単一縦モ−ド発振のため
に効果があるとされるのは、位相シフトΔΦが、ΔΦ＝
π／４〜３π／４の範囲にあることが必要である旨が記
載されている。波長に換算すると、ΔΦ＝λ／８〜３λ
／８に相当する。
【００２４】しかし、図１の（ｂ）に示されるように、
発振しきい値利得差ΔαＬは、位相シフトΔΦがπ／２
付近において最も高く、単一縦モ−ドの発振確率が良い
が、モ−ド分布比ＦＲが非常に低くなっている。従っ
て、単一縦モ−ドで発振するが、光出力の線型性に劣る
という欠点がある。
発振しきい値利得差ΔαＬは、位相シフトΔΦがπ／２
付近において最も高く、単一縦モ−ドの発振確率が良い
が、モ−ド分布比ＦＲが非常に低くなっている。従っ
て、単一縦モ−ドで発振するが、光出力の線型性に劣る
という欠点がある。
【００２５】ところが、位相シフトΔΦ＞３π／４の領
域では、発振しきい値利得差ΔαＬはやや減少するが、
モ−ド分布比ＦＲが高くなっている。また、前端面の光
出力Ｐｆも、位相シフトΔΦ＞３π／４の領域でやや上
昇している。なお、発振しきい値の目安となるしきい値
利得αＬは、ΔΦ＝３π／４付近で極小となるが、全体
的にはあまり大きな変化はなく、問題はない。
域では、発振しきい値利得差ΔαＬはやや減少するが、
モ−ド分布比ＦＲが高くなっている。また、前端面の光
出力Ｐｆも、位相シフトΔΦ＞３π／４の領域でやや上
昇している。なお、発振しきい値の目安となるしきい値
利得αＬは、ΔΦ＝３π／４付近で極小となるが、全体
的にはあまり大きな変化はなく、問題はない。
【００２６】従って、以上の結果を総合すると、本発明
の目的である高出力、光出力の線型性に優れた素子を得
るためには、位相シフトΔΦが、以下の条件、即ち ΔΦ＞３π／４ …（１） の条件を満たすようにしてＤＦＢレ−ザを構成すればよ
い、という結論が得られる。
の目的である高出力、光出力の線型性に優れた素子を得
るためには、位相シフトΔΦが、以下の条件、即ち ΔΦ＞３π／４ …（１） の条件を満たすようにしてＤＦＢレ−ザを構成すればよ
い、という結論が得られる。
【００２７】［Ｂ］ 次に、等価位相シフト構造のＤＦ
Ｂレ−ザにおいて、位相不連続と同様の効果を有する位
相シフト領域の軸方向長さＬ´について検討する。上述
したような、従来のλ／４位相シフト構造のＤＦＢレ−
ザでは、共振器中心部の位相シフト部や共振器の端面付
近に導波光が集中し、軸方向モ−ド分布が不均一になる
軸方向ホ−ルバ−ニングが発生する。この現象は、発振
スペクトルやモ−ド分布の劣化をもたらすものであり、
本発明の目的である線型な光出力を得るためには、この
現象の発生を抑える必要がある。
Ｂレ−ザにおいて、位相不連続と同様の効果を有する位
相シフト領域の軸方向長さＬ´について検討する。上述
したような、従来のλ／４位相シフト構造のＤＦＢレ−
ザでは、共振器中心部の位相シフト部や共振器の端面付
近に導波光が集中し、軸方向モ−ド分布が不均一になる
軸方向ホ−ルバ−ニングが発生する。この現象は、発振
スペクトルやモ−ド分布の劣化をもたらすものであり、
本発明の目的である線型な光出力を得るためには、この
現象の発生を抑える必要がある。
【００２８】かかるホ−ルバ−ニング現象を抑えるため
の対策として、例えば等価位相シフト構造を用いること
が導波光集中の緩和に効果のあることが知られている
（第二の文献を参照。）。これは、従来の回折格子の位
相不連続による位相シフト構造では、当該位相不連続部
（位相シフト部）に導波光が集中していたのに対し、等
価位相シフト構造では、一定の長さを有する位相シフト
領域内に導波光を分散させる効果があるためである。
の対策として、例えば等価位相シフト構造を用いること
が導波光集中の緩和に効果のあることが知られている
（第二の文献を参照。）。これは、従来の回折格子の位
相不連続による位相シフト構造では、当該位相不連続部
（位相シフト部）に導波光が集中していたのに対し、等
価位相シフト構造では、一定の長さを有する位相シフト
領域内に導波光を分散させる効果があるためである。
【００２９】そこで、ＤＦＢレ−ザの位相シフトを、上
記条件式（１）に示す範囲内の値、例えば３π／２に固
定し、位相シフト領域の長さＬ´を変化させたとき、上
記四つのパラメ−タ（Ｐｆ，ＦＲ，αＬ，ΔαＬ）がど
のように変化するかを検討してみる。
記条件式（１）に示す範囲内の値、例えば３π／２に固
定し、位相シフト領域の長さＬ´を変化させたとき、上
記四つのパラメ−タ（Ｐｆ，ＦＲ，αＬ，ΔαＬ）がど
のように変化するかを検討してみる。
【００３０】なお、図２の（ａ）に示すように、共振器
の軸方向全長Ｌは、約３００［μｍ］である。位相シフ
ト領域の中点は、共振器を５：１に分ける位置に配置さ
れている。規格化結合係数κＬは、０．９とし、端面反
射率は、前端面が０．５％の低反射（０．５％ＡＲ）、
後端面が８０％の高反射（８０％ＨＲ）である。
の軸方向全長Ｌは、約３００［μｍ］である。位相シフ
ト領域の中点は、共振器を５：１に分ける位置に配置さ
れている。規格化結合係数κＬは、０．９とし、端面反
射率は、前端面が０．５％の低反射（０．５％ＡＲ）、
後端面が８０％の高反射（８０％ＨＲ）である。
【００３１】図２の（ｂ）に示すように、発振しきい値
利得差ΔαＬは、位相シフト領域の長さＬ´を長くする
につれて徐々に減少するが、モ−ド分布比ＦＲは、逆に
上昇している。従って、このような傾向が顕著となる約
３０［μｍ］以上、即ち共振器の全長Ｌの１／１０以上
の長さに位相シフト領域の長さＬ´を設定すれば、高い
モ−ド分布比ＦＲを得ることができる。
利得差ΔαＬは、位相シフト領域の長さＬ´を長くする
につれて徐々に減少するが、モ−ド分布比ＦＲは、逆に
上昇している。従って、このような傾向が顕著となる約
３０［μｍ］以上、即ち共振器の全長Ｌの１／１０以上
の長さに位相シフト領域の長さＬ´を設定すれば、高い
モ−ド分布比ＦＲを得ることができる。
【００３２】なお、この関係は、共振器の全長Ｌが３０
０［μｍ］よりも長い場合、例えばスペクトル線幅の低
減等を目的とする全長Ｌが１．０［ｍｍ］を越えるよう
なＤＦＢレ−ザにおいても成立することが本発明者によ
って確認されている。
０［μｍ］よりも長い場合、例えばスペクトル線幅の低
減等を目的とする全長Ｌが１．０［ｍｍ］を越えるよう
なＤＦＢレ−ザにおいても成立することが本発明者によ
って確認されている。
【００３３】従って、以上の結果を総合すると、本発明
の目的である高出力、光出力の線型性に優れた素子を得
るためには、共振器の全長Ｌと等価位相シフト領域の長
さＬ´が、以下の関係、即ち Ｌ´／Ｌ ≧ １／１０ …（２） の関係を満たすようにしてＤＦＢレ−ザを構成すればよ
い、という結論が得られる。
の目的である高出力、光出力の線型性に優れた素子を得
るためには、共振器の全長Ｌと等価位相シフト領域の長
さＬ´が、以下の関係、即ち Ｌ´／Ｌ ≧ １／１０ …（２） の関係を満たすようにしてＤＦＢレ−ザを構成すればよ
い、という結論が得られる。
【００３４】また、後端面の反射率を高くしてさらに高
出力化したい場合には、反射率が高いほど、位相シフト
領域を端面に近付けた方が高いモ−ド分布比ＦＲを得る
ことができる。この場合、例えば位相シフト領域の途中
において導波路の終端となり、当該位相シフト領域が後
端面にかかっていても、素子性能上は全く問題はない。
出力化したい場合には、反射率が高いほど、位相シフト
領域を端面に近付けた方が高いモ−ド分布比ＦＲを得る
ことができる。この場合、例えば位相シフト領域の途中
において導波路の終端となり、当該位相シフト領域が後
端面にかかっていても、素子性能上は全く問題はない。
【００３５】［Ｃ］ 次に、共振器内に複数の位相シフ
ト部又は位相シフト領域を有するＤＦＢレ−ザについて
検討してみる。従来、共振器内に複数の位相シフト部又
は位相シフト領域を設けるのは、両端面の反射率を等し
く低反射としたＤＦＢレ−ザにおいて、共振器内の導波
光の位相整合及びモ−ド分布を均一化するためである。
かかるＤＦＢレ−ザにおいても本発明は効果的である。
しかし、この場合、いずれの端面を高反射又は低反射と
すればよいか定めることは必ずしも容易ではない。そこ
で、以下の手段が有効となる。
ト部又は位相シフト領域を有するＤＦＢレ−ザについて
検討してみる。従来、共振器内に複数の位相シフト部又
は位相シフト領域を設けるのは、両端面の反射率を等し
く低反射としたＤＦＢレ−ザにおいて、共振器内の導波
光の位相整合及びモ−ド分布を均一化するためである。
かかるＤＦＢレ−ザにおいても本発明は効果的である。
しかし、この場合、いずれの端面を高反射又は低反射と
すればよいか定めることは必ずしも容易ではない。そこ
で、以下の手段が有効となる。
【００３６】両端面の反射率を非対称として、高出力及
び光出力線型性を得る場合には、共振器内に非対称に複
数の位相シフト領域を配置するのが一般的である。この
とき、共振器の軸方向（光の射出方向）をＸ軸とし、共
振器の中央を原点Ｏ（Ｘ＝０）とする。また、例えば一
の端面側を負とし、他の端面側を正とする。そして、原
点から各々の位相シフト領域の中点までの距離Ｌｉ（ｉ
＝１，２…）について、当該位相シフト領域の位相シフ
トΔΦｉ（ｉ＝１，２…）を重みとして、加重平均をと
り、これを重心Ｇとして定義する。 Ｇ＝ Σ（Ｌｉ・ΔΦｉ） ／ ΣΔΦｉ …（３）
び光出力線型性を得る場合には、共振器内に非対称に複
数の位相シフト領域を配置するのが一般的である。この
とき、共振器の軸方向（光の射出方向）をＸ軸とし、共
振器の中央を原点Ｏ（Ｘ＝０）とする。また、例えば一
の端面側を負とし、他の端面側を正とする。そして、原
点から各々の位相シフト領域の中点までの距離Ｌｉ（ｉ
＝１，２…）について、当該位相シフト領域の位相シフ
トΔΦｉ（ｉ＝１，２…）を重みとして、加重平均をと
り、これを重心Ｇとして定義する。 Ｇ＝ Σ（Ｌｉ・ΔΦｉ） ／ ΣΔΦｉ …（３）
【００３７】従って、上記式（３）により求めた重心Ｇ
の値が負であれば、一の端面を高反射とし、他の端面を
低反射とすればよい。また、上記式（３）により求めた
重心Ｇの値が正であれば、一の端面を低反射とし、他の
端面高反射をとすればよい。
の値が負であれば、一の端面を高反射とし、他の端面を
低反射とすればよい。また、上記式（３）により求めた
重心Ｇの値が正であれば、一の端面を低反射とし、他の
端面高反射をとすればよい。
【００３８】図３は、ＤＦＢレ−ザ素子の部分断面図を
示している。また、図４は、図３の活性層のみを取り出
して示したものである。この素子は、等価位相シフト構
造を用い、位相シフトをπに設定し、かつ、位相シフト
領域長Ｌ´を共振器の全長Ｌの１／３（例えば、Ｌ＝３
００［μｍ］、Ｌ´＝１００［μｍ］）に設定したもの
である。
示している。また、図４は、図３の活性層のみを取り出
して示したものである。この素子は、等価位相シフト構
造を用い、位相シフトをπに設定し、かつ、位相シフト
領域長Ｌ´を共振器の全長Ｌの１／３（例えば、Ｌ＝３
００［μｍ］、Ｌ´＝１００［μｍ］）に設定したもの
である。
【００３９】ｎ型−ＩｎＰ基板１１上には、二光束干渉
露光法及び化学エッチング法によって、共振器の軸方向
（光の射出方向）に沿い周期約０．２４［μｍ］の回折
格子が形成される。また、有機金属気相成長法によっ
て、ｎ型−ＩｎＧａＡｓＰガイド層１２、アンド−プＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層１３、Ｐ型−ＩｎＰクラッド層１
４、ｐ型−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５がそれぞれ
形成される。
露光法及び化学エッチング法によって、共振器の軸方向
（光の射出方向）に沿い周期約０．２４［μｍ］の回折
格子が形成される。また、有機金属気相成長法によっ
て、ｎ型−ＩｎＧａＡｓＰガイド層１２、アンド−プＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層１３、Ｐ型−ＩｎＰクラッド層１
４、ｐ型−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５がそれぞれ
形成される。
【００４０】また、全面にＳｉＯ2 が形成され、このＳ
ｉＯ2 は、ストライプ状にパタ−ニングされる。このと
き、マスクパタ−ンは、位相シフト領域の中点（又は位
相シフト部）が、共振器の中心部に対し高反射の端面側
に配置されるように、形成されている。
ｉＯ2 は、ストライプ状にパタ−ニングされる。このと
き、マスクパタ−ンは、位相シフト領域の中点（又は位
相シフト部）が、共振器の中心部に対し高反射の端面側
に配置されるように、形成されている。
【００４１】また、臭素系の異方性エッチャント等でレ
−ザストライプ形成のためのメサエッチングを行う。こ
れにより、例えば図４に示すような形状の活性層が得ら
れる。また、結晶成長により、レ−ザストライプ側面が
半導体により埋め込まれる。図示してないが、電極が形
成され、バ−状もへき開後、ＣＶＤ法等によって、両端
面に非対称反射率コ−ティングが行われる。
−ザストライプ形成のためのメサエッチングを行う。こ
れにより、例えば図４に示すような形状の活性層が得ら
れる。また、結晶成長により、レ−ザストライプ側面が
半導体により埋め込まれる。図示してないが、電極が形
成され、バ−状もへき開後、ＣＶＤ法等によって、両端
面に非対称反射率コ−ティングが行われる。
【００４２】図５は、回折格子の位相不連続、すなわち
位相シフト部を１００［μｍ］の平坦な領域で連結した
ものである。このようなＤＦＢレ−ザにおいても、本発
明は、効果的である。なお、この実施例では、位相シフ
トを有する回折格子は、電子ビ−ム露光等によって形成
できる。また、回折格子及び導波路の形状以外の点は、
上記図３及び図４の実施例と同様である。
位相シフト部を１００［μｍ］の平坦な領域で連結した
ものである。このようなＤＦＢレ−ザにおいても、本発
明は、効果的である。なお、この実施例では、位相シフ
トを有する回折格子は、電子ビ−ム露光等によって形成
できる。また、回折格子及び導波路の形状以外の点は、
上記図３及び図４の実施例と同様である。
【００４３】図６は、共振器内に複数の位相シフト領域
を有するＤＦＢレ−ザの活性層を示している。なお、活
性層の形状以外については、上記式（１），（２）を満
たすように構成されている。また、本実施例は、等価位
相シフト構造のＤＦＢレ−ザであるが、図５及び図７に
示すような位相不連続を有するＤＦＢレ−ザであっても
よい。
を有するＤＦＢレ−ザの活性層を示している。なお、活
性層の形状以外については、上記式（１），（２）を満
たすように構成されている。また、本実施例は、等価位
相シフト構造のＤＦＢレ−ザであるが、図５及び図７に
示すような位相不連続を有するＤＦＢレ−ザであっても
よい。
【００４４】図６において、位相シフト領域は三つあ
り、各々の位相シフト領域１〜３は、導波路の幅を狭く
する（広くしてもよい）ことにより構成されている。各
々の位相シフトは、例えばΔΦ1 ＝ΔΦ2 ＝ΔΦ3 ＝３
π／２とし、位相シフト領域１〜３の長さＬ´は、それ
ぞれ５０［μｍ］とする。また、共振器の全長Ｌは、１
２００［μｍ］とする。
り、各々の位相シフト領域１〜３は、導波路の幅を狭く
する（広くしてもよい）ことにより構成されている。各
々の位相シフトは、例えばΔΦ1 ＝ΔΦ2 ＝ΔΦ3 ＝３
π／２とし、位相シフト領域１〜３の長さＬ´は、それ
ぞれ５０［μｍ］とする。また、共振器の全長Ｌは、１
２００［μｍ］とする。
【００４５】今、位相シフト領域１〜３の中点の位置
を、一の端面Ａから他の端面Ｂに向かって、それぞれ３
６６［μｍ］、３６６［μｍ］、２３４［μｍ］のとこ
ろに定める。また、このとき共振器の軸方向（光の射出
方向）をＸ軸とし、共振器の中心部を原点Ｏ（Ｘ＝０）
とする。また、例えば一の端面Ａ側を負とし、他の端面
Ｂ側を正とする。そして、原点Ｏから各々の位相シフト
領域の中点までの距離Ｌｉ（ｉ＝１，２，３）を計算す
ると、Ｌ1 ＝−２３４、Ｌ2 ＝１３１、Ｌ3 ＝３０４と
なる。
を、一の端面Ａから他の端面Ｂに向かって、それぞれ３
６６［μｍ］、３６６［μｍ］、２３４［μｍ］のとこ
ろに定める。また、このとき共振器の軸方向（光の射出
方向）をＸ軸とし、共振器の中心部を原点Ｏ（Ｘ＝０）
とする。また、例えば一の端面Ａ側を負とし、他の端面
Ｂ側を正とする。そして、原点Ｏから各々の位相シフト
領域の中点までの距離Ｌｉ（ｉ＝１，２，３）を計算す
ると、Ｌ1 ＝−２３４、Ｌ2 ＝１３１、Ｌ3 ＝３０４と
なる。
【００４６】従って、この共振器の重心Ｇは、式（３）
より、 Ｇ＝｛（Ｌ1 ・ΔΦ1 ）＋（Ｌ2 ・ΔΦ2 ）＋（Ｌ3 ・ΔΦ3 ）｝ ÷（ΔΦ1 ＋ΔΦ2 ＋ΔΦ3 ） ＝（−２３４＋１３１＋３０４）÷３ ＝＋６７［μｍ］ となる。
より、 Ｇ＝｛（Ｌ1 ・ΔΦ1 ）＋（Ｌ2 ・ΔΦ2 ）＋（Ｌ3 ・ΔΦ3 ）｝ ÷（ΔΦ1 ＋ΔΦ2 ＋ΔΦ3 ） ＝（−２３４＋１３１＋３０４）÷３ ＝＋６７［μｍ］ となる。
【００４７】従って、位相シフト重心Ｇは、共振器の中
心部に対し他の端面Ｂ側にあるとみなすことができる。
つまり、この場合、他の端面Ｂを高反射とし、一の端面
Ａを低反射とすればよい。
心部に対し他の端面Ｂ側にあるとみなすことができる。
つまり、この場合、他の端面Ｂを高反射とし、一の端面
Ａを低反射とすればよい。
【００４８】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
装置によれば、次のような効果を奏する。分布帰還型半
導体レ−ザの位相シフト部又は位相シフト領域の位相シ
フトΔΦは、導波光の位相にして３π／４（波長換算で
３λ／８）を越えるように構成されている。また、等価
位相シフト型構造の場合には、位相シフト領域の長さを
共振器の全長の１／１０以上にしている。これにより、
非対称な端面反射率を有し、かつ、光出力の高出力化と
線型性という性能を同時に達成することができる。ま
た、複数の位相シフト部又は位相シフト領域が存在する
場合には、重心Ｇを定義し、この重心Ｇの位置によって
いずれの端面を高反射又は低反射にすればよいかを容易
に決めることができる。
装置によれば、次のような効果を奏する。分布帰還型半
導体レ−ザの位相シフト部又は位相シフト領域の位相シ
フトΔΦは、導波光の位相にして３π／４（波長換算で
３λ／８）を越えるように構成されている。また、等価
位相シフト型構造の場合には、位相シフト領域の長さを
共振器の全長の１／１０以上にしている。これにより、
非対称な端面反射率を有し、かつ、光出力の高出力化と
線型性という性能を同時に達成することができる。ま
た、複数の位相シフト部又は位相シフト領域が存在する
場合には、重心Ｇを定義し、この重心Ｇの位置によって
いずれの端面を高反射又は低反射にすればよいかを容易
に決めることができる。
【図１】位相シフトΔΦと種々の素子性能パラメ−タと
の関係を示す図。
の関係を示す図。
【図２】位相シフト領域の長さＬ´と種々の素子性能パ
ラメ−タとの関係を示す図。
ラメ−タとの関係を示す図。
【図３】ＤＦＢレ−ザの素子断面図。
【図４】図３のＤＦＢレ−ザの活性層を示す図。
【図５】ＤＦＢレ−ザの素子断面図。
【図６】複数の位相シフト領域を有するＤＦＢレ−ザの
活性層を示す図。
活性層を示す図。
【図７】ＤＦＢレ−ザの素子断面図。
１１…ｎ型−ＩｎＰ基板、 １２…ｎ型−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、 １３…アンド−プＩｎＧａＡｓＰ活性層、 １４…ｐ型−ＩｎＰクラッド層、 １５…ｐ型−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層。
Claims (4)
- 【請求項１】 共振器の軸方向のレ−ザ媒質に沿って周
期的凹凸構造を有し、上記共振器の一方の端面を高反射
とし、他方の端面を低反射とし、上記共振器の中心部に
対して高反射の端面側に上記周期的凹凸構造の位相不連
続、すなわち位相シフト部を有し、当該位相シフト部の
位相シフトΔΦが、導波光の位相にして３π／４（波長
換算で３λ／８）を越えていることを特徴とする光出力
の線型性に優れた高出力分布帰還型半導体レ−ザ。 - 【請求項２】 共振器の軸方向のレ−ザ媒質に沿って周
期的凹凸構造を有し、上記共振器の一方の端面を高反射
とし、他方の端面を低反射とし、上記共振器の中心部に
対して高反射の端面側に上記周期的凹凸構造の位相不連
続と同様の効果をもつ位相シフト領域を有し、当該位相
シフト領域の位相シフトΔΦが、導波光の位相にして３
π／４（波長換算で３λ／８）を越えていることを特徴
とする光出力の線型性に優れた高出力分布帰還型半導体
レ−ザ。 - 【請求項３】 上記位相シフト領域の軸方向長さＬ´
は、上記共振器の軸方向全長Ｌの１／１０以上であるこ
とを特徴とする請求項２に記載の光出力の線型性に優れ
た高出力分布帰還型半導体レ−ザ。 - 【請求項４】 上記共振器内に複数の上記位相シフト部
又は上記位相シフト領域を有する場合において、上記共
振器の軸方向（光の射出方向）をＸ軸とし、上記共振器
の中心部を原点Ｏ（Ｘ＝０）とし、一方の端面側を負と
し、他方の端面側を正としたとき、 原点Ｏから各々の位相シフト部又は位相シフト領域の中
点までの距離Ｌｉ（ｉ＝１，２…）について、当該位相
シフト領域の位相シフトΔΦｉ（ｉ＝１，２…）を重み
として、加重平均をとり、これを重心Ｇ、すなわち Ｇ＝ Σ（Ｌｉ・ΔΦｉ） ／ ΣΔΦｉ
として定義し、上記重心Ｇの位置が負のときは、
一方の端面側を高反射とし、他方の端面側を低反射と
し、上記重心Ｇの位置が正のときは、一方の端面側を低
反射とし、他方の端面側を高反射とすることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の光出力の線型性に優れた高出
力分布帰還型半導体レ−ザ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4238134A JP2772204B2 (ja) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | 光出力の線型性に優れた高出力分布帰還型半導体レ−ザ |
| US08/115,145 US5353298A (en) | 1992-09-07 | 1993-09-02 | High power distributed feedback semiconductor laser excellent in linearity of light output |
| KR1019930017770A KR970005164B1 (ko) | 1992-09-07 | 1993-09-06 | 분포귀환형 반도체레이저 |
| EP93114265A EP0588197B1 (en) | 1992-09-07 | 1993-09-06 | High power distributed feedback semiconductor laser |
| DE69303679T DE69303679T2 (de) | 1992-09-07 | 1993-09-06 | Hochleistungshalbleiterlaser mit verteilter Rückkoppelung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4238134A JP2772204B2 (ja) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | 光出力の線型性に優れた高出力分布帰還型半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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