JPH0697602A - 分布ブラッグ反射型レーザ - Google Patents

分布ブラッグ反射型レーザ

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JPH0697602A
JPH0697602A JP27105892A JP27105892A JPH0697602A JP H0697602 A JPH0697602 A JP H0697602A JP 27105892 A JP27105892 A JP 27105892A JP 27105892 A JP27105892 A JP 27105892A JP H0697602 A JPH0697602 A JP H0697602A
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JP
Japan
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waveguide
layer
heating means
electrode
type inp
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Application number
JP27105892A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Mori
浩 森
Toshihiro Kameda
俊弘 亀田
Haruo Nagai
治男 永井
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Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
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Publication date
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Publication of JPH0697602A publication Critical patent/JPH0697602A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06256Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】加熱することにより導波路の屈折率を変化させ
る方法と電流を注入することにより波長を制御する方法
とを併用した分布ブラッグ反射型レーザでは、熱により
電極の金が半導体結晶中に拡散し、非発光再結合の増大
を招く。 【構成】請求項1では、電流を注入する電極を加熱する
手段からの熱の影響を受けない位置に取付け、また、熱
流の流れる経路を確保した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、屈折率変化のために導
波路に対する加熱手段を備えた分布ブラッグ反射型レー
ザに関する。
【0002】
【従来の技術】まず、波長可変レーザとしては、周期構
造が活性領域(または、発光領域ともいう。)の外側に
ある分布ブラッグ反射型レーザ(Distributed Bragg Re
flector:以下、DBRレーザという。)が知られてい
る。DBRレーザは電流を注入して利得を得る活性領域
と、グレーティング導波路からなる反射領域であるDB
R領域とで構成される。この構造では、活性領域に電流
を注入してレーザ発振させるとともに、DBR領域に電
流を注入してキャリア密度を増やし、プラズマ効果によ
って導波路の屈折率を変えることで波長をシフトさせ
る。これにより数mW以上の光出力で数nm以上の波長
を変えることを実現できる。しかし、このプラズマ効果
を用いて屈折率を変化させる方法は、キャリア密度のゆ
らぎが生じる結果、屈折率が不安定となり、スペクトル
線幅の大きな劣化を伴うという問題点がある。
【0003】それに対して、活性領域内に回折格子を備
えた分布帰還型レーザ(以下、DFBレーザという。)
に関する技術として温度により活性層の屈折率を変え、
波長を可変する方法が提示された(特開平4−7278
3号)。この構造を図6に示す。(A)は上面図、
(B)は上面図(A)の破線イ−ロによる断面図であ
る。この方法では、温度によって屈折率を変える場合の
欠点である応答速度の遅いという点は、活性層2の直上
の近傍に設けた薄膜抵抗を加熱手段8として利用するこ
とにより改善されている。この方法では、電流を注入す
るための電極9の上に、絶縁膜7を介して加熱手段8と
して薄膜抵抗を設けている。この温度により活性層2の
屈折率を変え、波長を可変するDFBレーザでは、薄膜
抵抗により発生するジュール熱により屈折率は変化し、
スペクトル線幅の大きな劣化を生じることなく約4nm
の波長可変を達成した。しかし、この構造では、活性層
2の直上の近傍から直接加熱しているため、活性層2が
高温にさらされ、加熱を行わない場合の素子の寿命が約
10万時間であるとすると、波長を4nmシフトさせた
状態では、1万時間以下に寿命が短縮してしまう。
【0004】そこで、素子の寿命を短縮せず、かつ、発
振しきい値の上昇の抑制が可能にした発明が本出願人の
先願としてある(特願平4−182981号)。この発
明では活性層以外の導波路を加熱して導波路の屈折率を
変化させ、波長をシフトさせる。この発明は活性層に対
して加熱しない構造を採用したので、素子の寿命を維持
し、かつ、スペクトル線幅の大きな劣化もなく、波長を
変化させることができる。すなわち、活性層に対して熱
の影響がないように活性層以外の導波路を加熱すること
が後述する本発明にとって前提条件である。
【0005】図7に示すDBRレーザ素子は、活性層2
の延長上にある導波路近傍に金属薄膜抵抗などの加熱手
段8を実装し、これを用いて活性層2以外の導波路(図
7ではガイド層10となる)の温度を変えることにより
導波路の屈折率を制御する技術を示す。この例では、加
熱手段8としてストライプ状の金属薄膜抵抗がSiO2
の絶縁膜7をはさんで位相制御領域及びDBR領域(以
下両者を一括して発光領域に対する概念として受動領域
という。)のクラッド層3の直上部に形成されており、
この金属薄膜抵抗に電力が与えられて発熱すると、温度
上昇によって受動領域中の導波路の屈折率が変化し、ひ
いては素子の発振波長が変化する。金属薄膜抵抗の端部
と発光領域の上面との間の間隔は、金属薄膜抵抗の発す
る熱の到達を防止するのに十分なだけの距離があるもの
とする。
【0006】しかし、加熱手段8のみにより活性層以外
の導波路の屈折率を変化させる方法では、導波路の屈折
率は増大する方向にしか変化させることはできない。ま
た、熱による制御方式は応答速度が電流注入による制御
方式に比べ遅くならざるを得ない、という問題は残る。
【0007】図8もまたDBRレーザ素子における実施
例であるが、この例においては受動領域のクラッド層3
と絶縁膜7との間に、電流注入用の電極9を備えてい
る。これを用いて電流を流すことで受動領域の導波路
(図8ではガイド層10となる。)の中にキャリアが注
入され、プラズマ効果によって導波路の屈折率が変化
し、素子の発振波長が変化する。一方で加熱手段8であ
る金属薄膜抵抗から生じる熱は、この電極部分を伝導し
て導波路に達し、上記プラズマ効果とは独立に屈折率変
化が生じさせる。
【0008】このように、加熱手段8と活性層以外の導
波路との間に電流注入用の電極9を形成すると、注入電
流に変調信号を付加することで高速応答が得られる上、
加熱手段8による温度上昇の効果と電流注入による効果
とを併用することにより、屈折率は増大及び減少の両方
に変化させることができ、波長を変化させる点において
大いにその有用性が期待されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この加熱手段8を用い
て温度変化による屈折率の変化を利用する方法と電流注
入の効果を併用することは上記のようにすぐれた点を有
しており、先に述べた特開平4−72783号において
も、活性層についてではあるが加熱手段8による温度変
化と電極9による電流注入による効果とを併用してい
る。しかし、一般的にDBRレーザの電流注入用の電極
9として使用されるオーミック性Au電極では、金属薄
膜抵抗から供給される熱によって電極を構成する物質で
あるAuが半導体結晶中に次第に拡散していき、半導体
電子のエネルギーバンド構造中に不純物準位を形成し
て、非発光再結合の増大を招いてしまう。すなわち、加
熱手段8を形成して温度上昇によって導波路の屈折率を
制御する方式と、オーミック電極を形成してキャリア注
入によって屈折率を制御する方式とを併用すると、加熱
手段8の発する波長制御用の熱の効果でオーミック電極
に含まれるAuの原子が半導体結晶中に拡散してしま
い、半導体レーザの特性を著しく損なってしまうという
問題がある。さらにこの場合、導波路に対する加熱を行
うにあたり、応答速度との関係上できるだけ加熱を施す
導波路の近傍に加熱手段8を設けなければならない。
【0010】
【課題を解決するための手段】この問題の解決するため
の手段を以下に3つ述べる。まず、第1の手段として、
電流注入用の電極9を加熱手段8からの熱の影響を受け
ない位置に取付けること、すなわち、加熱手段8から導
波路へと至る波長を制御するための熱流の伝導経路上に
は電流注入用の電極9を形成せず、その熱流の影響を受
けない位置に形成した電極9から導波路への電流伝導経
路を確保することにより達成される。この構成では、加
熱手段8は従来どおり導波路の近傍に設けられている。
【0011】次に、第2の手段として、電流注入用の電
極9とクラッド層3との間に金属の拡散を停止させるた
めの層を設けることにより達成される。この構成でも、
加熱手段は従来どおり導波路の近傍に設けられている。
【0012】さらに、第3の手段として、電流注入用の
電極9をショットキー型電極13とすることにより達成
される。この構成でも、加熱手段8は従来どおり導波路
の近傍に設けられている。
【0013】
【作用】請求項1及び3の発明の実施により、電流注入
用の電極9に含まれる金属の拡散は防止される。また、
請求項2の発明の実施により、レーザの発光特性を損な
わない程度に抑制される。また、加熱手段8は導波路の
直上の近傍に設けられているので、応答速度は従来のも
のと変わらない。
【0014】
【実施例】以下、請求項毎に実施例を説明する。 (第1の実施例)図1に請求項1に対応した実施例を示
す。縦方向は任意スケール、横方向はμmである(但
し、回折格子の部分は強調してある。)(A)は正面
図、(B)はイ−ロでの断面図である。p型InPの基
板1の上にエネルギーギャップ波長1.55μmのIn
GaAsPの活性層2またはエネルギーギャップ波長
1.3μmのガイド層10、さらにn型InPのクラッ
ド層3をそれぞれ成長する。次いでこれらをメサ状にエ
ッチングした後n型InPの電流阻止層4およびp型I
nPの電流阻止層5によって埋込み、さらに全面にわた
ってn型InPの電流バイパス層6を成長させる。この
上に導波路部分を充分に覆うようにSiO2の絶縁膜7
を形成し、さらに受動領域の導波路直上に加熱手段8で
ある金属薄膜抵抗を形成する。一方電流注入用の電極9
を導波路直上から水平距離にして30μm以上離れた位
置に形成する。受動領域の導波路内には波長選択のため
の回折格子11が形成されている。
【0015】(第2の実施例)図2に請求項2に対応し
た実施例を示す。(A)は正面図、(B)はイ−ロでの
断面図である。第1の実施例の電流バイパス層6の代わ
りに、Au原子が活性層への拡散を防止するためのエネ
ルギーギャップ1.3μmのInGaAsPの金属拡散
阻止層12を成長し、そのあと電流注入用の電極9を形
成する。絶縁膜7及び加熱手段8である金属薄膜抵抗は
前記の第1の実施例と同様である。この構造によれば加
熱手段8の発する熱によって電極9からAuが拡散して
も、金属拡散阻止層12によってトラップされるため、
活性層2及びガイド層10まで達することはない。この
金属拡散阻止層12の存在による注入電流の経路の抵抗
の増大は小さいので、クラッド層3と同程度まで層厚を
厚くすることで拡散阻止の効果を高めることができる。
【0016】この実施例について金属拡散阻止層12の
層厚とその下にある活性層及びガイド層の加熱による温
度変化との関係を調べた解析モデルを図3及び図4に示
す。図3はモデルの形状を示した図であり以下のように
なる。解析のモデルは、厚さ100μm、幅400μ
m、長さ1000μmのInP層21を半導体レーザ結
晶として考え、その上面にInGaAsPの金属拡散阻
止層12を全面に形成する。活性領域以外の受動領域を
後側650μmとしてこの部分全域に厚さ2000オン
グストロームのAu電極22を形成し、さらにこの領域
の中央部に幅50μmのストライプ状SiO2絶縁膜2
3及び幅15μmのAu薄膜抵抗24をそれぞれ厚さ5
000オングストローム及び1000オングストローム
として作成した。さらに以上の構成はSiC25のサブ
マウント上にあって、SiCの底面はヒートシンクによ
って常に25度に保たれているとする。また熱伝導率は
InP層21は0.7W/cm・deg、Au層は3.
2W/cm・deg、SiO2層は0.014W/cm
・deg、SiC層は2.7W/cm・degとした。
解析を容易にするため、本来は半導体結晶中に含まれる
活性層及びガイド層のInGaAsPは体積が極めて小
さいことから無視し、また空気中への熱の放出はないも
のとした。解析はこのモデルにおいて薄膜抵抗に1Wの
電力を与えたときのヒータ直下のInP表面から深さ2
μmの位置の温度分布を調べ、さらにはInP上面に拡
散阻止層InGaAsPを厚さ1、2、3、5μmで全
面に形成したときの上記温度分布の変化を調べた。
【0017】この解析結果を図4に示す。縦軸は導波路
の温度変化、横軸は素子の位置関係を示す。この解析結
果からわかるように、金属拡散阻止層12の層厚は2μ
m程度までなら導波路の温度制御に大きな影響を与えず
にすむことがわかる。
【0018】(第3の実施例)図5に請求項3に対応し
た実施例を示す。第2の実施例における金属拡散阻止層
12を成長せず、電流注入用の電極9をショットキー型
電極13としたものである。この手段ではオーミック電
極に比べ、電極部分での電圧の上昇は避けられないが、
これは本発明の効果による特性の向上を考えれば充分に
容認される程度の反作用にすぎない。
【0019】
【発明の効果】本発明の手段を採用することにより、半
導体の電子のエネルギーバンド構造を損なうことなく、
熱による屈折率変化と電流注入による屈折率変化を併用
して、より高性能な波長可変特性が得られる。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】 請求項1の実施例を示す図であり、(A)は
素子の正面図、(B)は素子の出射方向に平行な方向か
らみた断面図である。
【図2】 請求項2の実施例を示す図。
【図3】 請求項2における解析モデルの形状を示す
図。
【図4】 請求項2における解析モデルの温度と層厚の
関係を示した図。
【図5】 請求項3の実施例を示す図。
【図6】 従来の技術を示す図。
【図7】 従来の技術を示す図。
【図8】 従来の技術を示す図。
【符号の説明】
1 基板 2 活性層 3 クラッド層 4 電流阻止層 5 電流阻止層 6 電流バイパス層 7 絶縁膜 8 加熱手段 9 電極 10 ガイド層 11 回折格子 12 金属拡散阻止層。 13 ショットキー型電極。 21 InP層 22 Au電極 23 SiO2絶縁膜 24 Au薄膜抵抗 25 SiC。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層以外の導波路近傍に加熱手段
    (8)を備え、かつ該加熱手段(8)によって発生した
    熱が発光領域には影響を及ぼさない構造を有する分布ブ
    ラッグ反射型レーザにおいて、 加熱手段(8)からの熱の影響を受けない位置に取付け
    た電流注入用の電極(9)を備えたことを特徴とする分
    布ブラッグ反射型レーザ。
  2. 【請求項2】 活性層以外の導波路近傍に加熱手段
    (8)を備え、かつ該加熱手段(8)によって発生した
    熱が発光領域には影響を及ぼさない構造を有する分布ブ
    ラッグ反射型レーザにおいて、 電流注入用の電極(9)と導波路の上部のクラッド層
    (3)との間に金属の拡散を停止させるための金属拡散
    阻止層(12)を有する分布ブラッグ反射型レーザ。
  3. 【請求項3】 活性層以外の導波路近傍に加熱手段
    (8)を備え、かつ該加熱手段(8)によって発生した
    熱が発光領域には影響を及ぼさない構造を有する分布ブ
    ラッグ反射型レーザにおいて、 電流注入用の電極(9)がショットキー型電極(13)
    であることを特徴とした分布ブラッグ反射型レーザ。
JP27105892A 1992-09-14 1992-09-14 分布ブラッグ反射型レーザ Pending JPH0697602A (ja)

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