JPH0697604A - 分布反射型半導体レーザ - Google Patents
分布反射型半導体レーザInfo
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- JPH0697604A JPH0697604A JP4272289A JP27228992A JPH0697604A JP H0697604 A JPH0697604 A JP H0697604A JP 4272289 A JP4272289 A JP 4272289A JP 27228992 A JP27228992 A JP 27228992A JP H0697604 A JPH0697604 A JP H0697604A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0612—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements 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
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
Abstract
(57)【要約】
【目的】コヒーレント光伝送方式等の使用する、発振波
長の高制御性、スペクトル線幅のより狭窄化、ゆらぎの
抑圧等、より広帯域での単一モード特性を備えた分布反
射型半導体レーザを提供する。 【構成】ＤＢＲ領域１３を加熱する加熱手段９を、中央
部の抵抗を端部に比べて小さくし、ＤＢＲ領域の両端部
を中央部に比べてより加熱する構造とした。その結果、
加熱手段９の中央部の発熱を抑えることができ、ＤＢＲ
領域１３の温度が一様となった。
長の高制御性、スペクトル線幅のより狭窄化、ゆらぎの
抑圧等、より広帯域での単一モード特性を備えた分布反
射型半導体レーザを提供する。 【構成】ＤＢＲ領域１３を加熱する加熱手段９を、中央
部の抵抗を端部に比べて小さくし、ＤＢＲ領域の両端部
を中央部に比べてより加熱する構造とした。その結果、
加熱手段９の中央部の発熱を抑えることができ、ＤＢＲ
領域１３の温度が一様となった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光伝送お
よび光計測の光源として有用である単一モード発振で波
長可変な分布反射型半導体レーザに関する。
よび光計測の光源として有用である単一モード発振で波
長可変な分布反射型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来技術】近年の情報量の多量化に伴い、光による情
報伝達の手段として光を周波数として扱ったコヒーレン
ト光伝送方式が開発されつつあり、その方式の一つとし
て光ヘテロダイン方式が有望視されている。この方式に
よれば送信側の信号光と受信側の局発光を同調させた時
に得られる干渉信号を情報信号として取り扱うため、一
本のファイバ上で周波数の異なった複数の信号光を同時
に送信することができることになる。これを実現するに
は使用する光源の性能が重要となる。要求される性能と
しては、狭い周波数帯により多くの情報をのせるためス
ペクトル線幅はより狭くすること、チャンネルの設定数
を多くするために波長可変幅をより広くすること、正確
な信号を得るために光出力はより大きいこと、信号光に
はＡＭ信号およびＦＭ信号が印加できること、局発光に
は信号光に同調できる程度に高速な波長シフトが可能で
あること等があげられる。
報伝達の手段として光を周波数として扱ったコヒーレン
ト光伝送方式が開発されつつあり、その方式の一つとし
て光ヘテロダイン方式が有望視されている。この方式に
よれば送信側の信号光と受信側の局発光を同調させた時
に得られる干渉信号を情報信号として取り扱うため、一
本のファイバ上で周波数の異なった複数の信号光を同時
に送信することができることになる。これを実現するに
は使用する光源の性能が重要となる。要求される性能と
しては、狭い周波数帯により多くの情報をのせるためス
ペクトル線幅はより狭くすること、チャンネルの設定数
を多くするために波長可変幅をより広くすること、正確
な信号を得るために光出力はより大きいこと、信号光に
はＡＭ信号およびＦＭ信号が印加できること、局発光に
は信号光に同調できる程度に高速な波長シフトが可能で
あること等があげられる。
【０００３】単一波長にて発振する半導体レーザとして
は、発光領域と回折格子を含む反射器とで構成された分
布反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇ
ｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザと、発光部に回折格子を
備えた分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザがある。これらのレーザは回
折格子のピッチの長さとその導波路の屈折率によって発
振波長が決まることになり、その物理量を変えられれば
発振波長を変えることができる。
は、発光領域と回折格子を含む反射器とで構成された分
布反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇ
ｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザと、発光部に回折格子を
備えた分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザがある。これらのレーザは回
折格子のピッチの長さとその導波路の屈折率によって発
振波長が決まることになり、その物理量を変えられれば
発振波長を変えることができる。
【０００４】（従来の技術１）実用性が高いという点か
ら、屈折率を変えることによって波長を変化させる波長
可変半導体レーザが試みられ、図６に示すような３電極
型の分布反射型半導体レーザが開発された。この３電極
型の分布反射型半導体レーザは、発光領域１１と、位相
制御領域１２とガイド層の下に回折格子３を有するＤＢ
Ｒ領域１３（以下、位相制御領域１２とＤＢＲ領域１３
とを合わせて波長制御領域１４という。）とがそれぞれ
独立した電極６、１８、１５を有している。発光領域１
１の活性層２に電流を注入することでレーザ発振させ、
位相制御領域１２とＤＢＲ領域１３のガイド層４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以上の波長を可
変することを実現した。しかし、このプラズマ効果を用
いて屈折率を変える方法は、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。また、導波路のキ
ャリア密度を上げるため、損失が増大し、しきい値の上
昇および量子効率の低下が生じてしまう。
ら、屈折率を変えることによって波長を変化させる波長
可変半導体レーザが試みられ、図６に示すような３電極
型の分布反射型半導体レーザが開発された。この３電極
型の分布反射型半導体レーザは、発光領域１１と、位相
制御領域１２とガイド層の下に回折格子３を有するＤＢ
Ｒ領域１３（以下、位相制御領域１２とＤＢＲ領域１３
とを合わせて波長制御領域１４という。）とがそれぞれ
独立した電極６、１８、１５を有している。発光領域１
１の活性層２に電流を注入することでレーザ発振させ、
位相制御領域１２とＤＢＲ領域１３のガイド層４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以上の波長を可
変することを実現した。しかし、このプラズマ効果を用
いて屈折率を変える方法は、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。また、導波路のキ
ャリア密度を上げるため、損失が増大し、しきい値の上
昇および量子効率の低下が生じてしまう。
【０００５】（従来の技術２）それに対して、温度によ
り屈折率を変え、波長を可変する方法が提示された（特
開平４−７２７８３号公報）。特に、温度によって屈折
率を変化させる場合の欠点である応答速度の遅いという
点は、活性層の近傍に設けた薄膜抵抗を加熱手段として
利用することにより改善されている。この方法はスペク
トル線幅の大きな劣化が生じない。図７に示すのは、分
布帰還型の半導体レーザの上部に薄膜抵抗を実装した構
造であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図である。こ
の加熱型の波長可変半導体レーザは、活性層２の直下に
バッファ層１７を介して回折格子３がある。この構造で
は、電流を注入するための電極６の上に、絶縁膜８を介
して加熱用電極１０ａ、１０ｂを有する薄膜抵抗からな
る加熱手段９が設けられている。この加熱型の波長可変
半導体レーザの導波路の屈折率は薄膜抵抗で発生するジ
ュール熱によって変化し、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。
り屈折率を変え、波長を可変する方法が提示された（特
開平４−７２７８３号公報）。特に、温度によって屈折
率を変化させる場合の欠点である応答速度の遅いという
点は、活性層の近傍に設けた薄膜抵抗を加熱手段として
利用することにより改善されている。この方法はスペク
トル線幅の大きな劣化が生じない。図７に示すのは、分
布帰還型の半導体レーザの上部に薄膜抵抗を実装した構
造であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図である。こ
の加熱型の波長可変半導体レーザは、活性層２の直下に
バッファ層１７を介して回折格子３がある。この構造で
は、電流を注入するための電極６の上に、絶縁膜８を介
して加熱用電極１０ａ、１０ｂを有する薄膜抵抗からな
る加熱手段９が設けられている。この加熱型の波長可変
半導体レーザの導波路の屈折率は薄膜抵抗で発生するジ
ュール熱によって変化し、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。
【０００６】しかし、約４ｎｍの波長シフトを得るには
回折格子３を備えた導波路に約４０度の温度上昇を与え
ることが必要である。この構造では、回折格子３が活性
層２の下部にあり、結果として活性層が高温にさらされ
るという問題がある。ストレス試験の結果から判断する
と、半導体レーザの室温動作での寿命が約１０万時間で
あるとすると、波長を約４ｎｍシフトさせた状態では１
万時間（１０分の１）以下に寿命が短縮してしまうこと
になる。また、活性層２を加熱すると、発振しきい値が
上昇してしまう。
回折格子３を備えた導波路に約４０度の温度上昇を与え
ることが必要である。この構造では、回折格子３が活性
層２の下部にあり、結果として活性層が高温にさらされ
るという問題がある。ストレス試験の結果から判断する
と、半導体レーザの室温動作での寿命が約１０万時間で
あるとすると、波長を約４ｎｍシフトさせた状態では１
万時間（１０分の１）以下に寿命が短縮してしまうこと
になる。また、活性層２を加熱すると、発振しきい値が
上昇してしまう。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】（従来の技術２の解
決手段）そのため、素子の寿命を短縮せず、かつ、キャ
リア密度の増大による大きな損失を発生することなく発
振しきい値の上昇が抑制可能な、温度によって波長を変
化させる手段が考えられる。同一出願人により、図８に
示す活性層２を含む発光領域１１が、位相制御領域１２
と回折格子を含むＤＢＲ領域１３、すなわち、波長制御
領域１４から熱的に独立した分布反射型半導体レーザを
出願した（特願平４−１８２９８１号）。しかし、この
構成でも図９に示すように、ＤＢＲ領域の温度が全域に
渡って一様とならない。そのため、特願平４−１８２９
８１号の発明は、発振波長の高制御性、スペクトル線幅
のより狭窄化、ゆらぎの抑圧等、より広帯域での単一モ
ード特性が必要な分野には使用できなかった。本発明は
このような事情に鑑みてなされたものであり、ＤＢＲ領
域の温度が全域に渡って一様となる分布反射型半導体レ
ーザを提供することを課題とする。
決手段）そのため、素子の寿命を短縮せず、かつ、キャ
リア密度の増大による大きな損失を発生することなく発
振しきい値の上昇が抑制可能な、温度によって波長を変
化させる手段が考えられる。同一出願人により、図８に
示す活性層２を含む発光領域１１が、位相制御領域１２
と回折格子を含むＤＢＲ領域１３、すなわち、波長制御
領域１４から熱的に独立した分布反射型半導体レーザを
出願した（特願平４−１８２９８１号）。しかし、この
構成でも図９に示すように、ＤＢＲ領域の温度が全域に
渡って一様とならない。そのため、特願平４−１８２９
８１号の発明は、発振波長の高制御性、スペクトル線幅
のより狭窄化、ゆらぎの抑圧等、より広帯域での単一モ
ード特性が必要な分野には使用できなかった。本発明は
このような事情に鑑みてなされたものであり、ＤＢＲ領
域の温度が全域に渡って一様となる分布反射型半導体レ
ーザを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の分布反射型半導体レーザにおいては、ＤＢＲ領
域を加熱する加熱手段を、ＤＢＲ領域の両端部を中央部
に比べてより加熱する構造とした。具体的に請求項１
は、中央部の抵抗を小さく、あるいは両端部の抵抗を大
きくした加熱手段を備えたものである。また、請求項
２、および請求項３は、ガイド層のわきをエッチングで
除去し、かつその除去を部分的に加熱効果を変えるよう
に形成した。
本発明の分布反射型半導体レーザにおいては、ＤＢＲ領
域を加熱する加熱手段を、ＤＢＲ領域の両端部を中央部
に比べてより加熱する構造とした。具体的に請求項１
は、中央部の抵抗を小さく、あるいは両端部の抵抗を大
きくした加熱手段を備えたものである。また、請求項
２、および請求項３は、ガイド層のわきをエッチングで
除去し、かつその除去を部分的に加熱効果を変えるよう
に形成した。
【０００９】
【作用】このように構成された分布反射型半導体レーザ
によれば活性層２とガイド層４とを光の共振方向で直結
させてあり、そのガイド層４の一部に回折格子３を備
え、薄いクラッド層５を挟んで素子の上面に、中央部の
抵抗率の小さい薄膜抵抗を加熱手段９として形成してあ
る。この構造を採用したことにより、ガイド層４に数１
０度の温度を与えても活性層には熱の影響がない。ま
た、加熱手段９の中央部の発熱を抑えることができ、Ｄ
ＢＲ領域の温度が一様となった。同様に、請求項２、請
求項３も同様に、加熱手段の形状が一様であっても、Ｄ
ＢＲ領域の温度が一様となった。
によれば活性層２とガイド層４とを光の共振方向で直結
させてあり、そのガイド層４の一部に回折格子３を備
え、薄いクラッド層５を挟んで素子の上面に、中央部の
抵抗率の小さい薄膜抵抗を加熱手段９として形成してあ
る。この構造を採用したことにより、ガイド層４に数１
０度の温度を与えても活性層には熱の影響がない。ま
た、加熱手段９の中央部の発熱を抑えることができ、Ｄ
ＢＲ領域の温度が一様となった。同様に、請求項２、請
求項３も同様に、加熱手段の形状が一様であっても、Ｄ
ＢＲ領域の温度が一様となった。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。 （第１の実施例）図１（Ａ）は導波路にそって切断した
断面図、（Ｂ）は素子の上面図である。第１の実施例の
分布反射型半導体レーザは、以下の手順により作製され
る。まず、ｐ形ＩｎＰの基板１上に１．５５μｍ帯Ｉｎ
ＧａＡｓＰからなる活性層２を成長する。
する。 （第１の実施例）図１（Ａ）は導波路にそって切断した
断面図、（Ｂ）は素子の上面図である。第１の実施例の
分布反射型半導体レーザは、以下の手順により作製され
る。まず、ｐ形ＩｎＰの基板１上に１．５５μｍ帯Ｉｎ
ＧａＡｓＰからなる活性層２を成長する。
【００１１】次に、発光領域１１となる部分以外の活性
層２をエッチングにより除去し、ＤＢＲ領域１３に１．
５５μｍの波長の光をブラッグ反射させる２４２０オン
グストロームのピッチの回折格子３を形成し、発光領域
１１となる部分以外、すなわち位相制御領域１２及びＤ
ＢＲ領域１３に１．３μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰからなるガ
イド層４を成長する。
層２をエッチングにより除去し、ＤＢＲ領域１３に１．
５５μｍの波長の光をブラッグ反射させる２４２０オン
グストロームのピッチの回折格子３を形成し、発光領域
１１となる部分以外、すなわち位相制御領域１２及びＤ
ＢＲ領域１３に１．３μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰからなるガ
イド層４を成長する。
【００１２】その後、ｎ形ＩｎＰのクラッド層５を全面
にわたって成長し、横モード制御されるように１．５μ
ｍの幅のメサ形の導波路をエッチングを用いて形成し、
そのメサ形の導波路の両側にｎ形ＩｎＰ及びｐ形ＩｎＰ
の電流阻止層（図示せず。）を再成長する。
にわたって成長し、横モード制御されるように１．５μ
ｍの幅のメサ形の導波路をエッチングを用いて形成し、
そのメサ形の導波路の両側にｎ形ＩｎＰ及びｐ形ＩｎＰ
の電流阻止層（図示せず。）を再成長する。
【００１３】最後に、基板１側にはｐ形電極７を、発光
領域１１のクラッド層５の上部にはｎ形の電極６を形成
する。また、位相制御領域１２とＤＢＲ領域１３のクラ
ッド層５の上部にはＳｉＯ2 の絶縁膜８を介して加熱用
電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有するＡｕの薄膜抵抗を
形成する。この薄膜抵抗が本発明の加熱手段９に相当す
る。この加熱手段９の形状によると、中央部９ｂが端部
９ｃより線幅が太いため、単位長さ当たりの抵抗率が小
さくる。つまり、中央部９ｂの発熱が端部９ｃの発熱よ
り小さくなる。両端部の放熱、中央部の蓄熱があって
も、結果的に、ＤＢＲ領域の全領域に渡って温度が一様
となる。本発明は、第１の実施例の加熱手段９の形状に
限定ないことは言うまでもなく、クラット層５等の放熱
効果、ＤＢＲ領域を加熱する温度、つまり波長可変幅等
で適宜構成することができる。さらに、加熱用電極を複
数備えれば、加熱用電極からの放熱も均一となり、ま
た、それぞれの電極間の電流を適宜制御することによ
り、よりＤＢＲ領域の全領域に渡って温度が一様とする
ことができる。
領域１１のクラッド層５の上部にはｎ形の電極６を形成
する。また、位相制御領域１２とＤＢＲ領域１３のクラ
ッド層５の上部にはＳｉＯ2 の絶縁膜８を介して加熱用
電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有するＡｕの薄膜抵抗を
形成する。この薄膜抵抗が本発明の加熱手段９に相当す
る。この加熱手段９の形状によると、中央部９ｂが端部
９ｃより線幅が太いため、単位長さ当たりの抵抗率が小
さくる。つまり、中央部９ｂの発熱が端部９ｃの発熱よ
り小さくなる。両端部の放熱、中央部の蓄熱があって
も、結果的に、ＤＢＲ領域の全領域に渡って温度が一様
となる。本発明は、第１の実施例の加熱手段９の形状に
限定ないことは言うまでもなく、クラット層５等の放熱
効果、ＤＢＲ領域を加熱する温度、つまり波長可変幅等
で適宜構成することができる。さらに、加熱用電極を複
数備えれば、加熱用電極からの放熱も均一となり、ま
た、それぞれの電極間の電流を適宜制御することによ
り、よりＤＢＲ領域の全領域に渡って温度が一様とする
ことができる。
【００１４】（第２の実施例）図２（Ａ）は導波路にそ
って切断した断面図、（Ｂ）は素子の上面図である。第
２の実施例の分布反射型半導体レーザは、加熱手段９の
作製を除き、第１の実施例と同様の手順により作製され
る。第２の実施例は、薄膜抵抗を作製するマスクを順
次、変更する工程を経ることにより、加熱手段９を３次
元的に作製したものである。つまり、第１の実施例で
は、平面上で加熱手段９の抵抗率を小さくする。そのた
め、場合によっては、加熱手段９の中央部が、加熱すべ
きＤＢＲ領域から外れてしまい、熱効率を下げる結果と
なる。第２の実施例は、その改善手段である。
って切断した断面図、（Ｂ）は素子の上面図である。第
２の実施例の分布反射型半導体レーザは、加熱手段９の
作製を除き、第１の実施例と同様の手順により作製され
る。第２の実施例は、薄膜抵抗を作製するマスクを順
次、変更する工程を経ることにより、加熱手段９を３次
元的に作製したものである。つまり、第１の実施例で
は、平面上で加熱手段９の抵抗率を小さくする。そのた
め、場合によっては、加熱手段９の中央部が、加熱すべ
きＤＢＲ領域から外れてしまい、熱効率を下げる結果と
なる。第２の実施例は、その改善手段である。
【００１５】（第３の実施例）第３の実施例の分布反射
型半導体レーザは、加熱手段９の作製を除き、第１の実
施例と同様の手順により作製される。第３の実施例は、
加熱手段９を形成する薄膜抵抗に混入する不純物の量
を、中央部と端部と違えることにより、中央部の抵抗率
を端部に比べて小さくしている。具体的には、ＡｕにＴ
ｉを混ぜて合金化する方法が挙げられる。つまり、端部
にＴｉの量を多くし、抵抗率を大きくする。なお、第１
の実施例、第２の実施例、第３の実施例をそれぞれ適
宜、同時に実施すると、より効果を上げられることはい
うまでもない。
型半導体レーザは、加熱手段９の作製を除き、第１の実
施例と同様の手順により作製される。第３の実施例は、
加熱手段９を形成する薄膜抵抗に混入する不純物の量
を、中央部と端部と違えることにより、中央部の抵抗率
を端部に比べて小さくしている。具体的には、ＡｕにＴ
ｉを混ぜて合金化する方法が挙げられる。つまり、端部
にＴｉの量を多くし、抵抗率を大きくする。なお、第１
の実施例、第２の実施例、第３の実施例をそれぞれ適
宜、同時に実施すると、より効果を上げられることはい
うまでもない。
【００１６】（第４の実施例）第４の実施例は請求項２
の実施例であり、図３（Ａ）は導波路にそって切断した
断面図、（Ｂ）は、素子の上面図である。第４の実施例
の分布反射型半導体レーザは、以下の手順により作製さ
れる。まず、ｐ形ＩｎＰの基板１上に１．５５μｍ帯Ｉ
ｎＧａＡｓＰからなる活性層２を成長する。
の実施例であり、図３（Ａ）は導波路にそって切断した
断面図、（Ｂ）は、素子の上面図である。第４の実施例
の分布反射型半導体レーザは、以下の手順により作製さ
れる。まず、ｐ形ＩｎＰの基板１上に１．５５μｍ帯Ｉ
ｎＧａＡｓＰからなる活性層２を成長する。
【００１７】次に、発光領域１１となる部分以外の活性
層２をエッチングにより除去し、ＤＢＲ領域１３に１．
５５μｍの波長の光をブラッグ反射させる２４２０オン
グストロームのピッチの回折格子３を形成し、発光領域
１１となる部分以外、すなわち位相制御領域１２及びＤ
ＢＲ領域１３に１．３μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰからなるガ
イド層４を成長する。
層２をエッチングにより除去し、ＤＢＲ領域１３に１．
５５μｍの波長の光をブラッグ反射させる２４２０オン
グストロームのピッチの回折格子３を形成し、発光領域
１１となる部分以外、すなわち位相制御領域１２及びＤ
ＢＲ領域１３に１．３μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰからなるガ
イド層４を成長する。
【００１８】その後、ｎ形ＩｎＰのクラッド層５を全面
にわたって成長し、横モード制御されるように１．５μ
ｍの幅のメサ形の導波路をエッチングを用いて形成し、
そのメサ形の導波路の両側にｎ形ＩｎＰ及びｐ形ＩｎＰ
の電流阻止層（図示せず。）を再成長する。位相制御領
域１２及びＤＢＲ領域１３の両側にエッチングを用いて
溝１５を形成する。この場合、溝１５と各領域との間隔
は１０μｍ程度とする。また、溝１５は、ＤＢＲ領域の
中央部の幅は、端部の幅より小さく形成する。
にわたって成長し、横モード制御されるように１．５μ
ｍの幅のメサ形の導波路をエッチングを用いて形成し、
そのメサ形の導波路の両側にｎ形ＩｎＰ及びｐ形ＩｎＰ
の電流阻止層（図示せず。）を再成長する。位相制御領
域１２及びＤＢＲ領域１３の両側にエッチングを用いて
溝１５を形成する。この場合、溝１５と各領域との間隔
は１０μｍ程度とする。また、溝１５は、ＤＢＲ領域の
中央部の幅は、端部の幅より小さく形成する。
【００１９】最後に、基板１側にはｐ形電極７を、発光
領域１１のクラッド層５の上部にはｎ形の電極６を形成
する。また、位相制御領域１２とＤＢＲ領域１３のクラ
ッド層５の上部にはＳｉＯ2 の絶縁膜８を介して加熱用
電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有するＡｕの薄膜抵抗を
形成する。この場合、溝１５の底を丸くすると、加熱手
段９と加熱用電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃとのパターン
形成が容易となる。この結果、加熱手段９の形状が一様
であっても、端部の溝１５の幅が中央部の幅より大きい
ため、放熱が少ない（発熱効率が良い）。つまり、中央
部の蓄熱があっても、結果的に、ＤＢＲ領域の全領域に
渡って温度が一様となる。また、両端部の熱効率が良い
ため、消費電力を減らすことができる。
領域１１のクラッド層５の上部にはｎ形の電極６を形成
する。また、位相制御領域１２とＤＢＲ領域１３のクラ
ッド層５の上部にはＳｉＯ2 の絶縁膜８を介して加熱用
電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有するＡｕの薄膜抵抗を
形成する。この場合、溝１５の底を丸くすると、加熱手
段９と加熱用電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃとのパターン
形成が容易となる。この結果、加熱手段９の形状が一様
であっても、端部の溝１５の幅が中央部の幅より大きい
ため、放熱が少ない（発熱効率が良い）。つまり、中央
部の蓄熱があっても、結果的に、ＤＢＲ領域の全領域に
渡って温度が一様となる。また、両端部の熱効率が良い
ため、消費電力を減らすことができる。
【００２０】（第５の実施例）第５の実施例は請求項３
の実施例であり、図４（Ａ）は導波路にそって切断した
断面図、図３（Ｂ）は素子の斜視図を示す。第５の実施
例の分布反射型半導体レーザは、第４の実施例と溝１５
の形状を除いて同様である。位相制御領域１２及びＤＢ
Ｒ領域１３の両側の結晶層を一部エッチングにより除去
し、位相制御領域１２及びＤＢＲ領域１３を含んだメサ
ストライブを形成する。この場合、溝１５に相当する部
分を除いた、メサ（１６）は、ＤＢＲ領域の中央部の幅
は、端部の幅より大きく形成する。最後に、基板１側に
はｐ形電極７を、発光領域１１のクラッド層５の上部に
はｎ形の電極６を形成する。また、位相制御領域１２と
ＤＢＲ領域１３のクラッド層５の上部にはＳｉＯ2 の絶
縁膜８を介して加熱用電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有
するＡｕの薄膜抵抗を形成する。この加熱手段９の形状
が一様であっても、メサ（１６）の端部の幅が中央部の
幅より小さいため、放熱が少ない（発熱効率が良い）。
つまり、中央部の蓄熱があっても、結果的に、ＤＢＲ領
域の全領域に渡って温度が一様となる。また、両端部の
熱効率が良いため、消費電力を減らすことができる。な
お、請求項１と、請求項２または請求項３の発明を適
宜、同時に実施することにより、より効果を上げられる
ことはいうまでもない。
の実施例であり、図４（Ａ）は導波路にそって切断した
断面図、図３（Ｂ）は素子の斜視図を示す。第５の実施
例の分布反射型半導体レーザは、第４の実施例と溝１５
の形状を除いて同様である。位相制御領域１２及びＤＢ
Ｒ領域１３の両側の結晶層を一部エッチングにより除去
し、位相制御領域１２及びＤＢＲ領域１３を含んだメサ
ストライブを形成する。この場合、溝１５に相当する部
分を除いた、メサ（１６）は、ＤＢＲ領域の中央部の幅
は、端部の幅より大きく形成する。最後に、基板１側に
はｐ形電極７を、発光領域１１のクラッド層５の上部に
はｎ形の電極６を形成する。また、位相制御領域１２と
ＤＢＲ領域１３のクラッド層５の上部にはＳｉＯ2 の絶
縁膜８を介して加熱用電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有
するＡｕの薄膜抵抗を形成する。この加熱手段９の形状
が一様であっても、メサ（１６）の端部の幅が中央部の
幅より小さいため、放熱が少ない（発熱効率が良い）。
つまり、中央部の蓄熱があっても、結果的に、ＤＢＲ領
域の全領域に渡って温度が一様となる。また、両端部の
熱効率が良いため、消費電力を減らすことができる。な
お、請求項１と、請求項２または請求項３の発明を適
宜、同時に実施することにより、より効果を上げられる
ことはいうまでもない。
【００２１】（有限要素法による熱解析）さらに、本発
明の第１の実施例をモデルに、有限要素法を用いて熱解
析を行った。図５は加熱手段により加熱した場合におけ
る活性層２及びガイド層４の温度変化を示す図である。
幅４００μｍ、長さ８５０μｍ、厚さ１００μｍの波長
可変半導体レーザを用いて説明する。この素子におい
て、各領域の長さは、発光領域３００μｍ、位相制御領
域２５０μｍ、ＤＢＲ領域３００μｍである。そして、
それぞれの領域の上面中央から２μｍ下方に活性層及び
ガイド層が位置する。ＩｎＰ層の熱伝導率は０．６８Ｗ
／ｃｍ／°Ｃ、ＩｎＧａＡｓＰ層の熱伝導率は０．０３
Ｗ／ｃｍ／°Ｃ、ＳｉＯ2 膜の熱伝導率は０．００１Ｗ
／ｃｍ／°Ｃである。位相制御領域１２のガイド層４の
真上で、かつ、素子の上面のガイド層４に沿った場所に
幅１５μｍ、長さ２００μｍの薄膜抵抗を設け、また、
ＤＢＲ領域１３のガイド層の真上で、かつ、素子上面の
ガイド層４に沿った場所に、幅１５μｍ、長さ２５０μ
ｍの薄膜抵抗を設けた。このとき、基板側は、ヒートシ
ンクにボンディングされており、ペルチェ素子にて熱を
十分吸収できるので、常に２５度に保たれる。
明の第１の実施例をモデルに、有限要素法を用いて熱解
析を行った。図５は加熱手段により加熱した場合におけ
る活性層２及びガイド層４の温度変化を示す図である。
幅４００μｍ、長さ８５０μｍ、厚さ１００μｍの波長
可変半導体レーザを用いて説明する。この素子におい
て、各領域の長さは、発光領域３００μｍ、位相制御領
域２５０μｍ、ＤＢＲ領域３００μｍである。そして、
それぞれの領域の上面中央から２μｍ下方に活性層及び
ガイド層が位置する。ＩｎＰ層の熱伝導率は０．６８Ｗ
／ｃｍ／°Ｃ、ＩｎＧａＡｓＰ層の熱伝導率は０．０３
Ｗ／ｃｍ／°Ｃ、ＳｉＯ2 膜の熱伝導率は０．００１Ｗ
／ｃｍ／°Ｃである。位相制御領域１２のガイド層４の
真上で、かつ、素子の上面のガイド層４に沿った場所に
幅１５μｍ、長さ２００μｍの薄膜抵抗を設け、また、
ＤＢＲ領域１３のガイド層の真上で、かつ、素子上面の
ガイド層４に沿った場所に、幅１５μｍ、長さ２５０μ
ｍの薄膜抵抗を設けた。このとき、基板側は、ヒートシ
ンクにボンディングされており、ペルチェ素子にて熱を
十分吸収できるので、常に２５度に保たれる。
【００２２】以上の条件で行ったシミュレーションの結
果、ＤＢＲ層１３の温度分布は図５に示すように一様と
なった。また、この図から判断して、加熱手段９たる薄
膜抵抗と活性層上面との距離を約５０μｍ以上離せば、
熱の影響はほとんどなく、発光領域１１は波長制御領域
１４と熱的に独立しているといえる。
果、ＤＢＲ層１３の温度分布は図５に示すように一様と
なった。また、この図から判断して、加熱手段９たる薄
膜抵抗と活性層上面との距離を約５０μｍ以上離せば、
熱の影響はほとんどなく、発光領域１１は波長制御領域
１４と熱的に独立しているといえる。
【００２３】この実施例では、１〜２Ｗの電力を与え
て、加熱手段９によりガイド層４を加熱することによ
り、光出力を１０ｍＷで維持させながら、スペクトル線
幅は２〜５ＭＨｚの範囲に収めつつ、位相連続にて５ｎ
ｍ、モードジャンプをさせて１０ｎｍの波長シフトがで
きた。
て、加熱手段９によりガイド層４を加熱することによ
り、光出力を１０ｍＷで維持させながら、スペクトル線
幅は２〜５ＭＨｚの範囲に収めつつ、位相連続にて５ｎ
ｍ、モードジャンプをさせて１０ｎｍの波長シフトがで
きた。
【００２４】
【本発明の効果】以上説明したように本発明の分布反射
型半導体レーザによれば、波長制御領域にのみ加熱し、
発光領域に対して加熱するこく、熱を遮断する構造を採
用した。したがって、素子の寿命を維持し、しきい値電
流の上昇を抑えながら、発光効率を低下することなく、
広帯域にわたる波長可変と、スペクトル線幅の狭窄が図
れる。さらに、ＤＢＲ領域の温度分布の一様化によっ
て、単一モード発振帯域のより広域化を実現することが
できる。
型半導体レーザによれば、波長制御領域にのみ加熱し、
発光領域に対して加熱するこく、熱を遮断する構造を採
用した。したがって、素子の寿命を維持し、しきい値電
流の上昇を抑えながら、発光効率を低下することなく、
広帯域にわたる波長可変と、スペクトル線幅の狭窄が図
れる。さらに、ＤＢＲ領域の温度分布の一様化によっ
て、単一モード発振帯域のより広域化を実現することが
できる。
【図１】 本発明の第１の実施例を示す断面図、及び上
面図である。
面図である。
【図２】 本発明の第２の実施例を示す断面図、及び上
面図である。
面図である。
【図３】 本発明の第４の実施例を示す断面図、及び上
面図である。
面図である。
【図４】 本発明の第５の実施例を示す断面図、及び斜
視図である。
視図である。
【図５】 本発明の第１の実施例の素子において加熱手
段により加熱した場合における活性層及びガイド層の温
度変化を示す図である。
段により加熱した場合における活性層及びガイド層の温
度変化を示す図である。
【図６】 従来の技術１に示す３電極型の分布反射型レ
ーザの図である。
ーザの図である。
【図７】 従来の技術２に示す加熱型波長可変レーザの
断面図、及び上面図である。
断面図、及び上面図である。
【図８】 従来の技術２を解決する３電極型の分布反射
型レーザの図である。
型レーザの図である。
【図９】 図８の加熱手段により加熱した場合における
活性層及びガイド層の温度変化を示す図である。
活性層及びガイド層の温度変化を示す図である。
１ 基板。 ２ 活性層。 ３ 回折格子。 ４ ガイド層。 ５ クラッド層。 ６ 電極。 ７ 電極。 ８ 絶縁膜。 ９ 加熱手段。 １０ａ 加熱用電極。 １０ｂ 加熱用電極。 １０ｃ 加熱用電極。 １１ 発光領域。 １２ 位相制御領域。 １３ ＤＢＲ領域。 １４ 波長制御領域。 １５ 溝。 １６ メサ。 １７ バッファ層。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板（１）上に、発光領域（１
１）と、位相制御領域（１２）と、ＤＢＲ領域（１３）
とがレーザ共振軸方向につらなって形成されている分布
反射型半導体レーザにおいて、 前記位相制御領域の上部に形成され位相制御領域を加熱
するための第１の加熱手段（９ａ）と、前記ＤＢＲ領域
の上部に形成され、中央部の抵抗を両端部より小さくし
た第２の加熱手段（９ｂ、９ｃ））とを備え、前記ＤＢ
Ｒ領域の両端部を中央部より高温で加熱することを特徴
とする分布反射型半導体レーザ。 - 【請求項２】 半導体基板（１）上に、発光領域（１
１）と、位相制御領域（１２）と、ＤＢＲ領域（１３）
とがレーザ共振軸方向につらなって形成されている分布
反射型半導体レーザにおいて、 前記位相制御領域と前記ＤＢＲ領域の両側の結晶層の一
部を除去することにより溝（１５）を形成し、ＤＢＲ領
域の中央部に位置する溝の幅をＤＢＲ領域の両端部に位
置する幅より小さくし、ＤＢＲ領域の中央部を両端部よ
り放熱効率を上げることを特徴とする分布反射型半導体
レーザ。 - 【請求項３】 半導体基板（１）上に、発光領域（１
１）と、位相制御領域（１２）と、ＤＢＲ領域（１３）
とがレーザ共振軸方向につらなって形成されている分布
反射型半導体レーザにおいて、 前記位相制御領域と前記ＤＢＲ領域の両側の結晶層の一
部を除去することにより位相制御領域とＤＢＲ領域を含
むメサストライブ（１６）を形成し、ＤＢＲ領域の中央
部に位置するメサの幅をＤＢＲ領域の両端部に位置する
幅より大きくし、ＤＢＲ領域の中央部を両端部より放熱
効率を上げることを特徴とする分布反射型半導体レー
ザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4272289A JP3064118B2 (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 分布反射型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4272289A JP3064118B2 (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 分布反射型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697604A true JPH0697604A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3064118B2 JP3064118B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=17511788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4272289A Expired - Fee Related JP3064118B2 (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 分布反射型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064118B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998038710A1 (de) * | 1997-02-27 | 1998-09-03 | Deutsche Telekom Ag | Optoelektronisches bauelement |
| JP2007273644A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Eudyna Devices Inc | 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール |
| JP2007294914A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-11-08 | Eudyna Devices Inc | 光半導体装置 |
| JP2011071562A (ja) * | 2011-01-11 | 2011-04-07 | Sumitomo Electric Device Innovations Inc | 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール |
| JP2011071563A (ja) * | 2006-03-30 | 2011-04-07 | Sumitomo Electric Device Innovations Inc | 光半導体装置 |
| WO2018147307A1 (ja) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 古河電気工業株式会社 | 光導波路構造 |
| US20210288463A1 (en) * | 2020-03-13 | 2021-09-16 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Laser device |
-
1992
- 1992-09-16 JP JP4272289A patent/JP3064118B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998038710A1 (de) * | 1997-02-27 | 1998-09-03 | Deutsche Telekom Ag | Optoelektronisches bauelement |
| JP2007273644A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Eudyna Devices Inc | 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール |
| JP2007294914A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-11-08 | Eudyna Devices Inc | 光半導体装置 |
| JP2011071563A (ja) * | 2006-03-30 | 2011-04-07 | Sumitomo Electric Device Innovations Inc | 光半導体装置 |
| US8101957B2 (en) | 2006-03-30 | 2012-01-24 | Eudyna Devices Inc. | Optical semiconductor device, laser chip and laser module |
| US8194710B2 (en) | 2006-03-30 | 2012-06-05 | Eudyna Devices Inc. | Semiconductor laser with heater |
| US8563991B2 (en) | 2006-03-30 | 2013-10-22 | Eudyna Devices Inc. | Optical semiconductor device, laser chip and laser module |
| JP2011071562A (ja) * | 2011-01-11 | 2011-04-07 | Sumitomo Electric Device Innovations Inc | 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール |
| WO2018147307A1 (ja) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 古河電気工業株式会社 | 光導波路構造 |
| JPWO2018147307A1 (ja) * | 2017-02-07 | 2019-11-21 | 古河電気工業株式会社 | 光導波路構造 |
| US11482838B2 (en) | 2017-02-07 | 2022-10-25 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Optical waveguide structure |
| US20210288463A1 (en) * | 2020-03-13 | 2021-09-16 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Laser device |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3064118B2 (ja) | 2000-07-12 |
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