JPH07131104A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH07131104A
JPH07131104A JP27143193A JP27143193A JPH07131104A JP H07131104 A JPH07131104 A JP H07131104A JP 27143193 A JP27143193 A JP 27143193A JP 27143193 A JP27143193 A JP 27143193A JP H07131104 A JPH07131104 A JP H07131104A
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JP
Japan
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periodic
semiconductor laser
laser device
perturbation
resonator
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Application number
JP27143193A
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English (en)
Inventor
Makoto Okai
誠 岡井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】広帯域に渡って平坦な周波数変調応答特性を有
する半導体レーザを実現することである。 【構成】共振器の共振方向に屈折率の周期的摂動と利得
の周期的摂動とを同時に有する活性層3上に回折格子7
が配設された半導体レーザ装置であって、回折格子7の
周期に不等ピッチ成分を存在せしめ、両者の周期的摂動
の位相が一致していると共に、不均一な周期成分領域を
有する半導体レーザ装置によって構成される。不均一な
周期成分領域を有する回折格子7としては、例えば周期
的摂動の位相が不連続となる領域を有するもの、周期的
摂動の周期が異なる領域を2つ以上有するもの、周期的
摂動の周期が不均一な領域を有するもの等が挙げられ
る。 【効果】1kHz〜20GHzの広帯域に渡って平坦な
周波数変調応答特性を有する半導体レーザを得ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置に係
り、特にコヒーレント光通信における送信用光源に好適
な半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】共振器の共振方向に等ピッチの回折格子
を設け、屈折率の周期的摂動と利得の周期的摂動を同時
に有する半導体レーザ装置は知られている。そしてこの
種の半導体レーザ装置を用いた従来のコヒーレント光通
信においては、例えば1990年電子情報通信学会春季
全国大会予稿集、C−150にあるように、屈折率の周
期的摂動を有する半導体レ−ザを変調することにより、
周波数を変調していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところがこの場合に
は、熱的な要因と電気的な要因とが絡み合い低周波領域
において周波数変調応答が極端に小さくなる領域が現わ
れるために、平坦な周波数変調応答特性が得られないと
云う問題があった。したがって、本発明の目的は、この
ような従来の問題を解消することにあり、広帯域に渡っ
て平坦な周波数変調応答特性を実現することのできる半
導体レーザ装置を提供するにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、低周波領
域において周波数変調応答が極端に小さくなる領域が現
われる要因とその対策について種々実験検討した。その
結果、特に低周波数領域において平坦な周波数変調応答
特性を得るためには、キャリア注入による波長変化をレ
ッドシフト(長波長側に変化させる)になるように工夫
すればよく、利得結合と屈折率結合とを組み合わせるこ
とにより、共振器の共振方向の光強度分布を制御する方
法が有効であるという知見を得た。
【0005】本発明は、このような知見に基づいてなさ
れたものであり、上記目的は、共振器の共振方向に屈折
率の周期的摂動と利得の周期的摂動とを同時に有する半
導体レーザ装置であって、両者の周期的摂動の位相が一
致していると共に、不均一な周期成分領域を有して成る
半導体レーザ装置により、達成される。具体的には実施
例の項で説明するが、ここで代表的な解決手段を総括的
に述べると、以下の通りである。
【0006】先ず、第1には、共振器の共振方向に屈折
率の周期的摂動と利得の周期的摂動とを同時に有する半
導体レーザ装置であって、両者の周期的摂動の位相が一
致していると共に、さらにその周期的摂動の位相が不連
続となる領域を有していること、第2には、両者の周期
的摂動の位相が一致していると共に、さらにその周期的
摂動の周期が異なる領域を2つ以上有していること、第
3には、両者の周期的摂動の位相が一致しており、さら
にその周期的摂動の周期が連続的に変化している領域を
有してことである。
【0007】
【作用】位相シフト型半導体レーザの共振器方向の光強
度分布を図2に示す。通常の屈折率結合型では、駆動電
流を増加するともに、中央部での光の集中がより顕著に
なる。このため、位相シフト量が増加し、発振波長が短
波長側にシフトする。これに対し、本発明の原理となる
屈折率結合に利得結合を組み合わせた構造では、駆動電
流を増加するとともにプラズマ効果により屈折率結合が
弱くなるため、共振器方向での光の集中が緩和される。
このため位相シフト量が減少し、発振波長が長波長側へ
シフトする。この発振波長の駆動電流依存性を図3に示
す。このように屈折率結合に利得結合を組み合わせた構
造では、キャリアによる波長変化と熱による波長変化が
ともにレッドシフトになるため、広帯域に渡って平坦な
周波数変調応答特性を得ることができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従って説明
する。 〈実施例1〉本発明の第1の実施例を図1を用いて説明
する。n型InP基板1上に有機金属気相成長法を用い
て厚さ50nmのn型InGaAsP下ガイド層2およ
び厚さ200nmのInGaAsP活性層3を多層成長
する。次に、電子線直接描画法を用いて、InGaAs
P活性層3の表面に周期が240nmの回折格子7を作
製する。この回折格子7は、共振器の中央で位相が反転
している。この位相が反転している領域は、隣接する等
ピッチ周期(240nm)の1〜3ピッチ分が実用上好
ましく、ここでは約1.5ピッチ分とした。
【0009】次いで、回折格子7の上に有機金属気相成
長法を用いて厚さ100nmのp型InGaAsP下ガ
イド層4、2μmのp型InPクッラド層5、および5
0nmのp型InGaAsPキャップ層6を順次多層成
長する。最後に、n電極8およびp電極9を形成し、へ
き開により図示の断面構造を有するレーザ構造とした。
【0010】ここで回折格子7を作製する際にInGa
AsP活性層3の上にp型InGaAsP下ガイド層4
の薄膜を成長しておくことも可能である。また、回折格
子7の上に結晶成長する際に、InGaAsP活性層3
とp型InGaAsP下ガイド層4との間にp型InP
層を挿入することも可能である。
【0011】このようにして作製した半導体レーザを直
接変調することにより、発振周波数を変調した。その結
果、1kHzから20GHzの広帯域に渡って、平坦な
(3dB帯域)周波数変調応答特性を得ることができ
た。また、2.0GHz/mAと高い変調感度を得るこ
とができた。
【0012】〈実施例2〉次に本発明の第2の実施例を
図4を用いて説明する。第2の実施例では回折格子7の
構造が第1の実施例と異なる。すなわち、回折格子の周
期が共振器の中央付近で短くなっている。この周期の短
い領域は、回折格子全長の5〜30%が実用上好まし
く、ピッチの数は任意とすることができる。このように
して作製した半導体レーザを直接変調することにより、
発振周波数を変調した。その結果、1kHzから20G
Hzの広帯域に渡って、平坦な(3dB帯域)周波数変
調応答特性を得ることができた。また、2.0GHz/
mAと高い変調感度を得ることができた。なお、各層の
厚さは、実施例1の場合と同様にした。
【0013】〈実施例3〉次に本発明の第3の実施例を
図5を用いて説明する。第3の実施例では回折格子7の
構造が第1の実施例と異なる。すなわち、回折格子7の
周期が共振器の左端から右に行くにしたがって直線的に
変化し長くなっている。左端と右端との周期の変化量
は、左端のピッチを基準にしたとき右端はそれよりも
0.5〜5%程度長くするのが実用上好ましい。このよ
うにして作製した半導体レーザを直接変調することによ
り、発振周波数を変調した。その結果、1kHzから2
0GHzの広帯域に渡って、平坦な(3dB帯域)周波
数変調応答特性を得ることができた。また、2.0GH
z/mAと高い変調感度を得ることができた。なお、各
層の厚さは、実施例1の場合と同様にした。
【0014】〈実施例4〉次に本発明の第4の実施例を
図6を用いて説明する。n型InP基板1上に有機金属
気相成長法を用いてn型InGaAsP下ガイド層2を
成長する。次に電子線直接描画法を用いて、n型InG
aAsP下ガイド層2の表面に周期が240nmの回折
格子7を作製する。この回折格子7は実施例1と同様に
共振器の中央で位相が反転している。ただし、回折格子
7の形成面を実施例1とは逆の構造で、活性層3の裏面
とした。回折格子7の上に有機金属気相成長法を用い
て、InGaAsP活性層3、p型InGaAsP下ガ
イド層4、p型InPクッラド層5、およびp型InG
aAsPキャップ層6を多層成長する。次に、n電極8
およびp電極9を形成し、へき開によりレーザ構造とし
た。このようにして作製した半導体レーザを直接変調す
ることにより、発振周波数を変調した。その結果、1k
Hzから20GHzの広帯域に渡って、平坦な(3dB
帯域)周波数変調応答特性を得ることができた。また、
2.0GHz/mAと高い変調感度を得ることができ
た。なお、各層の厚さは、基本的には実施例1と同様で
あるが、n型InGaAsP下ガイド層2とp型InG
aAsP下ガイド層4とを入替え、前者を100nm、
後者を50nmの厚とした。
【0015】〈実施例5〉次に本発明の第5の実施例を
図7を用いて説明する。第5の実施例では、活性層3に
膜厚4nmのInGaAs井戸層と10nmのInGa
AsP障壁層との5回繰返し層からなる多重量子井戸構
造(総膜厚70nm)を導入した点が第1の実施例と異
なる。このようにして作製した半導体レーザを直接変調
することにより、発振周波数を変調した。その結果、1
kHzから20GHzの広帯域に渡って、平坦な(3d
B帯域)周波数変調応答特性を得ることができた。ま
た、2.0GHz/mAと高い変調感度を得ることがで
きた。以上、何れもInP系材料の実施例を代表例とし
て示したが、本発明はその他いかなる材料系の半導体レ
ーザにも適応可能であることは云うまでもない。さらに
いかなる横方向制御構造にも適応可能である。
【0016】〈実施例6〉次に、本発明の第6の実施例
を図8を用いて説明する。本発明の半導体レーザを送信
用光源として用いたコヒーレント光通信システムであ
る。4つの半導体レーザをそれぞれ10Gbit/sの
速さで周波数変調する。それぞれの光を1本の光ファイ
バに挿入し、100kmの伝送後、ヘテロダイン検波に
より信号を受信した。これにより1本の光りファイバを
用いて40Gbit/sの伝送をおこなうことができ
た。本実施例では4チャンネルの例を示したが、チャン
ネル数をさらに増やすことは可能である。
【0017】
【発明の効果】以上詳述したように本発明により所期の
目的を達成することができた。すなわち、1kHz〜2
0GHzの広帯域に渡って平坦な周波数変調応答特性を
有する半導体レーザを実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例となる半導体レーザの横
断面図。
【図2】同じく本発明の原理作用を説明するための概念
図。
【図3】同じく本発明の原理作用を説明するための概念
図。
【図4】同じく本発明の第2の実施例となる半導体レー
ザの横断面図。
【図5】同じく本発明の第3の実施例となる半導体レー
ザの横断面図。
【図6】同じく本発明の第4の実施例となる半導体レー
ザの横断面図。
【図7】同じく本発明の第5の実施例となる半導体レー
ザの横断面図。
【図8】同じく本発明の第6の実施例となる光通信シス
テムの概念図。
【符号の説明】
1…基板、 2…下ガイド層、3…活性
層、 4…上ガイド層、5…クラッド層、
6…キャップ層、7…回折格子、
8、9…電極。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】共振器の共振方向に屈折率の周期的摂動と
    利得の周期的摂動とを同時に有する半導体レーザ装置で
    あって、両者の周期的摂動の位相が一致していると共
    に、不均一な周期成分領域を有して成る半導体レーザ装
    置。
  2. 【請求項2】共振器の共振方向に屈折率の周期的摂動と
    利得の周期的摂動とを同時に有する半導体レーザ装置で
    あって、両者の周期的摂動の位相が一致していると共
    に、さらにその周期的摂動の位相が不連続となる領域を
    有して成る半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】共振器の共振方向に屈折率の周期的摂動と
    利得の周期的摂動とを同時に有する半導体レーザ装置で
    あって、両者の周期的摂動の位相が一致していると共
    に、さらにその周期的摂動の周期が異なる領域を2つ以
    上有して成る半導体レーザ装置。
  4. 【請求項4】共振器の共振方向に屈折率の周期的摂動と
    利得の周期的摂動とを同時に有する半導体レーザ装置で
    あって、両者の周期的摂動の位相が一致しており、さら
    にその周期的摂動の周期が連続的に変化している領域を
    有して成る半導体レーザ装置。
  5. 【請求項5】活性層の表層部に周期的な凹凸を共振器の
    共振方向に向かって配設して成る請求項1乃至4何れか
    記載の半導体レーザ装置。
  6. 【請求項6】活性層の下層部表面に周期的な凹凸を共振
    器の共振方向に向かって配設して成る請求項1乃至4何
    れか記載の半導体レーザ装置。
  7. 【請求項7】活性層を多重量子井戸構造として成る請求
    項1乃至6何れか記載の半導体レーザ装置。
  8. 【請求項8】活性層上に回折格子が配設され、共振器の
    共振方向に屈折率の周期的摂動と利得の周期的摂動とを
    同時に有するた半導体レーザ装置であって、両者の周期
    的摂動の位相が一致していると共に、不均一な周期成分
    領域を有する回折格子を具備して成る半導体レーザ装
    置。
  9. 【請求項9】活性層上に回折格子が配設され、共振器の
    共振方向に屈折率の周期的摂動と利得の周期的摂動とを
    同時に有する半導体レーザ装置であって、両者の周期的
    摂動の位相が一致していると共に、さらにその周期的摂
    動の位相が不連続となる領域を有する回折格子を具備し
    て成る半導体レーザ装置。
  10. 【請求項10】活性層上に回折格子が配設され、共振器
    の共振方向に屈折率の周期的摂動と利得の周期的摂動と
    を同時に有する半導体レーザ装置であって、両者の周期
    的摂動の位相が一致していると共に、さらにその周期的
    摂動の周期が異なる領域を2つ以上有する回折格子を具
    備して成る半導体レーザ装置。
  11. 【請求項11】活性層上に回折格子が配設され、共振器
    の共振方向に屈折率の周期的摂動と利得の周期的摂動と
    を同時に有する半導体レーザ装置であって、両者の周期
    的摂動の位相が一致しており、さらにその周期的摂動の
    周期が連続的に変化している領域を有する回折格子を具
    備して成る半導体レーザ装置。
  12. 【請求項12】請求項1乃至11何れか記載の半導体レ
    ーザ装置を送信用光源として具備して成るコヒーレント
    光通信システム。
JP27143193A 1993-10-29 1993-10-29 半導体レーザ装置 Pending JPH07131104A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6111906A (en) * 1997-03-17 2000-08-29 Nec Corporation Distributed-feedback semiconductor laser

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6111906A (en) * 1997-03-17 2000-08-29 Nec Corporation Distributed-feedback semiconductor laser

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