JPH0817263B2 - 干渉計半導体レーザ - Google Patents

干渉計半導体レーザ

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JPH0817263B2
JPH0817263B2 JP2255014A JP25501490A JPH0817263B2 JP H0817263 B2 JPH0817263 B2 JP H0817263B2 JP 2255014 A JP2255014 A JP 2255014A JP 25501490 A JP25501490 A JP 25501490A JP H0817263 B2 JPH0817263 B2 JP H0817263B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、１平面において互いに隣接する３個以上
のセグメントを含み、半導体ウエハ上にモノリシックに
集積され、それぞれ１個以上のレーザ活性領域およびそ
の自由端におけるミラーを具備し、さらにセグメントを
互いに接続するビームスプリッタを備えている電気的に
同調可能な干渉計半導体レーザに関するものである。
［従来の技術］ 干渉計半導体レーザはマイケルソン（Michelson）ま
たはマッハツェンダー（Mach−Zehnder）干渉計の原理
により構成された半導体レーザである。ファブリペロー
共振器を備えたレーザに比較して、干渉計半導体レーザ
はモノモード動作で放射を行い、その一方レーザ光のサ
イドモードを良好に抑制する利点を有している。さらに
その光学長を変化するために電流が注入されるとき、こ
のレーザはDFB（分配されたフィードバック）共振器を
備えたレーザよりも強力に同調されることができる。こ
れは、波長多重化により動作される多重チャンネル通信
システムの送信レーザ、チャンネル波長を正確に定める
ためのコヒーレント系における局部発振器、および論理
素子等のような種々の応用に適している。論理素子にお
いては論理状態“1"および“0"は２つの波長λ1，λ2に
より表される。
文献（Applied Phys.Letter,52,1988年767〜769頁）
にはモノリシックに集積された連続的に同調可能なレー
ザが記載されており、それは電気コンタクトにより互い
に独立して制御される少なくとも３個の個別のレーザ空
洞を具備している。光学共振器として動作する４個のセ
グメントが十字型レーザを構成し、その交差点にビーム
スプリッタがセグメントの一つに対して45度の角度で配
置されている。
異なる長さL1，L2，L3を有する３個のセグメントのみ
を備えた半導体レーザは同じ原理にしたがって構成され
た。
そのような半導体レーザは金属有機物ガス相エピタキ
シにより（100）GaAs/GaAlAs二重ヘテロ接合構造で形成
され、それにおいてセグメントはホトリソグラフ的に
［011］および［110］［sic］方向に形成される。それ
からセグメントは誘電材料により被覆され電極が取付け
られる。セグメントは半導体基体の後面において金属化
され、端部で分割される。
ガリウムイオンの照射によりビームスプリッタを形成
するように３個のセグメントの接続点において狭い溝が
形成される。この溝はレーザ活性領域から下方に0.1μ
ｍの距離まで延在し、そのためセグメント間に無視でき
ない結合が生成される。
個々のレーザのモードスペクトラムに比較して、干渉
計半導体レーザは３個のセグメントの異なる長さL1，
L2，L3によって次の式のようなｎ番目のモードの大きな
増幅を生じる。
個々のセグメントの長さL1，L2，L3が比較的長いにも
かかわらず、レーザ空洞の長さの差（L2＋L3）−（L1＋
L2）のみがモードの分離において働き、一方c/2Lの周波
数差のモードがファブリペロー共振器を含むレーザ中で
生じる。ここでｃは光速度であり、Ｌはレーザ空洞の長
さである。レーザが十分に短いならば、その場合にのみ
単一周波数で発振するであろう。
［発明の解決すべき課題］ しかしながらこの干渉計半導体レーザは発生する光の
周波数が変化できない欠点がある。
この発明の目的は、放射周波数が変化可能であり、光
データ伝送に適した、すなわち1.3μｍおよび1.55μｍ
の波長範囲で放射を行う上述の形式の半導体レーザを提
供することである。
［課題解決のための手段］ この目的は、ビームスプリッタがセグメント間のレー
ザ光の透過および反射を電流により制御可能にする２個
の電極を具備している上述の形式の半導体レーザによっ
て達成される。
有効な変形形態は特許請求の範囲の請求項２以下に記
載されている。レーザ活性領域として量子ウエルパケッ
トを備えている半導体レーザは特に有効である。それは
平坦な表面を有し、またビームスプリッタと導波体なら
びにモニターダイオード間の分離が外来原子の注入また
は拡散によって行われ、そのため結晶構造が変化される
からである。この処理は“選択的不整化”と呼ばれる。
別の特に有効な実施態様は第２のビームスプリッタ
と、放射されたレーザ光の位相、パワーおよびフィルタ
波長を個別に制御可能にする３個のモニタダイオードと
を具備している 添付図面を参照にして以下この発明の実施例を詳細に
説明する。
［実施例］ 第１図に示された干渉計半導体レーザは３個のセグメ
ント1,2,3とモニタダイオード４とを具備し、それらは
方形半導体チップ10上に互いに直角に配置されている。
このチップ10は半導体基体11（第２図）で構成されてい
る。
複数の重ねられた層として構成された（第２図参照）
セグメント1,2,3およびモニタダイオード４はビームス
プリッタ５によって互いに接続される。しかしながら一
方では第２図に示すように溝18が順次の層11,…,16中の
層14の深さまでセグメント1,2,3およびモニタダイオー
ド４とビームスプリッタ５との間に形成されている。
セグメント２および３は半導体基体11の［011］方向
に延在し、その自由端にはそれぞれ反射面21および31が
結晶面のエッチングまたは分割により形成されている。
利用されるレーザ光はセグメント１から［110］方向に
放射される。
第２図に断面図で示された半導体レーザの半導体基体
11はｎ型InPで構成されている。半導体基体11或いはそ
の上に設けられたバッファ層（ここでは図示されていな
い）はビームスプリッタ５の領域中にホログラフ格子12
1を設けられている。この格子121は第１または第２の順
序の周期性を有する。２つの周期性どちらが選択される
かは導波体１乃至３間の相互結合の意図された強度によ
る。半導体基体11或いはその上に設けられたバッファ層
上に続いてｎ型のInGaAsP層12が形成される。それは導
波領域を形成し、1.30μｍの波長の光を伝送する。
この層12上にドープされないInGaAsP層13が形成さ
れ、それは1.55μｍの波長の光に対して透明であり、レ
ーザ活性領域を構成する。
この層13上にカバー層として作用する厚さ１ミクロン
のＰ型InPの層14が続いて形成される。層15はコンタク
ト層であり、P+型InGaAsで構成され、金属層16の下に位
置する。
層14乃至16は縦方向および横方向でビームスプリッタ
５を限定している溝18によって中断されている。
セグメント1,2,3およびモニタダイオード４の溝18の
端部の４隅の領域における層14の高さはh0である。ビー
ムスプリッタの上下には電極51,52が設けられ、電流注
入により電荷キャリア濃度の屈折率に依存してホログラ
フ格子121の透過および反射を制御して導波体１乃至３
の結合を制御する。金属層16の上および半導体基体11の
下においてセグメント1,2,3およびモニタダイオード４
もまた電極を設けられ（ここでは図示せず）、それによ
ってそれらが制御される。セグメント1,2,3は順方向で
動作され、一方モニタダイオード４は逆方向で動作され
る。モニタダイオード４はセグメント1,2,3に対する注
入電流を制御してそれらの光放射を変化させる。
放射光のモードは広範囲にわたってシフトされること
ができる。モノモード放射は1.55μｍの波長から0.4％
まで変位することができる。この変位は注入電流の連続
的同調によって行われることができる。
十分な光をビームスプリッタ５中に結合するために、
セグメント２および３は150乃至200μｍの幅を有する。
それらにおいて層13はいわゆる“広面積レーザ”を形成
する。しかしながらセグメント１のレーザ活性領域（第
２図参照）は２μｍの幅しか有していない。それはリッ
ジ導波体を構成する。セグメント1,2,3はそれぞれ長さL
1，L2，L3を有する（第２図および第３図参照）。
別の実施例においては、干渉計半導体レーザ20のビー
ムスプリッタ５はホログラフ格子の代りに部分的透明ミ
ラー53を具備している。このような半導体レーザ20は、
ビームスプリッタ５に対応する表面を通る角度２等分線
1000の一方の側の領域Ｉはこの角度２等分線1000の反対
側の領域IIよりも高い表面を有するように形成される。
第４図の線Ａ−Ａに対応する断面（第５図参照）にお
いて、層14はセグメント１および２の領域および領域Ｉ
に対応するビームスプリッタ５の半分の区域においては
高さh2を有し、導波体３、モニタダイオード４の区域お
よび領域IIに対応するビームスプリッタ５の他の半分の
区域においては高さh1を有し、セグメント１乃至３、モ
ニタダイオード４、およびビームスプリッタ５の外側で
は高さはh0である。コンタクト層は設けられていない。
領域IIのセグメント１乃至３、モニタダイオード４、お
よびビームスプリッタ５は金属層16を備えている。
いくつかのそのような同一に構成された半導体レーザ
20,30,40（第６図）は半導体基体11上に集積される。そ
れらは互いに縦方向および横方向おいてオフセットされ
ており、そのため半導体レーザ20のビームスプリッタ５
の角度２等分線1000は他の２個の半導体レーザ30,40の
ビームスプリッタ５の角度２等分線を形成している。全
ビームスプリッタ５は方形のベース断面形状を有してい
るから、それらは前記角度２等分線1000と45度で交差す
る。
この場合に全セグメント1,2,3はリッジ導波体レーザ
を備え、それらはそれぞれ３μｍまでの幅を有する２つ
のレーザ活性領域を設けられている。領域ＩおよびIIの
異なる厚さにより、それらはそれぞれ異なった屈折率n1
およびn2を有する。それらは半導体基体11および層12乃
至14により平均化される。屈折率の差はセグメント１乃
至３間のレーザ光の結合度の尺度である。ビームスプリ
ッタ５による所望の結合に応じて層14はエッチングされ
対応する高さh1が得られる。
ホログラフ格子のものに比較してエッチングされたビ
ームスプリッタ５により与えられたセグメント１乃至３
間のレーザ光の良好な結合に基づいて、セグメント２お
よび３は広面積レーザを含む必要はなく、それ故セグメ
ント１と同様にセグメント１と同じ幅を持つリッジ導波
体を具備している。
他方セグメント１乃至３間のビームスプリッタ５によ
り影響された光の結合は電気的に制御することはできな
い。むしろ領域ＩとIIの間の段差により予め定められ
る。
セグメント１乃至３のリッジ導波体レーザにおいて使
用される二重ヘテロ構造の代りに、第３の実施例では多
重量子ウエル層が設けられる。その10乃至12がセグメン
ト１乃至３において互いに重ねられる（第７図）。層13
中の単一のレーザ活性領域（第５図）の代りに、10乃至
12の層が設けられており、それらは例えば交互のInGaAs
PとInPの層から構成される。
そのような多重量子ウエル層の半導体レーザの製造
は、層12、10乃至12の多重量子ウエル層、および層14
（第８図）が半導体基体11上、或いはバッファ層（図示
せず）上に順次エピタキシャルに形成される。その後半
導体レーザの十字形表面がマスクによりリソグラフ的に
覆われ、次の注入または拡散工程において領域70乃至73
のみの結晶構造が外来原子、例えば亜鉛または領域70乃
至73が構成されている材料の原子によって再構成され
る。原子によって再構成された領域IIは層12まで下方に
延在する（第８図）。
第２の注入または拡散工程において、領域Ｉの結晶構
造のみが原子により再び再整列される。このようにして
セグメント３およびモニタダイオード４はセグメント１
および２とは異なった屈折率を有する。この場合、再構
成力は一方ではセグメント１および２間の結合、他方で
はセグメント３との結合によって決定される。
別の半導体レーザは第10図に示すように２個のビーム
スプリッタ55,56を備えている。これらのビームスプリ
ッタはセグメント１乃至３から３個のモニタダイオード
41,42,43に光を結合させる。モニタダイオード41はレー
ザ光の位相を制御する。それは導波体２および３に注入
される電流を調整する。モニタダイオード42はレーザ光
のパワーを制御し、セグメント１に注入される電流の強
度を調整する。フィルタ波長を調整するためのモニタダ
イオード43により発生される電流もまたセグメント１に
注入される。ビームスプリッタ55,56およびセグメント
１乃至３は高さh1の層（第11図）14中に表面から下方に
延在する溝180乃至182によって互いに、およびモニタダ
イオード41,42,43から分離されている。両ビームスプリ
ッタはそれぞれ電極550,551および560,561を設けられ、
それによって結合が制御される。セグメント１乃至３お
よびビームスプリッタ55,56は金属層16を設けられてい
る。セグメント１乃至３、ビームスプリッタ55,56、モ
ニタダイオード41乃至43およびそれらの間に配置された
溝180乃至182の外側には半導体基体11が延在し、その表
面は部分的にエッチングされて高さh3を有する。
第２図による層構造の代りに、２個のビームスプリッ
タ55,56を備えた半導体層が量子ウエルレーザ（第９図
参照）により実現されることができる。
量子ウエルレーザを備えたそのような半導体レーザは
特に経済的に製造されることができる。レーザ光のため
に必要な全ての制御信号は集積されたモニタダイオード
41乃至43によって発生され、外部制御は存在しない。
半導体基体１に集積される別の半導体レーザは第12図
に示されるようにＹ型のビームスプリッタ５を具備し、
それはセグメント１乃至３と結合し、溝180乃至182によ
ってセグメント１乃至３から分離されている。セグメン
ト２および３はモニタダイオード41,42から溝183,184に
よって分離されている。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第３図はビームスプリッタとしてホログラフ
格子を具備する干渉計半導体レーザを示す。 第４図乃至第６図はエッチングしたビームスプリッタを
具備する干渉計半導体レーザを示す。 第７図乃至第９図は量子ウエルを具備する干渉計半導体
レーザを示す。 第10図および第11図は２個のビームスプリッタを具備す
る干渉計半導体レーザを示す。 第12図は、Ｙ結合器を具備する干渉計半導体レーザを示
す。 1,2,3……セグメント、４……モニタダイオード、５…
…ビームスプリッタ、11……半導体基体、13……レーザ
活性層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルブレヒト・モーザー ドイツ連邦共和国、7120 ビーテイッヒハ イム、フライベル ガーシュトラーセ 30 (72)発明者 ミヒアエル・シリンク ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 31、ラスタッター・シュトラーセ 38 (72)発明者 ハインツ・シュバイツアー ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 31、ニール シュタイナー・シュトラ ーセ 18 (72)発明者 クラウス・ビュンステル ドイツ連邦共和国、7141 シュビーベルデ インゲン、シュテイーゲルシュトラーセ 18 (72)発明者 ウルリヒ・シュパルトホフ ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 31、ニール シュタイナー・シュトラ ーセ８ (56)参考文献 特開 昭61−198792（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，52 〔10〕（1988）Ｐ．767−769 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲ Ｓ，19〔22〕（1983）Ｐ．926−927 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲ Ｓ，26〔４〕（1990）Ｐ．243−244

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１平面において互いに隣接する３個以上の
    セグメントを含み、半導体ウエハ上にモノリシックに集
    積され、それぞれ１個以上のレーザ活性領域およびその
    自由端におけるミラーを具備し、さらにセグメントを互
    いに接続するビームスプリッタを備えている電気的に同
    調可能な干渉計半導体レーザにおいて、 ビームスプリッタはセグメント間のレーザの透過および
    反射を電流により制御する２個の電極を具備しているこ
    とを特徴とする干渉計半導体レーザ。
  2. 【請求項２】ビームスプリッタがホログラフ格子を具備
    していることを特徴とする請求項１記載の半導体レー
    ザ。
  3. 【請求項３】ビームスプリッタがＹ型結合器として構成
    されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レー
    ザ。
  4. 【請求項４】セグメントの一つがリッジ導波体レーザを
    設けられ、 他の２つのセグメントが広面積レーザを設けられている
    ことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ。
  5. 【請求項５】３個のセグメントのそれぞれがリッジ導波
    体レーザを具備していることを特徴とする請求項１記載
    の半導体レーザ。
  6. 【請求項６】モニタダイオードが設けられ、それは２つ
    の導波体と直角に形成され、レーザ光の出力パワーを制
    御することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  7. 【請求項７】ビームスプリッタが２つのセグメントおよ
    びビームスプリッタの一方の半分の部分と、第３の導波
    体、モニタダイオード、およびビームスプリッタの他方
    の半分の部分との間において高さの差によって形成され
    た部分的に透明なミラーを含んでいることを特徴とする
    請求項１記載の半導体レーザ。
  8. 【請求項８】さらに別の半導体レーザが設けられ、それ
    は前記半導体レーザと同じ高さの差を有しており、その
    ミラーは高さの差により形成された線上にあることを特
    徴とする請求項７記載の半導体レーザ。
  9. 【請求項９】導波体が量子ウエルレーザを備えているこ
    とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  10. 【請求項１０】２個のビームスプリッタと、 レーザ光の位相、パワーおよびフィルタ波長を制御可能
    にする３個のモニタダイオードとを具備していることを
    特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
JP2255014A 1989-09-22 1990-09-25 干渉計半導体レーザ Expired - Lifetime JPH0817263B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3931588A DE3931588A1 (de) 1989-09-22 1989-09-22 Interferometrischer halbleiterlaser
DE3931588.6 1989-09-22

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Publication Number Publication Date
JPH03241885A JPH03241885A (ja) 1991-10-29
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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2255014A Expired - Lifetime JPH0817263B2 (ja) 1989-09-22 1990-09-25 干渉計半導体レーザ

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US (1) US5105433A (ja)
EP (1) EP0418705B1 (ja)
JP (1) JPH0817263B2 (ja)
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DE (2) DE3931588A1 (ja)

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