JPH08298353A - 半導体レーザ装置、その駆動方法及びそれを用いた光 通信システム - Google Patents

半導体レーザ装置、その駆動方法及びそれを用いた光 通信システム

Info

Publication number
JPH08298353A
JPH08298353A JP8049533A JP4953396A JPH08298353A JP H08298353 A JPH08298353 A JP H08298353A JP 8049533 A JP8049533 A JP 8049533A JP 4953396 A JP4953396 A JP 4953396A JP H08298353 A JPH08298353 A JP H08298353A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
laser device
optical
mode
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP8049533A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3450573B2 (ja
Inventor
Toshihiko Onouchi
敏彦 尾内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP04953396A priority Critical patent/JP3450573B2/ja
Priority to US08/607,167 priority patent/US5764670A/en
Publication of JPH08298353A publication Critical patent/JPH08298353A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3450573B2 publication Critical patent/JP3450573B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】光導波路への光の閉じ込めを制御して光出力の
変調を行なうことで、変調時の波長変動を抑え、光出力
が高く、生産性の高い強度変調器集積型の半導体レーザ
である。 【解決手段】半導体レーザ装置において、光導波路が埋
め込みヘテロ構造で形成されている。埋め込みヘテロ構
造には、光導波路における活性層104より屈折率がわ
ずかに小さく、光導波路の横方向の光閉じ込めを制御し
得る近傍部分である閉じ込め制御層109が、レーザの
発振光が結合する程度の近傍に設けてある。この様に、
変調器と同等の構造をレーザと並列に集積化している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速変調時におい
ても動的波長変動を抑え、安定に高密度の波長多重光通
信などを実現するための光通信用光源装置及びそれを用
いた光通信方式、光通信システム等に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信分野において伝送容量の拡
大が望まれており、複数の波長あるいは光周波数を1本
の光ファイバに多重させた光周波数多重(光FDM)伝
送の開発が行なわれている。その光FDMにおいて、伝
送容量をなるべく多くするためには、波長間隔を小さく
することが重要である。その為には、光源となるレーザ
の占有周波数帯域あるいはスペクトル線幅が小さいこと
が望ましい。しかし、現状の光通信に用いられている光
源の直接強度変調方式は、変調時のスペクトル線幅が
0.3nm程度に広がってしまい、光FDMには向かな
い方式であることが指摘されている。
【0003】変調時に光源のスペクトル線幅が広がらな
い方式として、外部変調方式があり、マッハツェンダ型
変調器、半導体電界吸収型変調器などが提案、開発され
ている。特に、半導体電界吸収型変調器は、光源である
半導体レーザとの集積化が容易であるため、小型、低損
失などの利点から変調器集積型レーザの開発が行なわれ
ている。その変調器集積型レーザの例を図9に示す(1
992年電子情報通信学会春季大会予稿集C−20
3)。分布帰還型レーザ(DFB−LD)と多重量子井
戸による量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)を用
いた電界吸収型変調器(MD)とを直列に集積してお
り、数Vの電圧印加で20dB程度の消光比を得てい
る。尚、図9において、1001はn側電極、1002
はポリイミド、1003はn−InP基板、1004は
InP埋め込み層、1005はp電極、1006は無反
射コーティングである。
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、従
来例のような直列に変調器を集積したレーザでは、変調
時の波長変動(チャーピング)が、直接変調時に比べれ
ば小さいものの、0.03nm程度ある。これは、変調
器側の出射端面に残留反射がある場合に、変調器を駆動
することで、DFBレーザの活性層への戻り光量が変化
することに起因する。そこで、変調器出射端面の無反射
コーティング1006によって残留反射率を0.1%以
下に抑える必要があることが指摘されている。この様な
無反射コーティングを施すには、SiN膜などで精密な
組成および膜厚制御が必要となり、生産性が良くない。
【0005】また、レーザと変調器の結合部では、組成
の異なる導波路を結合するため、結合損を小さく抑える
ための結晶成長技術に精度が要求される。具体的には、
変調器部を再成長する場合には、変調器の活性層とレー
ザの活性層の位置を正確に一致させ、接合部壁面(メサ
部)への横成長を抑えるなどの技術が必要になる。
【0006】さらに、変調器を透過するときの伝搬ロス
が存在する。すなわち、変調器の活性層のエネルギーバ
ンドギャップがレーザの活性層のものと近いために吸収
があり、光ON状態(スルーの状態)でも損失がある。
この損失と変調器の消光比はトレードオフの関係にあ
り、素子設計上の制約が存在する。
【0007】このような課題に鑑み、本発明の目的は、
光導波路への光の閉じ込めを制御して光出力の変調を行
なうことで、変調時の波長変動を抑え、光出力が高く、
生産性の高い強度変調器集積型の半導体レーザを提供す
ること(特に請求項1、2に対応)、強度変調をより効
果的に行ない得る半導体レーザを提供すること(特に請
求項3、4に対応)、単一縦モード発振可能な半導体レ
ーザを提供すること(特に請求項5、6、16に対
応)、波長多重を必要としない簡易な光通信や空間伝搬
光通信などに適用できる半導体レーザを提供すること
(特に請求項7に対応)、強度変調を効率的に行なうた
めの閉じ込め制御層を持つ半導体レーザを提供すること
(特に請求項8、9、10、11に対応)、強度変調時
の単一モード性を向上させるために、TEモードとTM
モードの利得を異ならせる手段を持つ半導体レーザを提
供すること(特に請求項12、13、14に対応)、レ
ーザ活性層への注入効率が向上して、しきい値電流が低
減できるとともに光出力のハイパワー化が可能な半導体
レーザを提供すること(特に請求項15に対応)、レー
ザの活性層と近傍部分または埋め込みヘテロ構造におけ
る閉じ込め制御層に独立して電流あるいは電圧を加える
手段を持つ半導体レーザ及びこの半導体レーザを強度変
調させる駆動方法を提供すること(特に請求項17、2
1に対応)、発振波長を変えながら、レーザの活性層と
近傍部分または埋め込みヘテロ構造における閉じ込め制
御層に独立して電流あるいは電圧を加える手段を持つ半
導体レーザ及びこの半導体レーザを強度変調させる駆動
方法を提供すること(特に請求項18、22に対応)、
変調時の波長変動を小さくできる分布反射型レーザ及び
この半導体レーザを強度変調させる駆動方法を提供する
こと(特に請求項19、23に対応)、作製を容易にし
た変調時の波長変動を小さくできる分布反射型レーザ及
びこの半導体レーザを強度変調させる駆動方法を提供す
ること(特に請求項20、24に対応)、上記のような
半導体レーザを駆動して、簡単に光通信を行なう光通信
方式を提供すること(特に請求項25に対応)、上記の
ような半導体レーザで高密度波長多重光伝送を行なう光
通信方式を提供すること(特に請求項26に対応)、上
記のような高密度波長多重光伝送を用いて、光LANシ
ステムを構築すること(特に請求項27、28に対応)
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の半導体レーザ装置は、発光用の活性層を少なく一部
に含む光導波路が共振器方向に伸びており、光導波路の
少なくとも一部の近傍にある近傍部分と光導波路での屈
折率の分布状態を制御できるように構成されていること
を特徴とする。
【0009】上記のより具体的な目的を達成する為に、
以下の様な構成も可能である。光導波路が埋め込みヘテ
ロ構造で形成され、埋め込みヘテロ構造には、光導波路
における活性層より屈折率がわずかに小さく、光導波路
の横方向の光閉じ込めを制御し得る近傍部分である閉じ
込め制御層が、レーザの発振光が結合する程度の近傍に
設けてある。活性層は、光導波路の2つの導波モードで
あるTEモードとTMモードの利得が異なる。近傍部分
または埋め込みヘテロ構造における閉じ込め制御層が、
レーザの活性層と隣接して設けてある。半導体レーザ
は、活性層近傍に回折格子を具備した分布帰還型レーザ
である。半導体レーザは、共振器方向に直列に回折格子
を具備した分布反射器を持つ分布反射型レーザである。
半導体レーザは、両端面へき開のファブリペロ型レーザ
である。半導体レーザにおいて、近傍部分または埋め込
みヘテロ構造における閉じ込め制御層は多重量子井戸構
造であり、近傍部分または閉じ込め制御層に逆電圧を印
加すること又は順方向電流を注入することによって近傍
部分または閉じ込め制御層の屈折率が変化する。半導体
レーザにおいて、近傍部分または埋め込みヘテロ構造に
おける閉じ込め制御層は単一結晶構造であり、近傍部分
または閉じ込め制御層に逆電圧を印加すること又は順方
向電流を注入することによって近傍部分または閉じ込め
制御層の屈折率が変化する。活性層は、光導波路の2つ
の導波モードであるTEモードとTMモードの利得が異
なり、活性層においてTEモードとTMモードの利得を
異ならせることが、TEモードに利得を与えるヘビーホ
ールの基底準位と電子の基底準位間のエネルギーバンド
ギャップに対応する波長より長波長側にブラッグ波長が
くるように活性層近傍に具備した回折格子のピッチを設
定することで行われ、ブラッグ波長におけるTEモード
のしきい値利得がTMモードより非常に低くしてある分
布帰還型レーザである。活性層は、光導波路の2つの導
波モードであるTEモードとTMモードの利得が異な
り、活性層においてTEモードとTMモードの利得を異
ならせることが、TEモードに利得を与えるヘビーホー
ルの基底準位と電子の基底準位間のエネルギーバンドギ
ャップに対応する波長より長波長側に、ブラッグ波長が
くるように共振器方向に直列に設けられた回折格子のピ
ッチを設定することで行われ、ブラッグ波長におけるT
Eモードのしきい値利得がTMモードより非常に低くし
てある分布反射型レーザである。活性層は、光導波路の
2つの導波モードであるTEモードとTMモードの利得
が異なり、レーザの活性層においてTEモードとTMモ
ードの利得を異ならせることが、活性層において圧縮歪
が導入された多重量子井戸を構成し、ヘビーホールの基
底準位をライトホールの基底準位に比べ電子の基底準位
に近くすることで行われている。近傍部分または埋め込
みヘテロ構造における閉じ込め制御層と活性層との間の
電気的絶縁性を高める為に、両者の間の底面と側面に高
抵抗層が形成されている。回折格子に位相シフトを持た
せる。レーザ活性層への電流注入と近傍部分または埋め
込みヘテロ構造の閉じ込め制御層への電圧印加または電
流注入を独立に行なえるように電極が設けられている。
光導波路の光の進行方向に2つ以上の複数の電極を設
け、光導波路方向に不均一に電流注入および電圧印加を
することが可能である。分布反射型レーザの分布反射器
およびそれ以外の光導波路の部分において、分布反射器
の光導波路への電流注入と分布反射器の近傍部分または
埋め込みヘテロ構造の閉じ込め制御層への電圧印加また
は電流注入とを独立に行なえるように電極が設けられて
いる。分布反射型レーザの分布反射器およびそれ以外の
光導波路の部分において、レーザ活性層への電流注入と
分布反射器の光導波路への電圧印加とを独立に行なえる
ように電極が設けられている。
【0010】また、上記目的を達成する為に、本発明の
半導体レーザ装置の駆動方法は、近傍部分または埋め込
みヘテロ構造の閉じ込め制御層への電圧印加または順方
向電流注入によって、レーザの発振光出力を変化させる
ことを特徴とする。また、本発明の半導体レーザ装置の
駆動方法は、電流の不均一注入によってレーザ発振波長
を変化させ、近傍部分または埋め込みヘテロ構造の閉じ
込め制御層への電圧印加または順方向電流注入を光導波
路の一部で変化させることで光出力を変化させることを
特徴とする。また、本発明の半導体レーザ装置の駆動方
法は、分布反射器の光導波路に注入する電流によって発
振波長を変化せしめ、分布反射器の近傍部分または埋め
込みヘテロ構造の閉じ込め制御層への電圧印加または順
方向電流注入によって光出力を変化せしめることを特徴
とする。また、本発明の半導体レーザ装置の駆動方法
は、分布反射器の光導波路に印加する電圧によって光出
力を変化せしめることを特徴とする。
【0011】また、上記目的を達成する為に、本発明の
光通信方式は、上記の半導体レーザ装置の駆動方法で発
振波長を変化させ、同駆動方法で光出力の変化による変
調すなわち強度変調を行ない、受信装置において、光バ
ンドパスフィルタを通して、所望の波長の光にのせた信
号のみを取り出すことを特徴とする。また、本発明の光
通信方式は、1本の光ファイバに上記の半導体レーザ装
置および受信装置を複数接続し、複数の波長の光をそれ
ぞれ強度変調して伝送させ、受信装置において波長可変
光バンドパスフィルタを通して所望の波長の光にのせた
信号のみを取り出すように、波長分割多重伝送すること
を特徴とする。
【0012】また、上記目的を達成する為に、本発明の
光−電気変換装置は、半導体レーザと受信装置を1つに
まとめ、上記の光通信方式による光送受信を行うことを
特徴とする。また、上記目的を達成する為に、本発明の
波長分割多重光伝送システムは、上記の光−電気変換装
置を用いることを特徴とする。
【0013】本発明の原理を具体例を用いて説明する。
本発明では、変調器と同等の構造をレーザと並列に集積
化して上記課題を解決する。本発明による具体的素子構
造を図1に沿って説明する。通常の埋め込みヘテロ構造
DFBレーザに類似しているが、埋め込み部は、レーザ
の活性層と隣接してその活性層よりはエネルギーバンド
ギャップの高い(屈折率の低い)近傍部分を有してい
る。この近傍部分(閉じ込め制御層)に逆電界を加える
と、エネルギーバンドギャップが低く(屈折率が高く)
なり、レーザ活性層のエネルギーバンドギャップに近づ
く。すると、レーザ発振光の横方向の閉じ込めが劣化
し、発振しきい値が上昇する。そのため、レーザ発振の
光出力が減衰する。このとき、閉じ込め制御層としては
単一結晶(bulk)を用いても多重量子井戸(MQ
W)を用いてもよい。bulkの場合は、フランツケル
ディシュ効果(F−K効果)と呼ばれる効果で、電圧印
加により基礎吸収端が長波長側にシフトすることで、屈
折率が高くなる。MQWの場合は、QCSEによってエ
キシトンのピークが長波長側にシフトすることで、屈折
率が高くなる。この閉じ込め制御層には、電圧ではなく
電流を流す方法もある。電流注入によってプラズマ効果
により屈折率が低下する。これによって光の閉じ込めが
向上してしきい値が低減し、光出力が増加する。以上の
原理は、図1とは若干構成を変更したものでも実質的に
同じである。
【0014】以上説明したような方法によれば、レーザ
端面における反射率が従来例のように変化することがな
いので、モードが安定し、チャーピングを抑えることが
できる。また、レーザ活性層と閉じ込め制御層の結合
は、光の進行方向ではないので、従来例のような作製精
度は要求されない。さらに、伝搬ロスは従来例に比較し
て小さく、最大光パワーが向上する。
【0015】
【発明の実施の形態】実施例1 本発明による第1の実施例を説明する。図1は本発明に
よるDFBレーザの断面図(共振器方向と垂直な面での
断面)で、活性層はバンドギャップ波長で1.56μ
m、閉じ込め制御層はバンドギャップ波長で1.45μ
mとなるようなSCH−MQWとなっている。層構成を
以下に詳しく述べる。図1において、101は基板とな
るn−InP、102は深さ0.05μmの回折格子が
形成されたn−InPバッファ層、103は厚さ0.1
μmでバンドギャップ波長λg=1.25μmのn−I
nGaAsP下部光ガイド層、104は井戸層であるi
−In0.53Ga0.47As(厚さ7nm)、バリア層であ
るi−InGaAsP(λg=1.25μm、厚さ10
nm)10層からなる多重量子井戸構造の活性層、10
5は厚さ0.02μmのp−InGaAsP(λg=
1.25μm)の上部光ガイド層、106はp−InP
クラッド層、107はp−In0.53Ga0.47Asコンタ
クト層、108はp−InP埋め込み層、109は厚さ
0.2μmのp−InGaAsP(λg=1.15μ
m)、i−In0.53Ga0.47As井戸層(厚さ4nm)
とi−InGaAsP(λg=1.15μm、厚さ10
nm)バリア層10層、及び厚さ0.2μmのn−In
GaAsP(λg=1.15μm)から成るSCH−M
QW閉じ込め制御層、110はn−InP埋め込み層、
111,112はp側の電極であるCr/AuZnNi
/Au層、113,114はn側の電極であるAuGe
Ni/Au層、115は絶縁膜である。p−InPクラ
ッド層106での電極はオーミックを得やすいように、
一部Zn拡散によってキャリア濃度を高くした。
【0016】ここで、このDFBレーザでは格子整合系
の多重量子井戸層になっており、Ehh0−Ee0の遷移エ
ネルギーがElh0−Ee0の遷移エネルギーより小さいた
め、TEモードの利得がTMモードに比べて大きくなっ
ている。また、回折格子による分布帰還波長すなわちD
FBレーザの発振波長は、ヘビーホールと電子の基底準
位間遷移エネルギー(Ehh0−Ee0)に対応する波長
1.56μmよりわずかに長波長側になるように、回折
格子のピッチを設定した。これにより、TMモードの利
得はほとんどなく、TEモードのみで発振した。
【0017】以上の構成において、電極111と電極1
14間に順バイアス電流を流していくと、しきい値約2
0mAで発振する。ここで、電極112と電極113間
に逆電界をかけると、閉じ込め制御層109の屈折率が
高くなって活性層104への閉じ込めが劣化して、しき
い値が上昇し、光出力が減少する。レーザへのバイアス
電流が40mAのときの、逆電界の印加電圧と光出力の
関係を図2に示す。5Vの印加で約20dBの光出力の
減衰があることがわかる。電界は左右両側に印加するの
が効率的だが、片方だけでもよい。また、電極111と
電極113は短絡してもよい。
【0018】そこで、電極112と電極113間に振幅
5Vのデジタル信号を印加すると、消光比約20dBの
強度変調ができる。この時、変調帯域はDC〜3GHz
であった。また、発振波長の動的変動すなわちチャーピ
ングは0.02nm程度であった。ただし、このときの
素子の端面処理は反射率1%程度の無反射コーティング
であり、従来例に比較すると作製精度を要求されないこ
とが分かる。
【0019】本実施例では、レーザの活性層104とし
て無歪みMQWを用いたが、バンドギャップ波長1.5
5μmのInGaAsP単層や、圧縮歪みMQW(例え
ば、In0.7Ga0.3As(厚さ3nm)/InGaAs
P)を用いてTEモードとTMモードの利得差をさらに
大きくしてもよい。また、引っ張り歪みMQWを用い
て、TMモードの利得の方を大きくして、TMモード発
振の強度変調を行なうこともできる。閉じ込め制御層1
09はMQW構造としたが、バンドギャップ波長1.4
5μmのInGaAsP単層として、F−K効果を利用
してもよい。図1では閉じ込め制御層109と活性層1
04はほぼ同じ高さでそろっているが、多少ずれたり、
閉じ込め制御層が曲がっていてもかまわない。もちろ
ん、回折格子にλ/4シフト構造を導入したり、端面に
無反射コーティングを施して単一モード性を向上させる
ことも有用である。
【0020】本実施例によれば、レーザ端面における反
射率が従来例のように変化することがないので、モード
が安定し、上で述べたようにチャーピングを抑えること
ができる。また、レーザ活性層と変調器の活性層(閉じ
込め制御層)の結合は、光の進行方向ではないので、従
来例のような作製精度は要求されない。さらに、伝搬ロ
スは従来例に比較して小さく、最大光パワーが向上す
る。
【0021】実施例2 本発明による第2の実施例は、実施例1とほぼ同じ構成
(層の組成が若干異なる)のレーザで、埋め込みヘテロ
構造における閉じ込め制御層の屈折率変化を電流注入で
行なうものである。実施例1と異なる部分は、閉じ込め
制御層をバンドギャップ波長で1.48μmとなる層に
した点である。それにより閉じ込め制御層に電流注入が
ないときは、活性層と閉じ込め制御層のバンドギャップ
の差が小さく、光閉じ込めの効果が小さいため発振を抑
制できる。この層構成において、閉じ込め制御層への電
流注入がない場合に、発振しないようなバイアス電流
(しきい値電流近傍)をレーザ活性層に注入しておく。
閉じ込め制御層に電流を注入していくとプラズマ効果に
より屈折率が小さくなり、横方向の閉じ込めが良くなっ
て、しきい値利得が低減し、40mA程度でレーザ発振
する。これによって強度変調が可能となる。
【0022】実施例1と比べると、レーザ活性層に常時
注入する直流電流がしきい値以下と小さくなるため、消
費電力を低減できる。
【0023】実施例3 本発明による第3の実施例は、実施例1のレーザを共振
器方向に多電極化したものである。図3に本実施例によ
る3電極型のレーザの断面斜視図を示す(素子の右半分
を示す)。λ/4シフト407が電極402の中央に設
けてあり、両端面に無反射コーティングを施してある。
電極長は(401,404)、(402,405)、
(403,406)でそれぞれ300μm、100μ
m、300μmとしてある。それぞれの電流の比率を変
えることで発振波長を変化できる。本素子では、電極4
01の電流I1、電極402の電流I2、電極403の
電流I3として、I2/(I1+I2+I3)の値を
0.1から0.5まで変化させることで、発振波長を連
続的に約2nm変えることができる。これによって、本
素子を波長多重伝送の光源として使うことができる。
尚、図3において、図1の符号と同符号のものは同機能
部を示す。
【0024】強度変調の駆動は、電極405のみに振幅
8Vの電圧信号を印加することで行なうことができる。
実施例1より、電圧振幅が大きいのは、閉じ込め制御を
行なう領域が中央部のみと短いからである。しかし、実
施例1に比べると、寄生容量が低減されるので、変調帯
域が伸びて10GHzまでの変調が可能となる。
【0025】実施例4 本発明による第4の実施例は、分布反射(DBR)レー
ザに適用したものである。図4は本実施例によるDBR
レーザの共振器に平行な断面図で、これと垂直な断面す
なわち埋め込みヘテロ構造については実施例1とほぼ同
じである。電極511,512,513(レーザ注入電
極のみ示す)は実施例3と同様にレーザ注入電極、電界
印加電極ともに3つに分割されており、それぞれ、活性
領域、位相調整領域、DBR領域に対応する。DBR領
域の埋め込み層に電界を印加し、横方向の閉じ込めを弱
くすると、活性領域に分布反射される光量が減少し、し
きい値が上昇して光出力が減衰する。
【0026】本素子では、活性層515を持つ活性領域
の層構成は実施例1とほぼ同じである。DBR領域で
は、InP基板516までエッチングしてから回折格子
を形成し、バンドギャップ波長1.4μmのInGaA
sP光ガイド層501、p−InPクラッド層502、
p−InGaAsコンタクト層503を再成長してい
る。また、これに対応して、閉じ込め制御層は、実施例
1と異なり、バンドギャップ波長1.3μmのMQWに
している。
【0027】本素子では、DBR領域及び位相調整領域
の注入電流(電極513と電極514間及び電極512
と電極514間)の変化によって、発振波長を約3nm
変えることができる。従って、実施例3のように波長多
重伝送の光源として使うことができる。
【0028】実施例5 本発明による第5の実施例は、実施例4と同様のDBR
レーザであるが、DBR領域の光導波路自体のバンドギ
ャップ波長を電界によって変化させるものである。図5
は、本実施例によるDBRレーザの共振器方向断面図で
あり、基板616に形成された回折格子上に、バンドギ
ャップ波長1.25μmの光ガイド層601、バンドギ
ャップ波長1.45μmのInGaAs/InGaAs
P10層のMQW層(実施例1の閉じ込め制御層109
と同じ)602、InPクラッド層603、InGaA
sコンタクト層604が再成長されている。横方向の埋
め込み構造は実施例1〜4と異なり、高抵抗のInPの
みで構成されている。活性層615を持つ活性領域の層
構成は実施例1と実質的に同じである。
【0029】本素子で活性領域に電流注入(電極611
と電極614間)してDBR発振を得るが、DBR領域
に電界を印加(電極613と電極614間)すると、閉
じ込めが悪化して活性領域に分布反射される光量が減少
し、しきい値が上昇して光出力が減衰する。
【0030】このように本素子では、DBR領域の電界
によって強度変調を行なうので、波長可変動作は行なわ
ない。また、位相調整領域については、波長可変時に調
整するのではなく、DBR発振が安定になるような初期
設定のときに電極612を使う。あるいは、DBR領域
に逆電界を印加する際に活性領域からの電流の流れ込み
を防ぐために使うことができる。
【0031】実施例6 実施例1から5まで、回折格子を有した動的単一モード
レーザの実施例を示してきたが、本発明の思想は、回折
格子がなく両端面へき開のファブリペローレーザにも適
用できる。構造は図1とほぼ同じで、下部光ガイド層1
03を0.02μmと薄くし回折格子は作製していな
い。単一モード性は良くないが、実施例1と同様に強度
変調することができる。本実施例は、波長多重を必要と
しない簡易的な光通信や、空間伝搬光通信などに適用す
ることができる。
【0032】実施例7 図6に本発明による第7の実施例であるDFBレーザの
断面図を示す。構造は実施例1とほぼ同じである。本実
施例では、活性層104と閉じ込め制御層109の電気
的絶縁性を高めるために、メサエッチング後に0.3μ
mの高抵抗InP層901を底面及び側面に成長させて
から、実施例1と同様に埋め込み成長したものである。
このInPの成長には、導波路の光の導波方向を逆メサ
方向にすると、減圧MOCVD法で成長することでメサ
側面と底面の成長レートがほぼ等しくなることを利用す
ればよい。
【0033】本実施例では、漏れ電流が低減できるため
レーザの活性層104への注入効率が向上して、しきい
値電流が低減できるとともに光出力のハイパワー化が可
能となる。
【0034】実施例8 本実施例は、本発明による半導体レーザを用いた強度変
調光伝送を波長多重光LANシステムに応用する例であ
る。。図7に、この場合の各端末に接続される光−電気
変換部(ノード)の構成例を示し、図8にそのノードを
用いた光LANシステムの構成例を示す。
【0035】各部に接続された光ファイバ701を媒体
として、光信号がノードに取り込まれ、分岐部702に
よりその一部が波長可変フィルタを備えた受信装置70
3に入射する。波長可変フィルタとしては、ファイバフ
ァブリペロフィルタを用いたが、その他にマッハツェン
ダフィルタや干渉膜フィルタ等でもよい。この受信装置
703により所望の波長の光信号のみを取り出して信号
検波を行なう。一方、ノードから光信号を送信する場合
には、実施例3の波長可変DFBレーザあるいは実施例
4の波長可変DBRレーザ704を強度変調し、分岐部
707を介して光伝送路に入射せしめる。このとき、レ
ーザへの戻り光の影響を避けるために、アイソレータ7
06を入れてもよい。
【0036】端末によっては、単一波長のみを送信すれ
ばよい場合があり、その場合は、実施例1のDFBレー
ザあるいは実施例5のDBRレーザを用いる。逆に、波
長可変範囲をさらに広げる必要がある場合には、複数の
波長可変レーザを設けてやればよい。
【0037】光LANシステムのネットワークとして、
図8に示すものはバス型であり、AおよびBの方向にノ
ードを接続し、ネットワーク化された多数の端末および
センタを設置することができる。ただし、多数のノード
を接続するためには、光の減衰を補償するために光増幅
器を伝送路上に設置する必要がある。また、各端末にノ
ードを2つ接続し伝送路を2本にすることで、DQDB
方式による双方向の光伝送が可能となる。
【0038】本発明による強度変調では、実施例1に述
べたように変調時の波長変動が0.02nm程度である
ため、波長可変幅2nmの場合、2/0.02=100
チャンネルの高密度波長多重伝送による光ネットワーク
システムを構築できる。また、ネットワークの形態とし
て、図8のAとBを接続したループ型や、スター型、あ
るいはそれらを複合した形態のものでもよい。
【0039】
【発明の効果】以上に説明したような本発明の構成によ
れば次のような効果がある。
【0040】レーザ作製上の設計値からのずれに特性が
大きく左右されることがなく、変調時の波長変動を抑
え、光出力が高い強度変調器集積型の半導体レーザを安
定に歩留まりよく製造できる(特に請求項1、2に対
応)。強度変調をより効果的に行ない得る半導体レーザ
とできる(特に請求項3、4に対応)。単一縦モード発
振可能な半導体レーザとできる(特に請求項5、6、1
6に対応)。半導体レーザで強度変調を効率的に行なう
ための閉じ込め制御層を提供できる(特に請求項8、
9、10、11に対応)。半導体レーザで強度変調時の
単一モード性を向上させるために、TEモードとTMモ
ードの利得を異ならせることができる(特に請求項1
2、13、14に対応)。レーザ活性層への注入効率が
向上して、しきい値電流が低減できるとともに光出力の
ハイパワー化が可能な半導体レーザとできる(特に請求
項15に対応)。レーザの活性層と近傍部分または埋め
込みヘテロ構造における閉じ込め制御層に独立して電流
あるいは電圧を加えることができ、変調に要する消費電
力が小さく、高速ドライブが容易になる(特に請求項1
7、21に対応)。発振波長を変えながら、レーザの活
性層と近傍部分または埋め込みヘテロ構造における閉じ
込め制御層に独立して電流あるいは電圧を加えることが
でき、変調に要する消費電力が小さく、高速ドライブが
容易で、しかも波長多重光伝送の光源として適用できる
(特に請求項18、22に対応)。変調時の波長変動を
小さくできる分布反射型レーザを実現できる(特に請求
項19、23に対応)。作製を容易にした変調時の波長
変動を小さくできる分布反射型レーザを実現できる(特
に請求項20、24に対応)。本発明の半導体レーザを
駆動して、簡単に光通信を行なうことができる(特に請
求項25に対応)。本発明の半導体レーザで低コストで
多重度の高い波長多重光伝送を実現できる(特に請求項
26に対応)。上記のような高密度波長多重光伝送を用
いて、低コストでスループットの高い光LANシステム
を構築できる(特に請求項27、28に対応)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるDFBレーザ(実施例1)の横断
面図。
【図2】光出力と印加電圧の関係を示す図。
【図3】本発明による3電極DFBレーザ(実施例3)
の縦断面斜視図。
【図4】本発明による波長可変DBRレーザ(実施例
4)の縦断面図。
【図5】本発明によるDBRレーザ(実施例5)の縦断
面図。
【図6】本発明によるDFBレーザ(実施例7)の横断
面図。
【図7】本発明によるレーザを用いた光LANシステム
に用いられる光−電気変換部の構成例を示す図。
【図8】光LANシステムのネットワークを説明する
図。
【図9】強度変調器集積型半導体レーザの従来例を示す
図。
【符号の説明】
101,516,616 基板 102 バッファ層 103,105,501,601 光ガイド層 104,515,615 活性層 106,502,603 クラッド層 107,503,604 コンタクト層 108,110 埋め込み層 109,602 MQW層 111,112,113,114,401,402,4
03,404,405,406,511,512,51
3,514,611,612,613,614 電極 115 絶縁膜 407 λ/4シフト部 701 光ファイバ 702,707 光分岐器 703 波長選択受信器 704 本発明の半導体レーザ 706 光アイソレータ 901 高抵抗InP絶縁層 1001 n側電極 1002 ポリイミド 1003 n−InP基板 1004 InP埋め込み層 1005 p電極 1006 無反射コーティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04J 14/00 H04B 9/00 E 14/02 // H01L 27/15

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザ装置において、発光用活性
    層を少なく一部に含む光導波路が共振器方向に伸びてお
    り、該光導波路の少なくとも一部の近傍にある近傍部分
    と該光導波路での屈折率の分布状態を制御できるように
    構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 該光導波路が埋め込みヘテロ構造で形成
    され、該埋め込みヘテロ構造には、該光導波路における
    活性層より屈折率がわずかに小さく、該光導波路の横方
    向の光閉じ込めを制御し得る該近傍部分である閉じ込め
    制御層が、該レーザの発振光が結合する程度の近傍に設
    けてあることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ
    装置。
  3. 【請求項3】 該活性層は、該光導波路の2つの導波モ
    ードであるTEモードとTMモードの利得が異なること
    を特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ装
    置。
  4. 【請求項4】 該近傍部分または該埋め込みヘテロ構造
    における閉じ込め制御層が、該レーザの活性層と隣接し
    て設けてあることを特徴とする請求項1または2記載の
    半導体レーザ装置。
  5. 【請求項5】 該半導体レーザは、該活性層近傍に回折
    格子を具備した分布帰還型レーザであることを特徴とす
    る請求項1または2記載の半導体レーザ装置。
  6. 【請求項6】 該半導体レーザは、共振器方向に直列に
    回折格子を具備した分布反射器を持つ分布反射型レーザ
    であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体
    レーザ装置。
  7. 【請求項7】 該半導体レーザは、両端面へき開のファ
    ブリペロ型レーザであることを特徴とする請求項1また
    は2記載の半導体レーザ装置。
  8. 【請求項8】 該半導体レーザにおいて、該近傍部分ま
    たは該埋め込みヘテロ構造における閉じ込め制御層は多
    重量子井戸構造であり、該近傍部分または該閉じ込め制
    御層に逆電圧を印加することによって該近傍部分または
    該閉じ込め制御層の屈折率が変化することを特徴とする
    請求項1または2記載の半導体レーザ装置。
  9. 【請求項9】 該半導体レーザにおいて、該近傍部分ま
    たは該埋め込みヘテロ構造における閉じ込め制御層は多
    重量子井戸構造であり、該近傍部分または該閉じ込め制
    御層に順方向電流を注入することによって該近傍部分ま
    たは該閉じ込め制御層の屈折率が変化することを特徴と
    する請求項1または2記載の半導体レーザ装置。
  10. 【請求項10】 該半導体レーザにおいて、該近傍部分
    または該埋め込みヘテロ構造における閉じ込め制御層は
    単一結晶構造であり、該近傍部分または該閉じ込め制御
    層に逆電圧を印加することによって該近傍部分または該
    閉じ込め制御層の屈折率が変化することを特徴とする請
    求項1または2記載の半導体レーザ装置。
  11. 【請求項11】 該半導体レーザにおいて、該近傍部分
    または該埋め込みヘテロ構造における閉じ込め制御層は
    単一結晶構造であり、該近傍部分または該閉じ込め制御
    層に順方向電流を注入することによって該近傍部分また
    は該閉じ込め制御層の屈折率が変化することを特徴とす
    る請求項1または2記載の半導体レーザ装置。
  12. 【請求項12】 該活性層は、該光導波路の2つの導波
    モードであるTEモードとTMモードの利得が異なり、
    該活性層においてTEモードとTMモードの利得を異な
    らせることが、TEモードに利得を与えるヘビーホール
    の基底準位と電子の基底準位間のエネルギーバンドギャ
    ップに対応する波長より長波長側にブラッグ波長がくる
    ように該活性層近傍に具備した回折格子のピッチを設定
    することで行われ、ブラッグ波長におけるTEモードの
    しきい値利得がTMモードより非常に低くしてある分布
    帰還型レーザであることを特徴とする請求項1または2
    記載の半導体レーザ装置。
  13. 【請求項13】 該活性層は、該光導波路の2つの導波
    モードであるTEモードとTMモードの利得が異なり、
    該活性層においてTEモードとTMモードの利得を異な
    らせることが、TEモードに利得を与えるヘビーホール
    の基底準位と電子の基底準位間のエネルギーバンドギャ
    ップに対応する波長より長波長側にブラッグ波長がくる
    ように共振器方向に直列に形成された回折格子のピッチ
    を設定することで行われ、ブラッグ波長におけるTEモ
    ードのしきい値利得がTMモードより非常に低くしてあ
    る分布反射型レーザであることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の半導体レーザ装置。
  14. 【請求項14】 該活性層は、該光導波路の2つの導波
    モードであるTEモードとTMモードの利得が異なり、
    該レーザの活性層においてTEモードとTMモードの利
    得を異ならせることが、該活性層において圧縮歪が導入
    された多重量子井戸を構成し、ヘビーホールの基底準位
    をライトホールの基底準位に比べ電子の基底準位に近く
    することで行われていることを特徴とする請求項1また
    は2記載の半導体レーザ装置。
  15. 【請求項15】 該近傍部分または該埋め込みヘテロ構
    造における閉じ込め制御層と活性層との間の電気的絶縁
    性を高める為に、両者の間の底面と側面に高抵抗層が形
    成されていることを特徴とする請求項1または2記載の
    半導体レーザ装置。
  16. 【請求項16】 該回折格子に位相シフトを持たせるこ
    とを特徴とする請求項5または12記載の半導体レーザ
    装置。
  17. 【請求項17】 該レーザ活性層への電流注入と該近傍
    部分または該埋め込みヘテロ構造の閉じ込め制御層への
    電圧印加または電流注入を独立に行なえるように電極が
    設けられていることを特徴とする請求項1乃至16のい
    ずれかに記載の半導体レーザ装置。
  18. 【請求項18】 該光導波路の光の進行方向に2つ以上
    の複数の電極を設け、光導波路方向に不均一に電流注入
    および電圧印加をすることが可能であることを特徴とす
    る請求項1乃至16のいずれかに記載の半導体レーザ装
    置。
  19. 【請求項19】 該分布反射型レーザの分布反射器およ
    びそれ以外の光導波路の部分において、該分布反射器の
    光導波路への電流注入と該分布反射器の該近傍部分また
    は該埋め込みヘテロ構造の閉じ込め制御層への電圧印加
    または電流注入とを独立に行なえるように電極が設けら
    れていることを特徴とする請求項6または13記載の半
    導体レーザ装置。
  20. 【請求項20】 該分布反射型レーザの分布反射器およ
    びそれ以外の光導波路の部分において、該レーザ活性層
    への電流注入と該分布反射器の光導波路への電圧印加と
    を独立に行なえるように電極が設けられていることを特
    徴とする請求項6または13記載の半導体レーザ装置。
  21. 【請求項21】 請求項17記載の半導体レーザ装置に
    おいて、該近傍部分または該埋め込みヘテロ構造の閉じ
    込め制御層への電圧印加または順方向電流注入によっ
    て、レーザの発振光出力を変化させることを特徴とする
    半導体レーザ装置の駆動方法。
  22. 【請求項22】 請求項18記載の半導体レーザ装置に
    おいて、電流の不均一注入によってレーザ発振波長を変
    化させ、該近傍部分または該埋め込みヘテロ構造の閉じ
    込め制御層への電圧印加または順方向電流注入を光導波
    路の一部で変化させることで光出力を変化させることを
    特徴とする半導体レーザ装置の駆動方法。
  23. 【請求項23】 請求項19記載の半導体レーザ装置に
    おいて、該分布反射器の光導波路に注入する電流によっ
    て発振波長を変化せしめ、分布反射器の該近傍部分また
    は該埋め込みヘテロ構造の閉じ込め制御層への電圧印加
    または順方向電流注入によって光出力を変化せしめるこ
    とを特徴とする半導体レーザ装置の駆動方法。
  24. 【請求項24】 請求項20記載の半導体レーザ装置に
    おいて、分布反射器の光導波路に印加する電圧によって
    光出力を変化せしめることを特徴とする半導体レーザ装
    置の駆動方法。
  25. 【請求項25】 請求項22または23記載の半導体レ
    ーザ装置の駆動方法で発振波長を変化させ、同駆動方法
    で光出力の変化による変調すなわち強度変調を行ない、
    受信装置において、光バンドパスフィルタを通して、所
    望の波長の光にのせた信号のみを取り出すことを特徴と
    する光通信方式。
  26. 【請求項26】 1本の光ファイバに請求項1乃至20
    のいずれかに記載の半導体レーザ装置および受信装置を
    複数接続し、複数の波長の光をそれぞれ強度変調して伝
    送させ、受信装置において波長可変光バンドパスフィル
    タを通して所望の波長の光にのせた信号のみを取り出す
    ように、波長分割多重伝送することを特徴とする光通信
    方式。
  27. 【請求項27】 半導体レーザと受信装置を1つにまと
    め、請求項25または26記載の光通信方式による光送
    受信を行うことを特徴とする光−電気変換装置。
  28. 【請求項28】 半導体レーザと受信装置を1つにまと
    め、請求項25または26記載の光通信方式による光送
    受信を行うことを特徴とする光−電気変換装置を用いた
    波長分割多重光伝送システム。
JP04953396A 1995-02-27 1996-02-13 半導体レーザ装置、その駆動方法及びそれを用いた光通信システム Expired - Fee Related JP3450573B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04953396A JP3450573B2 (ja) 1995-02-27 1996-02-13 半導体レーザ装置、その駆動方法及びそれを用いた光通信システム
US08/607,167 US5764670A (en) 1995-02-27 1996-02-26 Semiconductor laser apparatus requiring no external modulator, method of driving semiconductor laser device, and optical communication system using the semiconductor laser apparatus

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7-63354 1995-02-27
JP6335495 1995-02-27
JP04953396A JP3450573B2 (ja) 1995-02-27 1996-02-13 半導体レーザ装置、その駆動方法及びそれを用いた光通信システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08298353A true JPH08298353A (ja) 1996-11-12
JP3450573B2 JP3450573B2 (ja) 2003-09-29

Family

ID=26389937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04953396A Expired - Fee Related JP3450573B2 (ja) 1995-02-27 1996-02-13 半導体レーザ装置、その駆動方法及びそれを用いた光通信システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3450573B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112350148A (zh) * 2019-08-08 2021-02-09 朗美通日本株式会社 半导体光学元件和包括该元件的半导体光学装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112350148A (zh) * 2019-08-08 2021-02-09 朗美通日本株式会社 半导体光学元件和包括该元件的半导体光学装置
CN112350148B (zh) * 2019-08-08 2023-06-13 朗美通日本株式会社 半导体光学元件和包括该元件的半导体光学装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP3450573B2 (ja) 2003-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5764670A (en) Semiconductor laser apparatus requiring no external modulator, method of driving semiconductor laser device, and optical communication system using the semiconductor laser apparatus
JP3323725B2 (ja) 偏波変調レーザ、その駆動方法及びそれを用いた光通信システム
JP3387746B2 (ja) 屈曲チャンネルストライプの偏波変調可能な半導体レーザ
US5208822A (en) Semiconductor element having opposite signs of α parameter
Ramdane et al. Monolithic integration of multiple-quantum-well lasers and modulators for high-speed transmission
US6031860A (en) Optical device capable of switching output intensity of light of predetermined polarized wave, optical transmitter using the device, network using the transmitter, and method of driving optical device
EP0834972B1 (en) Semiconductor laser with active layer of quantum well structure, use method thereof, light source apparatus including the same, and optical communication system using the same
EP0735635B1 (en) Optical semiconductor apparatus, driving method therefor, light source apparatus and optical communication system using the same
US7342950B1 (en) Tunable laser source with integrated optical modulator
US6252895B1 (en) Distributed feedback semiconductor laser in which light intensity distributions differ in different polarization modes, and driving method therefor
Lee et al. Wavelength-tunable and single-frequency semiconductor lasers for photonic communications networks
US20040179569A1 (en) Wavelength tunable DBR laser diode
JPH0632332B2 (ja) 半導体レ−ザ装置
US5703974A (en) Semiconductor photonic integrated circuit and fabrication process therefor
JPH08162716A (ja) 半導体レーザの駆動方法及び半導体レーザ装置及び光通信方法及びノード及び光通信システム
US6337868B1 (en) Distributed feedback semiconductor laser and a driving method therefor
US7065300B1 (en) Optical transmitter including a linear semiconductor optical amplifier
JP3450573B2 (ja) 半導体レーザ装置、その駆動方法及びそれを用いた光通信システム
JP3246703B2 (ja) 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式
JP3303653B2 (ja) 半導体レーザ装置、その駆動方法及びそれを用いた光通信システム
JP3535669B2 (ja) 偏波変調可能な半導体レーザアレイ及びその製造方法
JPH07307527A (ja) 光半導体装置、光通信用光源の駆動方法、それを用いた光通信方式、及び光通信システム
JP3311238B2 (ja) 光半導体装置、及びその製造方法
US20240047941A1 (en) Wavelength Tunable Optical Transmitter
JP2018206901A (ja) 光送信機

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees