JPH09162495A - 外部共振器半導体レーザ - Google Patents
外部共振器半導体レーザInfo
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- JPH09162495A JPH09162495A JP32181295A JP32181295A JPH09162495A JP H09162495 A JPH09162495 A JP H09162495A JP 32181295 A JP32181295 A JP 32181295A JP 32181295 A JP32181295 A JP 32181295A JP H09162495 A JPH09162495 A JP H09162495A
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Abstract
ンがピークとなる波長が変化するため、回折波長で発振
しなくなる場合もあった。 【解決手段】 外部共振器半導体レーザの半導体発光素
子は、バンドギャップエネルギーの相異なる活性領域を
備える。これにより、各活性領域から発光中心波長の異
なる光が発せられるため、出射光全体でのゲイン幅を広
げる。
Description
る信号用光源やファイバ増幅器の励起用光源などに用い
られる外部共振器半導体レーザに関する。
外部共振器とする外部共振器半導体レーザでは、その半
導体発光素子の活性領域の構造は、図10に示すよう
に、同じバンドキャップエネルギーを持つ複数の量子井
戸層からなる多重量子井戸構造が用いられていた。
回折格子を外部共振器とする外部共振器半導体レーザの
場合、回折格子の回折波長λsは、半導体レーザのゲイ
ンがピークとなる波長に合わせていた。
に示すように半導体レーザのゲインがピークとなる波長
が変化するが、回折波長λsは変化しない。このため、
外部温度が変化した状況では、回折波長λsでのゲイン
は小さくなり、回折波長λsで発振しなくなる場合も生
じるという問題点があった。
されたものであり、その目的は、外部温度が変化した場
合にも、安定して発振動作を行い得る外部共振器半導体
レーザを提供することにある。
としては、半導体発光素子のゲインの温度依存性を小さ
くすれば、温度変化が生じてもゲインの低下は防ぐこと
ができる。
レーザは、高い反射率を有する反射面及びこの反射面に
比べて低い反射率を有する出射面を有する半導体発光素
子と、出射面から出射された光が入射すると共に、この
入射した光のうち特定波長の光を反射する回折格子が形
成された光ファイバとを備え、この特定波長の光が反射
面と回折格子との間で繰り返し反射することで、レーザ
発振を行う外部共振器半導体レーザにおいて、この半導
体発光素子は、所定の帯域内に分散する複数の発光波長
を得るべく、バンドギャップエネルギーの相異なる活性
領域を備えて構成する。このようにバンドギャップエネ
ルギーの異なる活性領域を備えることで、各活性領域か
ら発光中心波長の異なる光が発せられるため、トータル
でのゲイン幅を広げることができる。
は、各活性領域から発せられる光のゲインが重合される
ことで、ゲインがほぼ一定となるの発光波長帯域を有し
ている。これにより、外部温度の変化によってゲインが
変化し、発光波長帯域が変動しても、ほぼ一定のゲイン
が得られる。
ように、この発光波長帯域の帯域幅は、外部温度の変化
によって当該発光波長帯域が変動した場合にも、この発
光波長帯域内に回折格子の回折波長を含むように規定す
ることが望ましい。
は、半導体発光素子を、異なるバンドギャップエネルギ
ーを持った複数の量子井戸からなる多重量子井戸構造で
構成する。
は、各バンドギャップエネルギーの大小関係が、結晶積
層方向に沿って順に単調増加或は単調減少しないように
配置して構成する。このように不規則に配置すること
で、ゲインがより均一になりやすい利点がある。
は、半導体発光素子をダブルヘテロ構造で構成する。
は、ダブルヘテロ構造における活性領域を、バンドギャ
ップエネルギーが結晶積層方向に沿って次第に増加又は
減少する領域を少なくとも一部に含んで構成する。これ
は、例えば、バンドギャップエネルギーが結晶積層方向
に沿って単調に増加又は減少する場合や、キャリアの注
入を均一にすべく、鋸歯状に増減を繰り返す場合を含む
ものである。このようにバンドギャップエネルギーを変
化させることで、発光中心波長を分散させる。
は、活性領域が4元混晶で形成されており、格子定数の
整合を保ったままこの混晶の比率を変化させることで、
バンドギャップエネルギーを変化させて構成する。
は、活性領域が4元混晶で形成されており、かつ、転位
が生じない範囲で格子不整合を形成することで、バンド
ギャップエネルギーを変化させて構成する。
は、バンドギャップエネルギーの異なる複数のダブルヘ
テロ構造を有して構成する。
は、高い反射率を有する反射面及びこの反射面に比べて
低い反射率を有する出射面を有する半導体発光素子と、
出射面から出射された光が入射すると共に、この入射し
た光のうち特定波長の光を反射する回折格子が形成され
た光ファイバとを備え、特定波長の光が反射面と回折格
子との間で繰り返し反射することで、レーザ発振を行う
外部共振器半導体レーザにおいて、半導体発光素子は、
複数の量子井戸からなる多重量子井戸構造又は超格子構
造を有すると共に、隣接する量子井戸の電子波が結合し
てミニバンドを形成した活性領域を有しており、半導体
発光素子の発光波長帯域は、外部温度の変化によって当
該発光波長帯域が変動した場合にも、この発光波長帯域
内に前記回折格子の回折波長を含むような帯域幅を有し
て構成する。
電子−正孔遷移エネルギーの幅を広げてゲイン幅を広げ
ることもできる。
は、活性領域から発せられる光のゲインが重合されるこ
とで、ゲインがほぼ一定となる発光波長帯域を有して構
成する。
ザでは、この発光波長帯域を、外部温度の変化によって
当該発光波長帯域が変動した場合にも、この発光波長帯
域内に回折格子の回折波長を含むような帯域幅を持たせ
て構成する。
は、請求項1〜13に記載の半導体発光素子の反射面
は、誘電体多層膜による低反射コートが施されており、
この低反射コートにおける最も反射率の低い波長が回折
格子の回折波長に一致するように構成する。
面を参照して説明する。
この外部共振器半導体レーザは、半導体発光素子(半導
体アンプ)10の出射面10a側に光ファイバ20の入
射端を相対して配置しており、光ファイバ20のコア部
には、その実効屈折率を、光軸に沿った位置に応じて最
小屈折率と最大屈折率との間で周期的に変化させた回折
格子21を形成している。半導体発光素子10の出射面
10aには誘電体多層膜による低反射コートが形成され
ており、その低反射コートの最も反射率の低くなる波長
が回折格子21の回折波長に一致させている。
バ20内に入射すると、回折格子21では、その回折波
長に等しい波長成分の光が反射される。この反射光は、
光ファイバ20内を戻り、半導体発光素子10の反射面
10bで再び反射される。このようにして、回折格子2
1の回折波長と同じ波長成分の光が、この間で繰り返し
て反射されることでレーザ発振する。この強められた光
は、図示に出射光として示す向きに出射される。
造の一例を示す。この半導体発光素子10の活性領域
(活性層)として多重量子井戸構造を使用している。量
子井戸層としてはGaInAsP、GaInAs、In
AsP、AlGaInAsなどが挙げられ、また、バリ
ア層としてはAlInAs、GaInAs、AlGaI
nAsなどが挙げられる。
ように、多重量子井戸構造の各量子井戸層では、それぞ
れバンドギャップエネルギーEgを任意に変えて形成し
ている。各バンドギャップエネルギーEgの大きさに応
じて発光する光の中心波長が定まるため、各量子井戸層
からは、バンドギャップエネルギーEgの大きさに応
じ、発光中心波長の異なる光が発せられる。そして、各
量子井戸層から発せられる光のゲインが重合されること
で、半導体発光素子10全体では、ゲインピークがほぼ
一定となる発光波長帯域が形成されるように(図3にト
ータルのゲイン曲線として示す)、各バンドギャップエ
ネルギーの値を振り分けて形成している。従って、回折
格子21の回折波長に相当するバンドギャップエネルギ
ーが、各量子井戸層のバンドギャップエネルギー中で最
も小さいバンドギャップエネルギーと最も大きいバンド
ギャップエネルギーとの間に存在していることになる。
ン幅を広げることができる。このため、外部温度が室温
から高温に変化した場合には、発光波長帯域が、図4
(a)から同図(b)に示すように変動するが、回折格
子21の回折波長λsに対応する発光中心波長域では、
ゲインはほぼ一定に推移しており、温度変化によってゲ
イン(発光波長帯域)がシフトした場合にも、安定した
発振動作を確保できる。
ギャップエネルギーが異なっている必要はなく、トータ
ルでのゲインを均一にするために、各量子井戸層へのキ
ャリア注入の不均一等を考慮して、量子井戸層の幾つか
については同一のバンドギャップエネルギーであっても
よい。
Egの大小関係については、図5に示すように、バンド
ギャップエネルギーEgが結晶積層方向に対して単調に
減少したり、単調に増加するように各量子井戸層を配置
しても良い。ただし、キャリアが必ずしも各量子井戸に
均等に注入されるとは限らないため、図2に示すよう
に、隣り合うバンドギャップエネルギーEgの大小関係
が、一定の増大傾向或は減少傾向とならないように配置
することが好ましい。このように、バンドギャップエネ
ルギーEgの大小が不規則となるように量子井戸層を配
置することで、トータルのゲインはより均一になりやす
くなる。
導体発光素子の活性領域にダブルヘテロ構造を用いてい
る。ダブルへテロ構造は量子井戸構造よりもゲイン幅が
広いので、半導体発光素子10におけるゲインの温度依
存性を低減させる上で有効である。活性領域としてはG
aInAs、AlGaInAsなどを用いることができ
る。
半導体発光素子10の活性領域としてダブルへテロ構造
を用いており、活性領域のバンドギャップエネルギー
を、活性領域内において結晶積層方向に沿った位置で次
第に増加(減少)させている。この例では、InP系の
ダブルヘテロ構造の活性領域に、4元混晶GaInAs
Pを用いており、格子定数の整合を保ったままこの混晶
の比率を変化させることで、バンドギャップエネルギー
を位置に応じて順に変化させている。
(0<x、y<1)において、y≒2.2xの関係をみ
たすとき、InPの格子定数とほぼ整合する。このと
き、Gax In1-x Asy P1-y は、Gay/2.2 In
1-y/2.2 Asy P1-y となり、バンドギャップエネルギ
ー(Eg)は、室温で Eg=0.25y2 −0.88y+1.35[eV] と表される。従って、y≒2.2xの関係を満たしつつ
“y”の値を変えることで、格子整合を保ったまま、バ
ンドギャップエネルギー(Eg)を変えることができ
る。
ずらすことで、活性領域内に任意に格子不整合を形成
し、これによって、活性領域のバンドギャップエネルギ
ーを結晶積層方向に沿った位置で次第に変化させること
もできる。この場合、適度な格子不整合を活性領域に持
たせることにより、ゲインを上げる効果があることが知
られており、格子不整が入った場合には、格子整合をと
った場合に比べてバンドギャップエネルギー(Eg)が
変るので、これを考慮してバンドギャップエネルギー
(Eg)の変化を設計すればよい。前述の例では、y≒
2.2xの条件から転位が生じない範囲でずらす(y>
2.2x、或は、y<2.2x)ことになる。
ャップエネルギーに対応した波長を有する光が発せられ
るため、ゲインピークがほぼ一定となる発光波長帯域を
形成することができる。また、図7中に点線で示したよ
うに、キャリアの注入を均一にするために、位置に応じ
てバンドギャップエネルギーが鋸歯状に増減を繰り返す
構造としてもよい。
他に、AlGaInAsなどを用いることができる。
半導体発光素子10の活性領域として2個のダブルへテ
ロ構造を用いている。2つのダブルへテロ構造のバンド
キャップエネルギーを変えることで、トータルでゲイン
幅を広げている。活性領域としてはGaInAsP、A
lGaInAsなどを用いることができる。なお、この
場合にもバンドギャップエネルギーが鋸歯状に増減を繰
り返す構造を組合せて用いることもできる。
導体発光素子10の活性領域として、複数の量子井戸で
電子波が結合してミニバンドを形成している多重量子井
戸構造を用いている。この場合、回折格子21の回折波
長に相当するバンドキャップエネルギーは、導電帯のミ
ニバンド中の電子と価電子帯のミニバンド中の正孔の結
合エネルギー中で最も小さい遷移エネルギーと最も大き
い遷移エネルギーとの間にある。この場合にはミニバン
ドのエネルギー幅によって、半導体発光素子10のゲイ
ン幅が広がることになる。量子井戸層としてはGaIn
AsP、GaInAs、InAsP、AlGaInAs
などが挙げられ、また、バリア層としてはAlInA
s、GaInAs、AlGaInAsなどが挙げられ
る。また、多重量子井戸構造の代りに超格子構造を用
い、このようなミニバンドを形成してもよい。
外部共振器半導体レーザによれば、半導体発光素子にお
ける異なるバンドギャップエネルギーから異なる発光中
心波長の光が発せされるため、半導体発光素子からはこ
れらの光が重合されて出射されることとなる。このた
め、この半導体発光素子のトータルのゲイン幅が広がる
こととなり、ゲインの波長依存性を低減することができ
る。
が変動した場合にも、安定して発振動作を行い得る外部
共振器半導体レーザを提供できる。
概略的に示す図である。
ネルギー構造を示す図である。なお、各量子井戸層のバ
ンドギャップエネルギーが変化している状態を示してい
る。
ータルでゲイン幅が広がった状態を示すグラフである。
た場合に、発光波長帯域がシフトする状態を示すグラフ
である。
ーが単調に変化するように配置された状態を示す説明図
である。
エネルギー構造を示す図である。
よって順に変化した状態を示す図である。
ルギー構造を示す図である。
ドを形成した状態のエネルギー構造を示す図である。
ある。
した場合に、発光波長帯域がシフトする状態を示すグラ
フである。
格子
Claims (14)
- 【請求項1】 高い反射率を有する反射面及びこの反射
面に比べて低い反射率を有する出射面を有する半導体発
光素子と、 前記出射面から出射された光が入射すると共に、この入
射した光のうち特定波長の光を反射する回折格子が形成
された光ファイバとを備え、 前記特定波長の光が前記反射面と前記回折格子との間で
繰り返し反射することで、レーザ発振を行う外部共振器
半導体レーザにおいて、 前記半導体発光素子は、所定の帯域内に分散する複数の
発光波長を得るべく、バンドギャップエネルギーの相異
なる活性領域を備えたことを特徴とする外部共振器半導
体レーザ。 - 【請求項2】 前記半導体発光素子は、前記各活性領域
から発せられる光のゲインが重合されることで、ゲイン
がほぼ一定となる発光波長帯域を有する請求項1記載の
外部共振器半導体レーザ。 - 【請求項3】 前記発光波長帯域は、外部温度の変化に
よって当該発光波長帯域が変動した場合にも、この発光
波長帯域内に前記回折格子の回折波長を含むような帯域
幅を有する請求項2記載の外部共振器半導体レーザ。 - 【請求項4】 前記半導体発光素子は、異なるバンドギ
ャップエネルギーを持った複数の量子井戸からなる多重
量子井戸構造を有する請求項3に記載の外部共振器半導
体レーザ。 - 【請求項5】 前記各バンドギャップエネルギーの大小
関係が、結晶積層方向に沿って順に単調増加或は単調減
少しないように配置したことを特徴とする請求項4記載
の外部共振器半導体レーザ。 - 【請求項6】 前記半導体発光素子は、ダブルヘテロ構
造を有する請求項3記載の外部共振器半導体レーザ。 - 【請求項7】 前記ダブルヘテロ構造における前記活性
領域は、前記バンドギャップエネルギーが結晶積層方向
に沿って次第に増加又は減少する領域を少なくとも一部
に含む請求項6記載の外部共振器半導体レーザ。 - 【請求項8】 前記活性領域は4元混晶で形成されてお
り、格子定数の整合を保ったまま当該混晶の比率を変化
させることで、前記バンドギャップエネルギーを変化さ
せた請求項7記載の外部共振器半導体レーザ。 - 【請求項9】 前記活性領域は4元混晶で形成されてお
り、かつ、転位が生じない範囲で格子不整合を形成する
ことで、前記バンドギャップエネルギーを変化させた請
求項7記載の外部共振器半導体レーザ。 - 【請求項10】 バンドギャップエネルギーの異なる複
数のダブルヘテロ構造を有する請求項6記載の外部共振
器半導体レーザ。 - 【請求項11】 高い反射率を有する反射面及びこの反
射面に比べて低い反射率を有する出射面を有する半導体
発光素子と、 前記出射面から出射された光が入射すると共に、この入
射した光のうち特定波長の光を反射する回折格子が形成
された光ファイバとを備え、 前記特定波長の光が前記反射面と前記回折格子との間で
繰り返し反射することで、レーザ発振を行う外部共振器
半導体レーザにおいて、 前記半導体発光素子は、複数の量子井戸からなる多重量
子井戸構造又は超格子構造を有すると共に、隣接する量
子井戸の電子波が結合してミニバンドを形成した活性領
域を有しており、 前記半導体発光素子の発光波長帯域は、外部温度の変化
によって当該発光波長帯域が変動した場合にも、この発
光波長帯域内に前記回折格子の回折波長を含むような帯
域幅を有する外部共振器半導体レーザ。 - 【請求項12】 前記活性領域から発せられる光のゲイ
ンが重合されることで、ゲインピークがほぼ一定となる
発光波長帯域を有する請求項11記載の外部共振器半導
体レーザ。 - 【請求項13】 前記発光波長帯域は、外部温度の変化
によって当該発光波長帯域が変動した場合にも、この発
光波長帯域内に前記回折格子の回折波長を含むような帯
域幅を有する請求項12記載の外部共振器半導体レー
ザ。 - 【請求項14】 前記半導体発光素子の反射面は、誘電
体多層膜による低反射コートが施されており、この低反
射コートにおける最も反射率の低い波長が前記回折格子
の回折波長に一致する請求項1〜13のいずれかに記載
の外部共振器半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32181295A JP3765117B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 外部共振器半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32181295A JP3765117B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 外部共振器半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09162495A true JPH09162495A (ja) | 1997-06-20 |
JP3765117B2 JP3765117B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=18136698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32181295A Expired - Fee Related JP3765117B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 外部共振器半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3765117B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999038235A1 (fr) * | 1998-01-26 | 1999-07-29 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Module de laser a semi-conducteur |
JP2006203100A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザおよび光送信器モジュール |
-
1995
- 1995-12-11 JP JP32181295A patent/JP3765117B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999038235A1 (fr) * | 1998-01-26 | 1999-07-29 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Module de laser a semi-conducteur |
US6343088B1 (en) | 1998-01-26 | 2002-01-29 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser module |
JP2006203100A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザおよび光送信器モジュール |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3765117B2 (ja) | 2006-04-12 |
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