JPH09331112A

JPH09331112A - 偏波依存性を持つ回折格子を含む半導体レーザ装置

Info

Publication number: JPH09331112A
Application number: JP8170589A
Authority: JP
Inventors: Yukio Furukawa; 幸生古川; Natsuhiko Mizutani; 夏彦水谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1996-06-10
Publication date: 1997-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】変調時のチャーピングを抑え、かつ作製の自由
度の高く安定に動作する半導体レーザ装置である。【解決手段】偏波面の直交する２つの偏波モードでの発
振を可能にする半導体レーザである。電流注入可能な活
性層１３と、２つの偏波モードの一方に対する回折作用
がレーザ発振に寄与しない程度に小さく、他方の偏波モ
ードに対する回折作用がレーザ発振に寄与する程度に大
きいような回折格子２４を有している。２つの偏波モー
ドの両方の位相および反射率を変化させるのではなく、
一方の偏波モードの反射率を変化させることができ、安
定に動作させて発振偏波モードの制御を行なえる。

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
信を実現するための光通信用光源等となる偏波依存性を
持つ回折格子を含む半導体レーザ装置、これを用いた光
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を拡
大することが望まれており、複数の波長或は光周波数を
１本の光ファイバに多重させた光周波数多重（光ＦＤ
Ｍ）伝送の開発が行なわれている。この光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。そのためには、波長可変
フィルタの透過帯域幅を小さく、光源となるレーザの占
有周波数帯域或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直接強度変
調方式では、高速変調時に動的波長変動がおきてスペク
トル線幅が０．３ｎｍ程度まで広がってしまい、光ＦＤ
Ｍ伝送には向かない。

【０００３】そこで、このような波長変動を抑える変調
方式として、偏波スイッチング可能な分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）レーザを用いた直接偏波変調方式が有望な方式の１
つとして提案されている（特願平５−３１０５９２号明
細書参照）。

【０００４】このレーザの動作について簡単に述べる。
レーザ構成は、活性層に歪量子井戸を導入したり、回折
格子のブラッグ波長をＴＭモードの利得スペクトルのピ
ーク近傍に設定することによりＴＥモードとＴＭモード
の利得を同程度にしてあり、さらに複数の電極を持つ構
成である。これらの複数の電極に不均一に電流を注入す
ることにより、位相および反射率を同時に制御し、位相
整合条件を満たして最低のしきい値利得となる波長およ
び偏波モードでレーザ発振する。電極の少なくとも１つ
の注入電流を変化することにより偏波モード間のしきい
値利得の大小関係が逆転して偏波モードをスイッチング
を可能にするというものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、従
来提案されている偏波変調ＤＦＢレーザにおいては、電
極への注入電流を変化させた場合、ＴＥモードとＴＭモ
ードの両方とも位相および反射率が変化してしまうた
め、更には利得プロファイルも変化してしまうため、振
る舞いが複雑で安定に動作させることが困難であり、素
子間での特性（スイッチング電流ないしバイアス電流、
変調振幅、波長等）にばらつきが生じていた。

【０００６】このような課題に鑑み、以下に、本発明の
目的を各請求項に対応して述べる。なお、以下では、活
性層を含む領域、含まない領域における回折格子の回折
作用を、夫々、分布帰還作用、分布反射作用と区別して
表現している。

【０００７】１）、２）の目的は、変調時のチャーピン
グを抑え、かつ、作製の自由度の高く安定に動作する半
導体レーザ装置を提供することにある。３）の目的は、
電流注入によって２つの偏波モードの一方のみの反射率
を制御することにより安定な偏波変調が可能な半導体レ
ーザ装置を提供することにある。４）の目的は、電流注
入或は電圧印加によって第１の領域の実効屈折率を変化
させて２つの偏波モードの一方のみの反射率を制御する
ことにより安定な偏波変調が可能な半導体レーザ装置を
提供することにある。５）の目的は、２つの偏波モード
の一方はＤＦＢ発振、他方はファブリペロ（ＦＰ）発振
させることにより、安定な偏波変調が可能な半導体レー
ザを提供することにある。６）、７）の目的は、上記の
目的に加え、一方の偏波モードの反射率を効果的に制御
できる回折格子の構造を提供することにある。８）、
９）の目的は、効果的に偏波モードのしきい値利得の制
御を行うことができるレーザ構造を提供することにあ
る。１０）の目的は、２つの偏波モードのしきい値利得
を近接させることにより偏波スイッチングを容易にした
半導体レーザ装置を提供することにある。１１）、１
２）、１３）、１４）の目的は、偏波スイッチングを効
果的に行うための活性層の構造を提供することにある。
１５）、１６）の目的は、電流注入或は電圧印加によつ
て２つの偏波モードの反射率をそれぞれ独立に制御する
ことにより上記のような半導体レーザ装置を提供するこ
とにある。１７）の目的は、より微細な変調電流での偏
波スイッチングを可能にするとともに、波長可変が容易
なレーザ構造を提供することにある。１８）の目的は、
単一縦モード性を向上させると共にしきい値利得を低下
させた上記のような半導体レーザ装置、或は効果的に一
方の偏波モードをＤＦＢ発振させることができるレーザ
構造を提供することにある。１９）の目的は、一方の偏
波モードのみしきい値利得を低下させた半導体レーザ装
置を提供することにある。２０）の目的は、２つの偏波
モードで共振器の異なる上記のような半導体レーザ装
置、或は偏波変調を効果的に行なうための端面の構造を
提供することにある。２１）の目的は、２つの偏波モー
ドのしきい値利得を近接させることにより偏波スイッチ
ングを容易にした半導体レーザ装置を提供することにあ
る。２２）の目的は、第１の領域の実効屈折率を容易に
変化し得る構造を提供することにある。２３）の目的
は、強度変調光通信用の光源に適したチャーピングの少
ない光源装置を提供することにある。２４）、２５）、
２６）の目的は、上記半導体レーザ装置の偏波変調を効
果的に行なう駆動方法を提供することにある。２７）、
２８）の目的は、安定的に高密度波長多重光ネットワー
ク等を構築できる光通信システムないし方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、２
つの偏波モードの両方の位相および反射率を変化させる
のではなく、どちらか一方のみの反射率を変化させるこ
とにより偏波の制御を行うものである。このために、本
発明の半導体レーザ装置は、２つの偏波モードの一方に
対する回折作用がレーザ発振に寄与しない程度に小さ
く、他方の偏波モードに対する回折作用がレーザ発振に
寄与する程度に大きいような回折格子を有していること
を特徴とする。そして、２つの偏波モードの一方に対し
ては分布帰還型共振器、分布反射型共振器またはファブ
リペロ共振器となり、２つの偏波モードの他方に対して
は分布帰還型共振器または分布反射型共振器となるよう
に構成されている。例えば、中央の領域に活性層を含む
活性領域を備え、両側に、何れかの偏波モードにのみ実
効的な回折効果を有する分布反射（ＤＢＲ）領域を設
け、該偏波モードに対する両ＤＢＲ領域のブラッグ波長
を一致させたり不一致にさせたりしてＤＢＲ発振とＦＰ
発振との間でスイッチングする構成や、中央の領域に活
性層を含む活性領域を備え、両側に、両方の偏波モード
に回折効果を有する分布反射（ＤＢＲ）領域と何れかの
偏波モードにのみ実効的な回折効果を有する分布反射
（ＤＢＲ）領域を設け、該何れかの偏波モードに対する
両ＤＢＲ領域のブラッグ波長を一致させたり不一致にさ
せたりしてＤＢＲ発振とＤＢＲ発振との間でスイッチン
グする構成などがある。他の具体的形態は後述する実施
例から明らかとなる。

【０００９】図２の断面図に沿って、本発明による半導
体レーザの第１の形態（主として請求項３に対応）の動
作原理を説明する。

【００１０】共振方向に、互いに独立に電流注入可能な
活性層を有する２つの領域を設け、第１の領域中には、
導波路を構成する層の一部として、２つの偏波モードで
屈折率の異なる多重量子井戸層と、該多重量子井戸層の
一方の偏波モード（ＴＥモード）に対する屈折率とほぼ
等しい屈折率を有する半導体層が隣接して存在し、該多
重量子井戸層と該半導体層の界面に第１の回折格子が形
成されている。第１の領域中では、一方の偏波モード
（ＴＥモード）に対しては、第１の回折格子の上下の層
の屈折率が等しいために回折格子が存在しない状態と等
価であり、その結果、第１の回折格子は、他方の偏波モ
ード（ＴＭモード）にのみ回折効果を有する回折格子と
なる。

【００１１】また、第２の領域中には、導波路を構成す
る層の一部として、両方の偏波モード（ＴＥモード、Ｔ
Ｍモード）において互いに屈折率の異なる２つの半導体
層が隣接して存在し、該２つの半導体層の界面に、各領
域に所定の電流を注入した場合において、他方の偏波モ
ード（ＴＭモード）に対して、第１の回折格子のブラッ
グ波長とほぽ等しいブラッグ波長を有する第２の回折格
子が設けられている。

【００１２】ブラッグ波長をλ_B、回折格子の周期を
Λ、回折格子の存在する領域の実効屈折率をＮ_effとす
ると、 λ_B＝２Λ・Ｎ_eff の関係がある。したがって、第１の回折格子と第２の回
折格子のブラッグ波長を等しくするためには、例えば、
導波路を構成する各半導体層の厚さ、幅、組成を２つの
領域で実効屈折率が等しくなるように設計されている場
合には、２つの回折格子の周期を一致させればよく、２
つの領域の実効屈折率が異なる場合には、実効屈折率と
回折格子の周期との積が等しくなるように２つの回折格
子の周期を設定すればよい。

【００１３】さらに、第１の領域側の端面には無反射コ
ーティングを施してもよい。このような構成の半導体レ
ーザの場合、一方の偏波モード（ＴＥモード）に対して
は、第２の領域のみが共振器として働き、他方の偏波モ
ード（ＴＭモード）に対しては、第１、第２の領域の両
方が共振器として働くことになる。

【００１４】通常の量子井戸半導体レーザにおいては、
ＴＭモードよりもＴＥモードの方が利得が大きく、ＴＥ
モード発振が支配的である場合が多いが、本発明のこの
形態では、共振器長が他方の偏波モード（ＴＭモード）
の方が大きいので、しきい値利得は他方の偏波モード
（ＴＭモード）の方が小さくなっている。

【００１５】第１、第２の領域に適当な電流を注入し、
一方の偏波モード（ＴＥモード）発振しているときに、
第１の領域の電流量を変化させて他方の偏波モード（Ｔ
Ｍモード）のみ反射率を制御して、他方の偏波モード
（ＴＭモード）のしきい値利得を低下させ、他方の偏波
モード（ＴＭモード）発振に切り替えることが可能であ
る。すなわち、第１の領域の注入電流によって偏波スイ
ッチングを行うことができる。

【００１６】また、第１の回折格子を一方の偏波モード
（ＴＥモード）にのみ回折効果を有する構造にしてもよ
い。この場合、第１の領域の電流量を変化させて一方の
偏波モード（ＴＥモード）のみ反射率を制御して、第２
の領域を共振器とする他方の偏波モード（ＴＭモード）
と、第１、第２の領域の両方を共振器とする一方の偏波
モード（ＴＥモード）とをスイッチングする。

【００１７】また、本発明による半導体レーザの第２の
形態（主として請求項４に対応）では、２つの偏波モー
ドの利得プロファイルを変化させることなく、どちらか
一方のみの反射率を変化させることにより偏波の制御を
行うものであり、図１６の断面図に沿って、この形態の
動作原理を説明する。

【００１８】共振方向に、２つの領域を設け、第１の領
域中には、導波路を構成する層の一部として、２つの偏
波モードで屈折率の異なる多重量子井戸層と、該多重量
子井戸層の一方の偏波モード（ＴＥモード）に対する屈
折率とほぼ等しい屈折率を有する半導体層が隣接して存
在し、該多重量子井戸層と該半導体層の界面に第１の回
折格子が形成されている。第１の領域中では、一方の偏
波モード（ＴＥモード）に対しては、第１の回折格子の
上下の層の屈折率が等しいために回折格子が存在しない
状態と等価であり、その結果、第１の回折格子は、他方
の偏波モード（ＴＭモード）にのみ回折効果を有する回
折格子となる。

【００１９】また、第２の領域中には、導波路を構成す
る層の一部として、両方の偏波モード（ＴＥモード、Ｔ
Ｍモード）において互いに屈折率の異なる２つの半導体
層が隣接して存在し、該２つの半導体層の界面に、他方
の偏波モード（ＴＭモード）に対して、第１の回折格子
のブラッグ波長とほぽ等しいブラッグ波長を有する第２
の回折格子が設けられている。

【００２０】第１の回折格子と第２の回折格子のブラッ
グ波長を等しくするための方法は上で述べた通りであ
る。また、第１の領域には屈折率調整層が、第２の領域
には活性層が設けてあり、屈折率調整層への電流注入或
は電圧印加と、活性層への電流注入とを独立に行なうこ
とが可能な構成である。さらに、第１の領域側の端面に
は無反射コーティングを施してもよい。

【００２１】このような構成の半導体レーザの場合、第
１の領域は、他方の偏波モード（ＴＭモード）に対して
のみ寄与する波長可変ミラーとみなすことができ、一方
の偏波モード（ＴＥモード）に対しては、第２の領域の
みが共振器として働き、他方の偏波モード（ＴＭモー
ド）に対しては、第１、第２の領域の両方が共振器とし
て働くことになる。

【００２２】そこで、第１、第２の領域に適当な電流を
注入或は電圧を印加して一方の偏波モード（ＴＥモー
ド）発振しているときに、第１の領域の電流または電圧
を変化させて他方の偏波モード（ＴＭモード）のみ反射
率を制御して、他方の偏波モード（ＴＭモード）のしき
い値利得を低下させ、他方の偏波モード（ＴＭモード）
発振に切り替えることが可能である。すなわち、第１の
領域の注入電流または電圧印加によって偏波スイッチン
グを行うことができる。

【００２３】また、第１の回折格子を一方の偏波モード
（ＴＥモード）にのみ回折効果を有する構造にしてもよ
い。この場合、第１の領域の電流または電圧を変化させ
て一方の偏波モード（ＴＥモード）のみ反射率を制御し
て、第２の領域を共振器とする他方の偏波モード（ＴＭ
モード）と、第１、第２の領域の両方を共振器とする一
方の偏波モード（ＴＥモード）とをスイッチングする。

【００２４】また、本発明による半導体レーザの第３の
形態（主として請求項５に対応）では、一方の偏波モー
ドはＤＦＢモード発振、他方の偏波モードはＦＰ発振さ
せるものである。２つの偏波モードのどちらかを選択し
て、強度変調信号として光通信等を行なう場合には、光
源については、両方の偏波モード（ＴＥモード、ＴＭモ
ード）とも低チャープにする必要はなく、どちらか一方
を信号として利用すればよいので、この形態は有効であ
る。

【００２５】ところで、レーザの発振条件は Γ・ｇ_th＝Γ・α十１／２Ｌ_eff・ｌｎ（１／Ｒ₁・１／Ｒ₂）（１）ｅｘｐ（２ｎ_eff・Ｌ_eff／λ十φ）＝０（２）で規定される。ここで、Γ：閉じ込め係数、ｇ_th：しき
い値利得、α：損失、Ｌ_eff：実効的な共振器長、Ｒ_i：
２方向の実効的な反射率、ｎ_eff：導波路の実効屈折
率、λ：発振波長、φ：位相である。更に、偏波変調レ
ーザには、発振モードとして両方の偏波モード（ＴＥモ
ード、ＴＭモード）を有し、かつそのしきい値利得がほ
ぼ等しく競合状態にあること、即ち、 Γ^TE・ｇ^TE _th≒Γ^TM・ｇ^TM _th （３）の条件を満たすことが要求される。

【００２６】従来の偏波変調ＤＦＢレーザにおいては、
電極注入量を変化させることにより、ＴＥモード、ＴＭ
モードの両方で、反射率および位相が変化してしまうた
め、振る舞いが複雑で、上記（２）式および（３）式を
同時に満たすパラメータは素子ごとにばらついてしま
い、発振波長や電流注入量が素子ごとにばらつき、歩留
まりを悪化させる要因となっていた。図１０の断面図に
沿って、本発明による半導体レーザの第３の形態の動作
原理を説明する。

【００２７】共振方向に複数の電極を設け、導波路を構
成する層の一部として、２つの偏波モードで屈折率の異
なる多重量子井戸層と、該多重量子井戸層の一方の偏波
モード（ＴＥモード）に対する屈折率とほぼ等しい屈折
率を有する半導体層が隣接して存在し、該多重量子井戸
層と該半導体層の界面に回折格子が形成されている。一
方の偏波モード（ＴＥモード）に対しては、回折格子の
上下の層の屈折率が等しいために回折格子が存在しない
状態と等価であり、その結果、他方の偏波モード（ＴＭ
モード）にのみ回折効果を有する回折格子となる。図１
０では、回折格子の左右の領域に独立に電流注入が可能
な２つの電極を設けたＤＦＢ型の構成としている。

【００２８】他方の偏波モード（ＴＭモード）について
は、回折格子による回折効果を受けた、ＤＦＢモードで
発振する。この場合、電流注入量を変化させることによ
り、回折格子の反射率（すなわち損失スペクトル）を変
化させることができる。その結果、しきい値利得は変化
する。

【００２９】一方、一方の偏波モード（ＴＥモード）に
ついては、実質的に回折格子がない状態と等価であり、
両端面を共振ミラーとするＦＰモードで発振する。この
場合、電流注入量を変化させても端面の反射率はほとん
ど変化しないので、しきい値利得の変化は小さい。一方
の偏波モード（ＴＥモード）のしきい値利得は適当な反
射膜を端面に装荷することにより調整することができ
る。よって、上記（３）式を満たすように一方の偏波モ
ード（ＴＥモード）のしきい値利得を設定しておけば、
電流注入量の変化によって他方の偏波モード（ＴＭモー
ド）のしきい値利得を変化させることにより、ＤＦＢ発
振の他方の偏波モード（ＴＭモード）とＦＰ発振の一方
の偏波モード（ＴＥモード）を切り替えるような偏波ス
イッチングを容易に行うことができる。さらに、偏光子
を介してＤＦＢ発振している他方の偏波モード（ＴＭモ
ード）のみを選択すれば、変調時のチャーピングの少な
い光源として光通信に用いることができる。

【００３０】他方の偏波モード（ＴＭモード）でもＦＰ
発振する可能性もあるが、通常、端面での反射損失はＴ
Ｅモードの方が小さいので、ＦＰ発振の場合はＴＥモー
ドが支配的である。

【００３１】各請求項に対応した目的を達成するための
手段、作用をまとめると以下のようになる。

【００３２】１）手段：偏波面の直交する２つの偏波モ
ードでの発振を可能にする半導体レーザにおいて、電流
注入可能な活性層と、２つの偏波モードの一方である第
１の偏波モードに対する回折作用が第１の偏波モードの
レーザ発振に寄与しない程度に小さく、他方である第２
の偏波モードに対する回折作用が第２の偏波モードのレ
ーザ発振に寄与する程度に大きいような回折格子を有し
ていることを特徴とする半導体レーザ装置である。作
用：この様な回折格子を備えるので、２つの偏波モード
の両方の位相および反射率を変化させるのではなく、ど
ちらか一方の偏波モードの反射率を変化させることがで
き、安定に動作させて発振偏波モードの制御を行なえ
る。

【００３３】２）手段：２つの偏波モードの一方に対し
ては分布帰還型共振器、分布反射型共振器またはファブ
リペロ共振器となり、２つの偏波モードの他方に対して
は分布帰還型共振器または分布反射型共振器となるよう
に構成されている。作用：１）と同様に、安定に動作さ
せて発振偏波モードの制御を行なえる。

【００３４】３）手段：偏波面の直交する２つの偏波モ
ードでの発振を可能にする半導体レーザにおいて、共振
方向に少なくとも２つ以上の、互いに独立に電流注入可
能な活性層を有する領域が存在し、第１の領域中には、
２つの偏波モードの一方である第１の偏波モードに対す
る分布帰還作用が第１の偏波モードのレーザ発振に寄与
しない程度に小さく、他方である第２の偏波モードに対
する分布帰還作用が第２の偏波モードのレーザ発振に寄
与する程度に大きいような第１の回折格子を有し、第２
の領域中には、２つの偏波モードの両方に対してレーザ
発振に寄与する分布帰還作用があるような第２の回折格
子を有しており、各領域の一部もしくは全部がレーザの
共振器を構成している。作用：第２の偏波モードに対し
てのみ分布帰還作用を持つ領域を設け、そこの注入電流
を制御することにより、２つの偏波モードのしきい値利
得の大小関係を変化させて偏波スイッチングを行うこと
が可能となる。

【００３５】４）手段：偏波面の直交する２つの偏波モ
ードでの発振を可能にする半導体レーザにおいて、共振
方向に少なくとも２つ以上の領域を有し、第１の領域
は、屈折率調整層、および、２つの偏波モードの一方で
ある第１の偏波モードに対する分布反射作用が第１の偏
波モードのレーザ発振に寄与しない程度に小さく、他方
である第２の偏波モードに対する分布反射作用が第２の
偏波モードのレーザ発振に寄与する程度に大きいような
第１の回折格子を有し、該屈折率調整層に電流注入或は
電圧印加が可能で、かつ端面での反射が抑圧されている
ような構成であり、第２の領域は、活性層、および、２
つの偏波モードの両方に対してレーザ発振に寄与する分
布帰還作用を持つ第２の回折格子を有し、前記屈折率調
整層への電流注入或は電圧印加とは独立に該活性層への
電流注入が可能な構成である。作用：第２の偏波モード
に対してのみ分布反射作用を持つ領域を設け、そこの注
入電流或は電圧印加を制御することにより、２つの偏波
モードのしきい値利得の大小関係を変化させて偏波スイ
ッチングを行うことが可能となる。

【００３６】５）手段：偏波面の直交する２つの偏波モ
ードでの発振を可能にする半導体レーザにおいて、２つ
の偏波モードの一方である第１の偏波モードに対する分
布帰還作用が第１の偏波モードのレーザ発振に寄与しな
い程度に小さく、他方である第２の偏波モードに対する
分布帰還作用が第２の偏波モードのレーザ発振に寄与す
る程度に大きいような回折格子を有し、第１の偏波モー
ドに対してはファブリペロ共振器、第２の偏波モードに
対しては分布帰還型共振器となる構成であり、電極に注
入する電流を制御することにより発振モードを該２つの
偏波モード間でスイッチングできる。作用：注入電流を
制御することにより、単一縦モード発振している第２の
偏波モードのしきい値利得を調整し、２つの偏波モード
のしきい値利得の大小関係を変化させて偏波スイッチン
グを行うことが可能となる。

【００３７】６）、７）手段：第１の領域において、第
１の回折格子は、異なる半導体層の界面に形成された凹
凸構造からなり、該異なる半導体層の屈折率が、第１の
偏波モードに対しては実質的に等しく、第２の偏波モー
ドに対しては異なるような構成であり、第２の偏波モー
ドに対してのみ実質的な回折効果を生じさせる。具体的
には、異なる半導体層の一方は、２つの偏波モードに対
して屈折率が互いに異なる多重量子井戸層から成る。作
用：第１の領域中では、第１の偏波モードに対しては、
第１の回折格子の上下の層の屈折率が等しいために回折
格子が存在しない状態と等価であり、第１の回折格子
は、第２の偏波モードにのみ回折効果を有する回折格子
となる。

【００３８】８）手段：複数の領域に所定の電流を注入
或は電圧を印加した場合において、第２の偏波モードに
対して、第１の領域中の第１の回折格子のブラッグ波長
と第２の領域中の第２の回折格子のブラッグ波長がほぼ
等しくなるよう、各々の回折格子の周期、各領域を構成
する半導体層の組成、膜厚、導波路幅が設計されてい
る。作用：第１の領域へ注入する電流の微小な変化で第
２の偏波モードのしきい値利得を大きく変化させること
ができる。

【００３９】９）手段：第２の偏波モードに対して、第
１の領域と第２の領域とで実効屈折率がほぼ等しくなる
ように各領域を構成する半導体層の組成、膜厚、導波路
幅が設計されている。作用：第２の偏波モードに対し
て、第１の領域と第２の領域の実効屈折率が等しくなる
ので、第１、第２の領域でのプラッグ波長を等しくする
ためには第１の領域中の回折格子の周期と第２の領域中
の回折格子の周期を等しくすればよい。そのため、回折
格子の作製が容易である。

【００４０】１０）手段：発振可能な２つの偏波モード
のうち、利得の小さい方の偏波モードが第２の偏波モー
ドに対応する。作用：第２の偏波モードの方が共振器長
が長くなるので、利得の不足を補うことが可能となる。

【００４１】１１）手段：発振可能な２つの偏波モード
がＴＥモードおよＴＭモードであり、少なくとも第２の
領域の活性層が多重量子井戸で構成され、ライトホール
の基底準位と電子の基底準位との間のエネルギーバンド
ギャップに対応する波長の近傍にＴＭモードのブラッグ
波長がくるように第２の領域中の第２の回折格子の周期
を設定している。作用：ＴＥモードとＴＭモードの利得
を近接させて偏波スイッチングが効率良く行えるように
する。

【００４２】１２）手段：発振可能な２つの偏波モード
がＴＥモードとＴＭモードであり、５）に記載のレーザ
の活性層が多重量子井戸で構成され、ライトホールまた
はヘビーホールの基底準位と電子の基底準位との間のエ
ネルギーバンドギャップに対応する波長の近傍にＴＭモ
ードまたはＴＥモードのブラッグ波長がくるように回折
格子の周期を設定している。作用：ＴＭモードまたはＴ
ＥモードのＤＦＢ発振を容易にする。

【００４３】１３）手段：少なくとも第２の領域の活性
層が引っ張り歪が導入された多重量子井戸で構成され、
ヘビーホールの基底準位とライトホールの基底準位が等
しいか、もしくは後者の方が電子の基底準位に近くなる
ようにする。作用：ＴＥモードとＴＭモードの利得を近
接させて偏波スイッチングが効率良く行えるようにす
る。

【００４４】１４）手段：５）に記載のレーザの活性層
が引っ張り歪が導入された多重量子井戸で構成され、ヘ
ビーホールの基底準位とライトホールの基底準位が等し
いか、もしくは後者の方が電子の基底準位に近い。作
用：ＴＥモードとＴＭモードの利得を近接させて偏波ス
イッチングが効率良く行えるようにする。

【００４５】１５）手段：第１、第２の領域と連続して
第３の領域が存在し、第３の領域中には、第２の偏波モ
ードに対する分布帰還作用が第２の偏波モードのレーザ
発振に寄与しない程度に小さく、第１の偏波モードに対
する分布帰還作用が第１の偏波モードのレーザ発振に寄
与する程度に大きいような第３の回折格子を有し、該第
３の回折格子は、異なる半導体層の界面に形成された凹
凸構造からなり、該異なる半導体層の屈折率が第２の偏
波モードに対しては実質的に等しく、第１の偏波モード
に対しては屈折率が異なるような構成であり、該異なる
半導体層の一方は、２つの偏波モードに対して屈折率が
互いに異なる多重量子井戸層から成る。作用：２つの偏
波モードに対して、それぞれ独立に回折効果を有する回
折格子を備えた領域を設けることにより、それらの注入
電流を制御して２つの偏波モードのしきい値利得を独立
に制御し、その大小関係を変化させて偏波スイッチング
を行うことが可能となる。

【００４６】１６）手段：第１、第２の領域と連続して
第３の領域が存在し、第３の領域は、屈折率調整層およ
び第３の回折格子を有し、該屈折率調整層に電流注入或
は電圧印加が可能で、かつ端面での反射が抑圧されてい
るような構成であり、該第３の回折格子は、異なる半導
体層の界面に形成された凹凸構造からなり、該異なる半
導体層の屈折率が第２の偏波モ―ドに対しては実質的に
等しく、第１の偏波モードに対しては屈折率が異なるよ
うな構成であり、該異なる半導体層の一方は、２つの偏
波モードに対して屈折率が互いに異なる多重量子井戸層
から成る。作用：２つの偏波モードに対して、それぞれ
独立に回折効果を有する回折格子を備えた領域を設ける
ことにより、それらの注入電流或は印加電圧を制御して
２つの偏波モードのしきい値利得を独立に制御し、その
大小関係を変化させて偏波スイッチングを行うことが可
能となる。

【００４７】１７）手段：５）に記載のレーザが位相調
整領域を含む。作用：位相制御による偏波スイッチング
を可能にする。

【００４８】１８）手段：回折格子の一部に位相シフト
が設けられている。作用：２つの偏波モードの双方で単
一縦モード性を向上させ、かつ、しきい値利得を低下さ
せる。また、５）に記載のレーザで、第２の偏波モード
の単一縦モード性を向上させ、かつしきい値利得を低下
させる。

【００４９】１９）手段：第１の領域と第２の領域の境
部分に位相シフトが設けられている。作用：第２の偏波
モードに対しては位相シフトが設けられた回折格子とし
て機能するため、第２のの偏波モードのみ単一縦モード
性を向上させ、かつ、しきい値利得を低下させることが
可能となる。

【００５０】２０）手段：両端面の一方もしくは両方に
無反射コーティングが施されている。また、４）に記載
のレーザの両端面のうち、少なくとも第１の領域側の端
面に無反射コーティングが施されている。作用：２つの
偏波モードで共振器が異なる。

【００５１】２１）手段：５）に記載のレーザで、第１
の偏波モードのしきい値利得が第２の偏波モードのそれ
とほぼ等しくなるように、両端面の一方もしくは両方に
所定の反射率を有する反射膜が形成されている。作用：
第１の偏波モードのしきい値利得を調整する。

【００５２】２２）手段：屈折率調整層が多重量子井戸
層である。作用：逆電圧を印加することにより屈折率を
変化させることにより、容易に、一方の偏波モードに対
してのみ第１の領域と第２の領域とでブラッグ波長がほ
ぼ一致する状態と、他方の偏波モードに対してのみ第１
の領域と第２の領域とでブラッグ波長がほぼ一致する状
態との間で切り替えることができる。

【００５３】２３）手段：上記の半導体レーザ装置と、
該半導体レーザ装置からの出力光のどちらか一方の偏波
モードのみを選択して取り出す偏光子などの偏光選択手
段とを有することを特徴とする光源装置である。作用：
偏波変調光を強度変調光に変換する。

【００５４】２４）手段、作用：上記３）記載の半導体
レーザ装置の駆動方法であって、複数の領域に注入する
電流を制御することによって、両領域における第２の偏
波モードに対するブラッグ波長を異ならせて第１の偏波
モードで発振する状態と両領域における第２の偏波モー
ドに対するブラッグ波長を一致させて第２の偏波モード
で発振する状態との間をスイッチングする。

【００５５】２５）手段、作用：上記４）記載の半導体
レーザ装置の駆動方法であって、２つの領域への注入電
流或は印加電圧を制御することにより、両領域における
第２の偏波モードに対するブラッグ波長を異ならせて第
１の偏波モードで発振する状態と両領域における第２の
偏波モードに対するブラッグ波長を一致させて第２の偏
波モードで発振する状態との間をスイッチングする。

【００５６】２６）手段、作用：上記５）記載の半導体
レーザ装置の駆動方法であって、複数の電極に注入する
電流を制御することにより、第１の偏波モードがファブ
リペロ共振で発振する状態と第２の偏波モードが分布帰
還共振で発振する状態との間をスイッチングする。

【００５７】２７）手段：２３）の光源装置を備えた光
送信機、偏光選択手段によって取り出された光を伝送す
る光ファイバなどの伝送手段、及び、前記伝送手段によ
って伝送された光を受信する光受信機から成ることを特
徴とする光通信システムである。作用：光源装置から送
信信号が強度変調光信号として出力され、通常の光受信
機で直接検波される。

【００５８】２８）手段：２３）の光源装置を用い、所
定のバイアス電流或は電圧に送信信号に応じて変調され
た電流或は電圧を重畳して前記半導体レーザ装置に供給
することによって、前記偏光選択手段から送信信号に応
じて強度変調された信号光を取り出し、この信号光を光
受信機に向けて送信することを特徴とする光通信方法で
ある。作用：２７）と同様である。

【００５９】

【発明の実施の形態】第１の実施例本発明による第１の実施例を説明する。図１は、本発明
によるＤＦＢレーザの斜視断面図である。層構成を以下
に詳しく述べる。

【００６０】１１はｎ−ＩｎＰ基板、１２はｎ−ＩｎＰ
バッファ層、１３は量子井戸構造の活性層、１４は第１
の領域に設けられたｐ−ＩｎＰおよびｐ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐからなる多重量子井戸層、１５は第２の領域に設けら
れたｐ−ＩｎＧａＡｓＰグレーティング層、１６は多重
量子井戸層１４のＴＥモードに対する屈折率と等しい屈
折率を有するｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、１７はｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層、１８はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト
層、１９は高抵抗ＩｎＰ埋め込み層、２０、２１はｐ側
の電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、２２はｎ側
の電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕである。多重量子井戸
層１４およびグレーティング層１５上には、それぞれ第
１の回折格子２４および第２の回折格子２５が形成され
ており、第１の領域側の端面には反射防止膜としてＳｉ
Ｏ_x膜２３が形成されている（図１中には明示せず）。

【００６１】多重量子井戸構造の半導体層を導波路中に
設けた場合、多重量子井戸層は、ＴＥモードとＴＭモー
ドでは屈折率の異なる、いわゆる複屈折性を有すること
が知られている。したがって、この多重量子井戸層に回
折格子を形成し、それを、どちらか一方の偏波モードに
対する多重量子井戸層の屈折率と等しい屈折率をもつ半
導体層で埋め込めば、一方の偏波モードに対しては、回
折格子の上下の層の屈折率が等しいために回折格子が存
在しない状態と等価となる。

【００６２】本実施例では、ＴＥモードに対して多重量
子井戸層１４と導波層１６の屈折率を等しくしているた
め、第１の領域中では、ＴＥモードに対しては、回折格
子が存在しない状態と等価であり、その結果、第１の回
折格子２４は、ＴＭモードにのみ回折効果を有する回折
格子となる。

【００６３】一方、第２の領域中では、ＴＥモード、Ｔ
Ｍモードの両方においてグレーティング層１５と導波層
１６は互いに屈折率が異なるように設計されており、第
２の回折格子はＴＥモ―ド、ＴＭモードの両方に回折効
果を有している。

【００６４】第１の領域側の端面には反射防止膜２３が
形成されているため、ＴＥモードに対しては、第２の領
域のみが共振器として働き、ＴＭモードに対しては、第
１、第２の領域の両方が共振器として働くことになる。

【００６５】さらに、ＴＭモードにおいて、第１の領域
と第２の領域で実効屈折率がほぼ等しくなるように導波
路の幅が設計されている。そのため、第１の回折格子２
４の周期を第２の回折格子２５の周期と等しく設定すれ
ば両者のブラッグ波長を等しくすることができる。した
がって、例えば、干渉露光法で回折格子をパターニング
するような場合、１回の露光でよい。

【００６６】このような素子の動作を図２、図３を用い
て説明する。図２は本実施例のＤＦＢレーザの共振方向
の断面図、図３（ａ）、（ｂ）は各領域での２つの偏波
モードに対する反射率ｒ₁、ｒ₂を表している。ここでの
反射率とは、進行波が逆行波に変換される効率を想定し
ている。

【００６７】第１の領域においては、ＴＭモードのブラ
ッグ波長λ^TM ₁近傍に高反射率域が存在し（図３
（ｂ））、第２の領域においては、ＴＥモードではブラ
ッグ波長λ^TE ₂近傍に、ＴＭモードではブラッグ波長λ
^TM ₂近傍に高反射率域が存在する（図３（ａ））。

【００６８】通常の量子井戸半導体レーザにおいては、
ＴＭモードよりもＴＥモードの方が利得が大きく、ＴＥ
モード発振が支配的である揚合が多いが、本実施例で
は、共振器長がＴＭモードの方が大きいので、しきい値
利得はＴＭモードの方が小さくなっている。

【００６９】第１の領域に２２ｍＡ、第２の領域に２５
ｍＡの電流を注入した場合を考える。この場合、ＴＭモ
ードについては、 λ^TM ₁≠λ^TM ₂ であり反射損失が大きく、しきい値利得が大きくなる。
したがって、λ^TE ₂近傍で位相条件を満たして最低のし
きい値利得となる波長のＴＥモードで発振する。

【００７０】第１の領域の注入電流を徐々に増加させて
いくと第１の領域でのＴＭモードのブラッグ波長は高波
長側にシフトし、 λ^TM ₁’≒λ^TM ₂ となったところで反射損失が格段に小さくなり、ＴＥモ
ードとＴＭモードのしきい値利得の大小関係が逆転す
る。したがって、λ^TM ₂近傍で位相条件を満たして最低
のしきい値利得となる波長のＴＭモードで発振する。Ｔ
ＥモードからＴＭモード発振ヘ遷移する電流幅は約３ｍ
Ａであった。

【００７１】そこで、第１の領域に、振幅３ｍＡのデジ
タル信号（２２ｍＡ、２５ｍＡ）を印加することによ
り、ＴＥ／ＴＭモードの偏波変調を行うことができる。
このとき、一方の偏波モードを偏光子を介して分離して
選択し、強度変調とした場合、変調時の発振波長の動的
変動は０．０ｌｎｍ以下であった。

【００７２】本素子では、第２の領域の電流注入量を変
化させることで発振波長を変化させることもできる。こ
のとき、偏波スイッチングを行うには、第２の領域の電
流に応じて第１の領域のＤＣバイアス電流を設定すれば
よい。

【００７３】また、本実施例では、第１の領域のみに変
調信号を印加したが、これに限ったものではなく、例え
ば、第１、第２の領域に逆相の変調信号を印加してもよ
い。

【００７４】また、本実施例では、導波路の幅を第１の
領域と第２の領域で変化させて２つの領域でのＴＭモー
ドに対する実効屈折率を等しくした例を示したが、導波
路の幅を各領域で等しくして、各領域での実効屈折率の
差を補うように第１の回折格子２４と第２の回折格子２
５の周期を異ならせることによって各領域でのＴＭモー
ドに対するブラッグ波長を等しくしてもよい。この場
合、回折格子作成の工程は増えるが、導波路の幅は２つ
の領域で等しいので、境界部における結合損失が低下で
きるという利点がある。

【００７５】さらに、両端面に反射防止膜を施してもよ
い。

【００７６】加えて、本実施例では、第１の回折格子２
４をＴＭモードにのみ回折効果を有するように設定した
が、第１の回折格子をＴＥモードにのみ回折効果を有す
る構造にしてもよい。この場合、ＴＭモードの利得をＴ
Ｅモードの利得と等しくするまたは逆転させる必要があ
るが、それには以下の方法が有効である。

【００７７】（１）活性層１３が引っ張り歪みを持つ多
重量子井戸で構成され、ヘビーホールの基底準位と電子
の基底準位間の遷移エネルギーよりもライトホールの基
底準位と電子の基底準位の遷移エネルギーを低く設計す
るか、両者の遷移エネルギーを等しく設計する。

【００７８】（２）第２の領域中に設けられた第２の回
折格子２５のＴＭモードに対するブラッグ波長を、ライ
トホールの基底準位と電子の基底準位間の遷移エネルギ
ー相当の波長と等しくなるように回折格子２５の周期を
設定する。そして、第１の領域の電流量を変化させてＴ
Ｅモードのみ反射率を制御して、第２の領域を共振器と
するＴＭモード発振と、第１、第２の領域の両方を共振
器とするＴＥモード発振とをスイッチングさせればよ
い。

【００７９】第２の実施例本発明による第２の実施例を図４を用いて説明する。図
４は、本実施例のＤＦＢレーザの共振方向の断面図であ
る。

【００８０】層構成は、第１の実施例とほぼ同様であ
り、同じ層には同一の番号をつけてある。第１の実施例
との違いは、第２の領域におけるグレーティング層４４
が、第１の領域の多重量子井戸層１４を混晶化した半導
体で構成されていることである。混晶化することによ
り、多重量子井戸層の複屈折性は弱まり、ＴＥモードと
ＴＭモードの屈折率はほぼ等しくなる。

【００８１】第１の実施例と同様、ＴＭモードに対し
て、第１の回折格子２４と第２の回折格子４５のブラッ
グ波長をほぼ等しくする必要がある。ＴＭモードに対す
る、多重量子井戸層１４とグレーティング層４４の屈折
率の違いを補うため、本実施例においては、図中には示
していないが、２つの領域において、導波路の幅を異な
らせることにより、ＴＭモードに対する２つの導波路の
実効屈折率を等しくしている。この場合、等しい周期を
有する第１の回折格子２４および第２の回折格子４５を
形成しておけばよい。

【００８２】本素子の動作は第１の実施例で述べた通り
である。第１の実施例では、多重量子井戸層１４とグレ
ーティング層１５を形成するために、所定領域のエッチ
ングや選択成長が必要であるが、本実施例においては、
全領域に多重量子井戸層を積層した後に、所定領域（第
２の領域）を、水素イオンの打ち込み、熱処理、或は不
純物の拡散等によって混晶化することにより、多重量子
井戸層１４およびグレーティング層４４を形成すること
ができるので、成長プロセスが簡略化できるという利点
がある。

【００８３】また、本実施例では、導波路の幅を調整し
て第１の領域と第２の領域のＴＭモードに対する実効屈
折率を等しくした例を示したが、導波路の幅を各領域で
等しくして、各領域での実効屈折率の差を補うように第
１の回折格子２４と第２の回折格子４５の周期を異なる
ものにすることにより、各領域でのＴＥモードに対する
ブラッグ波長を等しくしてもよい。

【００８４】第３の実施例本発明による第３の実施例を図５を用いて説明する。図
５は、本実施例のＤＦＢレーザの共振方向の断面図であ
る。

【００８５】層構成は、第１の実施例とほぼ同様であ
り、同じ層には同一の番号をつけてある。第１の実施例
との違いは、第２の領域におけるグレーティング層５４
が、第１の領域の多重量子井戸層１４でのＴＭモードに
対する屈折率に等しい屈折率を持つ半導体層で構成され
ていることである。

【００８６】第１の実施例と同様、ＴＭモードに対し
て、第１の回折格子２４と第２の回折格子５５のブラッ
グ波長をほぼ等しくする必要がある。本実施例では、Ｔ
Ｍモードに対する、多重量子井戸層１４とグレーティン
グ層５４の屈折率が互いに等しいため、導波路の幅を２
つの領域で等しくし、第１の回折格子２４と第２の回折
格子５５の周期を等しくすることにより、各領域でのＴ
Ｍモードに対するブラッグ波長を等しくしている。

【００８７】本素子の動作は第１の実施例で述べた通り
である。本実施例では、第１の回折格子２４と第２の回
折格子５５の周期が等しいので回折格子の作成が容易で
あり、かつ、第１の実施例に比べ、導波路の幅が２つの
領域で等しいので、境界部での結合損失が小さいという
利点がある。

【００８８】第４の実施例本発明による第４の実施例を図６を用いて説明する。図
５は、本実施例のＤＦＢレーザの共振方向の断面図であ
る。

【００８９】層構成は、第１の実施例と同様であり、同
一の番号をつけてある。第１の実施例との違いは、第２
の領域中の第２の回折格子２５にλ／４位相シフト６１
が設けられていることである。

【００９０】本素子の動作は第１の実施例で述べた通り
である。第１の実施例においては、ＴＥ、ＴＭ各モード
で、ストップバンドの長波長側或は短波長側のどちらか
のしきい値利得が小さい方で発振するが、本実施例で
は、λ／４シフト６１を導入したことによりストップバ
ンド内のブラッグ波長におけるしきい値電流が最低にな
るため、発振波長の安定性が向上するという利点があ
る。更に、しきい値電流も第１の実施例に比べ低下させ
ることができる。

【００９１】第５の実施例本発明による第５の実施例を図７を用いて説明する。図
７は、本実施例のＤＦＢレーザの共振方向の断面図であ
る。

【００９２】層構成は、第１の実施例と同様であり、同
一の番号をつけてある。第１の実施例との違いは、第１
の回折格子２４と第２の回折格子２５の境界部にλ／４
位相シフト７１が設けられていることである。

【００９３】本素子の動作は第１の実施例で述べた通り
である。本実施例においては、ＴＥモードについては位
相シフトの効果を受けず、ＴＭモードのみが位相シフト
の効果を受ける。そのため、第１の実施例に比べ、ＴＭ
モードにおいて、発振波長の安定性を向上させるととも
にしきい値電流を低下させることができる。よって、よ
り確実にＴＭモード発振する状態を作り出すことができ
る。

【００９４】第６の実施例本発明による第６の実施例を図８を用いて説明する。図
８は、本実施例のＤＦＢレーザの共振方向の断面図であ
る。

【００９５】第１、第２の領域の層構成は第１の実施例
と同様であり、同一の番号をつけてある。しかし、本実
施例では、以下に説明する第３の領域を設けている。

【００９６】図８において、１１はｎ−ＩｎＰ基板、１
２はｎ−ＩｎＰバッファ層、１３は歪量子井戸構造の活
性層、８４は第３の領域のｐ−ＩｎＰおよびｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰからなる多重量子井戸層、８６は多重量子井戸
層８４のＴＭモードに対する屈折率と等しい屈折率を有
する第３の領域のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、１７はｐ
−ＩｎＰクラッド層、１８はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層、８５は第３の領域のｐ側の電極であるＣｒ／Ａｕ
ＺｎＮｉ／Ａｕ層、２２はｎ側の電極であるＡｕＧｅＮ
ｉ／Ａｕ層である。第３の領域の多重量子井戸層８４上
には、第３の回折格子８７が形成されている。また、素
子の両端面に反射防止膜としてＳｉＯ_x膜２３が形成さ
れている。

【００９７】第３の回折格子８７は、ＴＥモードに対し
て、第２の回折格子２５と等しいブラッグ波長を持つよ
う設計されている。ブラッグ波長を等しくするには、第
２の領域と第３の領域での実効屈折率差を補うために第
２の回折格子２５と第３の回折格子８７の周期を異なる
ものにする、もしくは、第２の領域と第３の領域で実効
屈折率が等しくなるように第３の領域の導波路の幅を調
整し、第２の回折格子２５と等しい周期を持つ第３の回
折格子８７を形成する等の方法がある。

【００９８】第３の領域中では、ＴＭモードに対して
は、第３の回折格子８７の上下の層の屈折率が等しいた
めに回折格子が存在しない状態と等価であり、その結
果、第３の回折格子８７は、ＴＥモードにのみ回折効果
を有する回折格子となる。

【００９９】両端面には反射防止膜２３が形成されてい
るため、ＴＭモードに対しては、第１、第２の領域がＤ
ＦＢ共振器として働き、ＴＥモードに対しては、第２、
第３の領域がＤＦＢ共振器として働くことになる。

【０１００】本素子の動作も第１の実施例で述べたもの
と本質的に同じであるが、本実施例では、第１の領域に
注入する電流を調整することによりＴＭモードのしきい
値利得を制御し、第３の領域に注入する電流を調整する
ことによりＴＥモードのしきい値利得を調整することが
できる。すなわち、２つの偏波モードのしきい値利得を
独立に制御することが可能となるので、安定な偏波スイ
ッチングを実現することができる。

【０１０１】第７の実施例本発明による第７の実施例を説明する。図９は、本実施
例の半導体レーザの斜視断面図、図１０はその共振方向
の断面図である。層構成を以下に詳しく述べる。

【０１０２】１１１はｎ−ＩｎＰ基板、１１２はｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層、１１３はＩｎＧａＡｓＰ活性層、１１
４はｐ−ＩｎＰおよびｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる多重
量子井戸層、１１６は多重量子井戸層１１４のＴＥモー
ドに対する屈折率と等しい屈折率を有するｐ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波層、１１７はｐ−ＩｎＰクラッド層、１１８
はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１１９は高抵抗Ｉｎ
Ｐ埋め込み層、１２０、１２１はｐ側の電極であるＣｒ
／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、１２２はｎ側の電極であるＡ
ｕＧｅＮｉ／Ａｕ層である。多重量子井戸層１１４上に
は、回折格子１２４が形成されている。

【０１０３】本実施例では、多重量子井戸層１１４は、
Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓを３ｎｍ、ＩｎＰを５ｎｍ、２５
周期積層した構成であり、ＴＥモードに対する屈折率が
３．２９８、ＴＭモードに対する屈折率が３．２８１で
ある。また、導波層１１６は、屈折率が３．２９８にな
るようにＩｎ_0.83Ｇａ_0.17Ａｓ_0.37Ｐ_0.63とする。ＴＥ
モードに対して多重量子井戸層１１４と導波層１１６の
屈折率を等しくしているため、ＴＥモードに対しては、
回折格子が存在しない状態と等価であり、回折格子１２
４は、ＴＭモードにのみ回折効果を有する。その結果、
ＴＥモードに対しては両端面を共振ミラーとするファブ
リペロ（ＦＰ）モードで、ＴＭモードに対しては回折格
子１２４を分布帰還器としたＤＦＢモードで発振する。

【０１０４】さらに、ＴＥモードのしきい値利得がＴＭ
モードのそれとほぼ等しくなるように、両端面には所定
の反射率を持つ反射膜１２３が形成されている（図９中
には明示せず）。回折格子１２４の周期は、ＴＭモード
に対するブラッグ波長がその利得ピークとほぼ等しくな
るように設定されている。

【０１０５】次に本実施例の動作原理ついて説明する。
図１１は、２つの電極１２０、１２１より電流を注入し
てしきい値近傍まで励起した時の、利得スペクトル（Γ
・ｇ：上記（１）式の左辺に相当）と損失スペクトル
（上記（１）式の右辺に相当）との関係をＴＥモードと
ＴＭモードに対して別々に示したものである。本実施例
の場合、活性層１１３は量子効果のないバルク構造を用
いているため、２つの偏波モード間で閉じ込め係数Γに
若干の差があるものの、利得スペクトルのプロファイル
は２つの偏波モードでほとんど差がない。一方、損失ス
ペクトルは２つの偏波モードで大きな差がある。ＴＥモ
ード（ＦＰモード）では、図１１（ａ）に示すように発
振可能な複数の縦モードが常に存在し、ＴＭモード（Ｄ
ＦＢモード）では、図１１（ｂ）に示すように回折格子
１２４のブラッグ波長に起因した単一縦モードが常に存
在する（ＴＭモードでもＦＰ発振する可能性もあるが、
通常、端面での反射損失はＴＥモードの方が小さいの
で、ＦＰ発振の場合はＴＥモードが支配的である）。

【０１０６】注入電流量を変化させた場合、導波路の実
効屈折率、位相整合する波長、回折格子１２４のブラッ
グ波長と反射率などが変化し、ＴＭモードのしきい値利
得を変化させることができる。ＴＥモードについては、
位相の変化によって損失スペクトルが左右にずれるが、
しきい値利得としてはほとんど変化しない。したがっ
て、注入電流量を制御することにより２つの偏波モード
でのしきい値利得の大小関係を逆転させ、偏波スイッチ
ングを行うことができる。

【０１０７】駆動方法について説明する。電極１２１に
３０ｍＡの電流を注入し、電極１２０の電流を変化させ
た場合、１８ｍＡでＴＥモードがＦＰ発振し、２６ｍＡ
で、偏波がスイッチングしＴＭモードのＤＦＢ発振とな
った。この時の電流−光出力特性を図１２に示す。ＴＥ
モードからＴＭモードに移行する電流幅は約３ｍＡであ
った。

【０１０８】そこで、電極１２０に振幅３ｍＡの変調電
流を重畳することにより、ＴＥ／ＴＭモードの偏波変調
を行うことができる。ＴＭモードを偏光子１５０を介し
て分離して選択し、強度変調とした場合、変調時の発振
波長の動的変動は０．０ｌｎｍ以下であった。さらに、
電極１２１に注入する電流を変化させるとともに、電極
１２０へのバイアス電流を変化させることによりＴＭモ
ードの発振波長を変化させることも可能である。即ち、
波長チューニングができる。これらは、他の実施例につ
いても言える。

【０１０９】本実施例では、電極１２０のみに変調信号
を印加したが、これに限ったものではなく、例えば、電
極１２０、１２１に逆相の変調信号を印加してもよい。

【０１１０】さらに、回折格子１２４に例えばλ／４の
位相シフトを設けてもよい。加えて、本実施例では、回
折格子１２４をＴＭモードにのみ回折効果を有するよう
に設定したが、回折格子１２４をＴＥモードにのみ回折
効果を有する構造にして、ＦＰ発振するＴＭモードとＤ
ＦＢ発振するＴＥモードとをスイッチングすることも可
能である。この場合、端面の反射率がＴＭモードの方が
大きくなるように反射膜１２３を形成すれば、容易にＴ
ＭモードをＦＰ発振させることができる。ＴＭモードの
方が反射率が大きい状態にするには、（１）ＴＥモード
に対して無反射となるように材料や膜厚等を設定する、
（２）偏波に対して複屈折性を有する材料を用いる、等
の方法がある。

【０１１１】第８の実施例第７の実施例では、活性層としてバルク構造のものを用
いたが、これに限ったものではない。第８の実施例とし
て、活性層に多重量子井戸構造を用いた場合を説明す
る。構成は、図９、図１０の活性層１１３を、例えばＩ
ｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸
に置き換えたものであり、図は省略する。

【０１１２】多重量子井戸活性層を用いた半導体レーザ
は、バルク活性層を用いたものに比べ利得が大きいため
注入電流が少なくて済むという利点がある。反面、利得
の偏波依存性が強く、通常、ＴＥモードに対する利得の
方が大きい。したがって、偏波変調レーザとして用いる
場合には、ＴＭモードの利得を補う必要があるが、それ
には以下の方法が有効である。

【０１１３】（１）活性層１１３が引っ張り歪みを持つ
多重量子井戸で構成され、ヘビーホールの基底準位と電
子の基底準位間の遷移エネルギーよりもライトホールの
基底準位と電子の基底準位の遷移エネルギーを低く設計
する。或は、両者を等しくする。

【０１１４】（２）回折格子１２４のＴＭモードに対す
るブラッグ波長が、ライトホールの基底準位と電子の基
底準位間の遷移エネルギーに対応する波長と等しくなる
ように、回折格子１２４の周期を設定する。

【０１１５】図１３は本実施例において、２つの電極１
２０、１２１より電流を注入してしきい値近傍まで励起
した時の、利得スペクトル（Γ・ｇ：（１）式の左辺に
相当）と損失スペクトル（（１）式の右辺に相当）との
関係をＴＥモードとＴＭモードに対して別々に示したも
のである。ＴＥモードでは、図１３（ａ）に示すように
発振可能な複数の縦モードが常に存在し、ＴＭモードで
は、図１３（ｂ）に示すように回折格子１２４のブラッ
グ波長に起因した単一縦モードが常に存在する。

【０１１６】本素子の動作は第７の実施例で述べた通り
である。本実施例では、第７の実施例に比べ、ＴＥモー
ド、ＴＭモードそれぞれについて利得プロファイルを最
適化できる、駆動電流が少なくて済むといった利点があ
る。

【０１１７】また、回折格子１２４をＴＥモードにのみ
回折効果を有する構造にして、ＦＰ発振するＴＭモード
とＤＦＢ発振するＴＥモードとをスイッチングすること
も可能である。この場合、多重量子井戸構造の活性層１
１３のヘビーホールの基底準位と電子の基底準位との間
のエネルギーバンドギャップに対応する波長の近傍にＴ
Ｅモードのブラッグ波長がくるように回折格子１２４の
周期を設定し、ＴＥモードが容易にＤＦＢ発振するよう
にしておく。さらに、端面の反射率がＴＭモードの方が
大きくなるように反射膜１２３を形成すれば、容易にＴ
ＭモードをＦＰ発振させることができる。ＴＭモードの
方が反射率が大きい状態にするには、上述したように、
（１）ＴＥモードに対して無反射となるように材料や膜
厚等を設定する、（２）偏波に対して複屈折性を有する
材料を用いる、等の方法が有効である。

【０１１８】第９の実施例本発明による第９の実施例を図１４を用いて説明する。
図１４は、本実施例の半導体レーザの共振方向の断面図
である。第７の実施例との違いは、本実施例は３電極構
成であり、中間の電極１６０からの電流注入による位相
調整を可能にした、いわゆる位相調整領域を設けたこと
である。位相調整領域を挟んだ両端部の層構成は第７の
実施例と同様であり、同一層には同じ番号をつけてあ
る。

【０１１９】位相調整領域に設けた電極１６０の下部に
は、多重量子井戸層１１４および回折格子１２４は存在
しない。本実施例においても、ＴＥモードに対して多重
量子井戸層１１４と導波層１１６の屈折率を等しくして
いるため、ＴＥモードに対しては、回折格子が存在しな
い状態と等価であり、回折格子１２４は、ＴＭモードに
のみ回折効果を有する。その結果、ＴＥモードに対して
は両端面を共振ミラーとするＦＰモードで、ＴＭモード
に対しては回折格子１２４を分布帰還器としたＤＦＢモ
ードで発振する。さらに、ＴＥモードのしきい値利得が
ＴＭモードのそれとほぼ等しくなるように、両端面には
所定の反射率を持つ反射膜１２３が形成されている。

【０１２０】本実施例では、電極１６０への注入電流を
制御して位相調整領域の実効屈折率を変化させることに
より位相整合条件を満たす波長を変化させる。その波長
に対する回折格子１２４の反射率も変化することにな
り、その結果、ＴＭモードのしきい値利得が変化する。
例えば、電極１２０、１２１に均一に電流を注入すれば
左右の回折格子１２４のブラッグ波長はほぼ一致した状
態となり、電極１６０の注入電流によって、回折格子１
２４のストップバンドの範囲で、発振可能な波長および
しきい値利得を制御することができる。一方、ＴＥモ―
ドについては、位相の変化によつて損失スペクトルが左
右にずれるが、しきい値利得としてはほとんど変化しな
い。したがって、電極１６０の注入電流を制御すること
により２つの偏波モードでのしきい値利得の大小関係を
逆転させ、偏波スイッチングを行うことができる。

【０１２１】また、電極１２０、１２１の注入電流を変
化させれば回折格子１２４のＴＭモードに対するブラッ
グ波長を変化させることができる。よって、ＴＭモード
の発振波長を電極１２０、１２１の注入電流によって制
御し、電極１６０に変調電流を印加して偏波のスイッチ
ングを行うことができる。

【０１２２】本実施例では、位相調整領域を挟んで両側
に回折格子を設けた例を示したが、片側のみに回折格子
を設けても同様の動作を行うことができる。さらに、位
相調整領域にも回折格子や多重量子井戸層が存在してい
たり、位相調整領域には活性層がなかったりしてもよ
く、位相を調整することが可能な構造であればよい。本
実施例においては、第７の実施例に比べ、変調電流の振
幅が小さい、波長可変が容易といった利点がある。

【０１２３】また、回折格子１２４をＴＥモードにのみ
回折効果を有する構造にして、ＦＰ発振するＴＭモード
とＤＦＢ発振するＴＥモードとをスイッチングすること
も可能である。この場合の動作原理等は上で述べた通り
である。

【０１２４】第１０の実施例本発明による第１０の実施例を説明する。図１５は、本
実施例のＤＦＢレーザの斜視断面図であり、図１６はそ
の共振方向の断面図である。層構成を以下に述べる。

【０１２５】２１０はｎ−ＩｎＰ基板、２１１はｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層、２１２は第１の領域に設けられた量子
井戸構造の屈折率調整層、２１３は第２の領域に設けら
れた量子井戸構造の活性層、２１４は第１の領域に設け
られたｐ−ＩｎＰおよびｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる多
重量子井戸層、２１５は第２の領域に設けられたｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰグレーティング層、２１６は多重量子井戸
層２１４のＴＥモードに対する屈折率と等しい屈折率を
有するｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、２１７はｐ−ＩｎＰ
クラッド層、２１８はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、
２１９は高抵抗ＩｎＰ埋め込み層、２２０、２２１はｐ
側の電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、２２２は
ｎ側の電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層である。多重量
子井戸層２１４およびグレーティング層２１５上には、
それぞれ第１の回折格子２２４および第２の回折格子２
２５が形成されており、第１の領域側の端面には反射防
止膜としてＳｉＯ_x膜２２３が形成されている（図１５
中には明示せず）。

【０１２６】屈折率調整層２１２は、井戸層ｉ−Ｉｎ
_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ（厚さ４ｎｍ）、バリア層ｉ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ（波長１．１５μｍ組成、厚さ１０ｎｍ）、Ｓ
ＣＨ層ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（波長１．１５μｍ組成、厚
さ２４ｎｍ）から成る量子井戸構造（井戸８層）で、バ
ンドギャップ波長１．４５μｍである。

【０１２７】活性層２１３は、井戸層ｉ−Ｉｎ_0.27Ｇａ
_0.73Ａｓ（厚さ１０ｎｍ）、バリア層ｉ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ（波長１．１５μｍ組成、厚さ１０ｎｍ）、ＳＣＨ層
ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（波長１．１５μｍ組成、厚さ２０
ｎｍ）から成る歪み量子井戸構造（井戸６層）であり、
バンドギャップ波長は１．５５μｍである。ここで、活
性層２１３には引っ張り歪みが導入されているため、ヘ
ビーホールの基底準位と電子の基底準位との間の遷移エ
ネルギーよりもライトホールの基底準位と電子の基底準
位との間の遷移エネルギーが低くなるか、両者がほぼ等
しくなっており、歪みを用いていないＤＦＢレーザに比
べ、ＴＭモードでの発振しきい値が低く、効率よく偏波
スイッチングができる構成になっている。

【０１２８】本実施例では、多重量子井戸層２１４は、
Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓを３ｎｍ、ＩｎＰを５ｎｍ、２５
周期積層した構成であり、ＴＥモードに対する屈折率が
３．２９８、ＴＭモードに対する屈折率が３．２８１で
ある。また、導波層２１６は、屈折率が３．２９８にな
るようにＩｎ_0.83Ｇａ_0.17Ａｓ_0.37Ｐ_0.63とする。この
様にＴＥモードに対して多重量子井戸層２１４と導波層
２１６の屈折率を等しくしているため、ＴＥモードに対
しては、回折格子が存在しない状態と等価であり、第１
の回折格子２２４は、ＴＭモードにのみ回折効果を有す
る。

【０１２９】一方、第２の領域中では、ＴＥモード、Ｔ
Ｍモードの両方においてグレーティング層２１５と導波
層２１６は互いに屈折率が異なるように設計されてお
り、第２の回折格子２２５はＴＥモ―ド、ＴＭモードの
両方に回折効果を有している。

【０１３０】第１の領域側の端面には反射防止膜２２３
が形成されているため、ＴＥモードに対しては、第２の
領域のみがＤＦＢ共振器として働き、ＴＭモードに対し
ては、第１、第２の領域の両方が共振器として働くこと
になる。

【０１３１】さらに、ＴＭモードにおいて、第１の領域
と第２の領域に所定の電流或は電圧を加えた場合に、第
１の領域と第２の領域で実効屈折率がほぼ等しくなるよ
うに導波路の幅が設計されている。そのため、第１の回
折格子２２４の周期を第２の回折格子２５の周期と等し
く設定すれば両者のＴＭモードに対するブラッグ波長を
等しくすることができる。したがって、例えば、干渉露
光法で回折格子２２４、２２５をパターニングするよう
な場合、１回の露光でよい。

【０１３２】このような素子の動作を、第１実施例の動
作説明で用いた図３を用いて説明する。第１の領域と第
２の領域に適当な電流或は電圧を加え、ＴＥモードで発
振している場合の、各領域でのブラッグ波長及び反射率
の関係を図３に示す。

【０１３３】第１の領域においては、ＴＭモードのブラ
ッグ波長λ^TM ₁近傍に高反射率域が存在し、第２の領域
においては、ＴＥモードではブラッグ波長λ^TE ₂近傍
に、ＴＭモードではブラッグ波長λ^TM ₂近傍に高反射率
域が存在する。

【０１３４】第１の領域に電圧を印加しない場合、ＴＭ
モードについては、 λ^TM ₁≠λ^TM ₂ であるため、第１の領域から第２の領域に戻るλ^TM ₂は
少なく、しきい値利得が大きい。したがって、λ^TE ₂近
傍で位相条件を満たして最低のしきい値利得となる波長
のＴＥモードで発振が得られている。

【０１３５】ここで、第１の領域の屈折率調整層２１２
に逆電圧を印加すると、この層２１２のバンドギャップ
が狭くなり屈折率が増加する。よって、第１の領域での
ＴＭモードのブラッグ波長は高波長側にシフトし、 λ^TM ₁’≒λ^TM ₂ となったところで反射損失が格段に小さくなり、ＴＥモ
ードとＴＭモードのしきい値利得の大小関係が逆転す
る。したがって、λ^TM ₂近傍で位相条件を満たして最低
のしきい値利得となる波長のＴＭモードで発振する。Ｔ
ＥモードからＴＭモードヘ遷移する際の屈折率調整層２
１２に印加する電圧変化量は約３Ｖであった。従って、
第１の領域に、振幅５Ｖの変調電圧を重畳することによ
り、ＴＥ／ＴＭモードの偏波変調を行なうことができ
る。

【０１３６】上述したように、一方の偏波モードを偏光
子を介して分離して選択すれば、強度変調光通信用の光
源として用いることができる。この場合、活性層２１３
へのキャリア注入量は変化させていないのでチャーピン
グは小さく、０．０ｌｎｍ以下であった。

【０１３７】本素子では、第２の領域の電流注入量を変
化させることで発振波長を変化させることもできる。こ
のとき、偏波スイッチングを行うには、第２の領域の電
流に応じて第１の領域のバイアス電圧を設定すればよ
い。

【０１３８】また、本実施例では、第１の領域のみに変
調信号を印加したが、これに限ったものではなく、例え
ば、第２の領域に注入電流量を制御する、或はその両方
を用いることも可能である。

【０１３９】また、本実施例では、活性層２１３として
引っ張り歪み多重量子井戸を用いたが、これに限ったも
のではなく、波長１．５５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ単
層や、歪みのない多重量子井戸で、ＴＭモードのブラッ
グ波長がライトホールの基底準位と電子の基底準位との
間の遷移エネルギーと等しくなるように回折格子２２
４、２２５の周期を設定したものでもよい。また、屈折
率調整層２１２として、波長１．４５μｍ組成のＩｎＧ
ａＡｓＰ単層を用いてもよい。

【０１４０】また、本実施例では、導波路の幅を第１の
領域と第２の領域で変化させて２つの領域でのＴＭモー
ドに対する実効屈折率を等しくした例を示したが、導波
路の幅を各領域で等しくして、各領域での実効屈折率の
差を補うように第１の回折格子２２４と第２の回折格子
２２５の周期を異ならせることによって各領域でのＴＭ
モードに対するブラッグ波長を等しくしてもよい。この
場合、回折格子作成の工程は増えるが、導波路の幅は２
つの領域で等しいので、境界部における結合損失が低下
できるという利点がある。

【０１４１】さらに、両端面に反射防止膜を施してもよ
い。

【０１４２】加えて、本実施例では、第１の回折格子２
２４をＴＭモードにのみ回折効果を有するように設定し
たが、第１の回折格子２２４をＴＥモードにのみ回折効
果を有する構造にしてもよい。この場合、第１の領域の
電圧量を変化させてＴＥモードのみ反射率を制御して、
第２の領域を共振器とするＴＭモードと、第１、第２の
領域の両方を共振器とするＴＥモードとをスイッチング
させればよい。動作等は上に述べたものと本質的に同じ
である。

【０１４３】また、多少構造が複雑になるが、第１の領
域にも活性層を設けて、この活性層と屈折率調整層２１
２に独立に電流注入及び電圧印加ができるように構成し
てもよい。

【０１４４】第１１の実施例第１０の実施例と同様の構成で、屈折率調整層２１２に
電流注入を行うことで発振偏波モードを切り替えること
も可能である。図は省略する。

【０１４５】これは、屈折率調整層２１２へのキャリア
量を制御することにより屈折率を調整し、第１と第２の
領域のブラッグ波長が一致した状態と、一致しない状態
を切り替えるものである。キャリアが増加すると屈折率
は減少するので、例えば、設計誤差等によって、λ^TM ₁
＞λ^TM ₂となり、電圧印加ではブラッグ波長を一致させ
ることができない場合でも、電流注入によってブラッグ
波長を一致させることができる。

【０１４６】屈折率調整層２１２は、多重量子井戸に限
ったものではなく、波長１．４５μｍ組成のＩｎＧａＡ
ｓＰ単層を用いてもよい。

【０１４７】第１２の実施例本発明による第１２の実施例を図１７を用いて説明す
る。図１７は、本実施例のＤＦＢレーザの共振方向の断
面図である。

【０１４８】層構成は、第１０の実施例とほぼ同様であ
り、同じ層には同一の番号をつけてある。第１０の実施
例との違いは、第２の領域におけるグレーティング層２
５５が、第１の領域の多重量子井戸層２１４でのＴＭモ
ードに対する屈折率に等しい屈折率を持つ半導体層で構
成されていることである。

【０１４９】第１０の実施例と同様、ＴＭモードに対し
て、第１の回折格子２２４と第２の回折格子２５６のブ
ラッグ波長をほぼ等しくする必要がある。本実施例で
は、ＴＭモードに対する多重量子井戸層２１４とグレー
ティング層２５５の屈折率が互いに等しいため、導波路
の幅を２つの領域で等しくし、第１の回折格子２２４と
第２の回折格子２５６の周期を等しくすることにより、
各領域でのＴＭモードに対するブラッグ波長を等しくし
ている。

【０１５０】本素子の動作は第１０の実施例で述べた通
りである。本実施例では、第１の回折格子２２４と第２
の回折格子２５６の周期が等しいので回折格子の作成が
容易であり、かつ、第１０の実施例に比べ、導波路の幅
が２つの領域で等しいので、境界部での結合損失が小さ
いという利点がある。

【０１５１】第１３の実施例本発明による第１３の実施例を図１８を用いて説明す
る。図１８は、本実施例のＤＦＢレーザの断面図であ
る。

【０１５２】層構成は、第１０の実施例と同様であり、
同一の番号をつけてある。第１０の実施例との違いは、
第２の領域中の第２の回折格子２２５にλ／４位相シフ
ト２６１が設けられていることである。

【０１５３】本素子の動作は第１０の実施例で述べた通
りである。第１０の実施例においては、ＴＥ、ＴＭ各モ
ードで、ストップバンドの長波長側或は短波長側のどち
らかしきい値利得が小さい方で発振するが、本実施例で
は、λ／４シフト２６１を導入したことによりストップ
バンド内のブラッグ波長におけるしきい値電流が最低に
なるため、発振波長の安定性が向上するという利点があ
る。更に、しきい値電流も第１０の実施例に比べ低下さ
せることができる。

【０１５４】第１４の実施例本発明による第１４の実施例を図１９を用いて説明す
る。図１９は、本実施例のＤＦＢレーザの共振方向の断
面図である。

【０１５５】第１、第２の領域の層構成は第１０の実施
例と同様であり、同一の番号をつけてある。本実施例で
は、以下に説明する第３の領域を設けている。

【０１５６】図１９において、２１０はｎ−ＩｎＰ基
板、２１１はｎ−ＩｎＰバッファ層、２８２は層２１２
と同一の構成の屈折率調整層、２８４は層２１４と同一
の構成の多重量子井戸層、２８６は多重量子井戸層２８
４のＴＭモードに対する屈折率と等しい屈折率を有する
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、２１７はｐ−ＩｎＰクラッ
ド層、２１８はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、２９０
は第３の領域のｐ側の電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／
Ａｕ層、２２２はｎ側の電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
層である。多重量子井戸層２８４上には、第３の回折格
子２９４が形成されている。図１９中には示されていな
いが、横方向側には高抵抗ＩｎＰ埋め込み層が設けられ
ている。また、素子の両端面には反射防止膜としてＳｉ
Ｏ_x膜２２３が形成されている。

【０１５７】第３の回折格子２９４は、ＴＥモードに対
して、第２の回折格子２２５と等しいブラッグ波長を持
つよう設計されている。ブラッグ波長を等しくするに
は、第２の領域と第３の領域での実効屈折率差を補うた
めに第２の回折格子２２５と第３の回折格子２９４の周
期を異なるものにする、もしくは、第２の領域と第３の
領域で実効屈折率が等しくなるように第３の領域の導波
路の幅を調整し、第２の回折格子２２５と等しい周期を
持つ第３の回折格子２９４を形成する等の方法がある。

【０１５８】第３の領域中では、ＴＭモードに対して
は、第３の回折格子２９４の上下の層２８４、２８６の
屈折率が等しいために回折格子が存在しない状態と等価
であり、その結果、第３の回折格子２９４は、ＴＥモー
ドにのみ回折効果を有する回折格子となる。

【０１５９】両端面には反射防止膜２２３が形成されて
いるため、ＴＭモードに対しては、第１、第２の領域が
共振器として働き、ＴＥモードに対しては、第２、第３
の領域が共振器として働くことになる。

【０１６０】本実施例では、第１の領域に注入する電流
或は印加する逆電圧を調整することによりＴＭモードの
しきい値利得を制御し、第３の領域に注入する電流或は
印加する逆電圧を調整することによりＴＥモードのしき
い値利得を調整することができる。すなわち、２つの偏
波モードのしきい値利得を独立に制御することが可能と
なるので、安定な偏波スイッチングを実現することがで
きる。

【０１６１】以上説明した複数の実施例においては、導
波路の埋め込み層は高抵抗ＩｎＰに限ったものではなく
ｐｎ接合の逆方向バイアスを利用したものであってもよ
い。また、埋め込み構造に限ったものではなく、横方向
の光閉じ込めを可能としている構造であればよい。更
に、反射防止膜としては、ＳｉＯ_xだけでなく、ＺｒＯ_x
や誘電体多層膜などを用いてもよい。

【０１６２】加えて、以上説明した複数の実施例におい
て、２つの偏波モードの一方（若しくは他方）に対して
回折格子の上下の層の屈折率が等しい場合を示したが、
完全に一致させる必要はなく、その屈折率の差によって
生じる回折格子がレーザ発振に寄与しない程度に小さけ
れば多少屈折率に差があってもよい。

【０１６３】第１５の実施例本発明による半導体レーザを光通信システムに応用した
例を示す。図２０は、光−電気変換部（ノード）の一部
として本発明による半導体レーザを用い、そのノードを
用いて構成した光ネットワークである。

【０１６４】光伝送路９０１からの光信号がノード１に
取り込まれ、分岐部９０２によりその一部が波長可変フ
ィルタを備えた受信装置９０３に入射する。波長可変フ
ィルタとして、ファイバファブリペロフィルタ、マッハ
ツェンダフィルタ、干渉膜フィルタ等が適当である。こ
の受信装置９０３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、ノードから信号を送信
する場合には、第１〜第１４の実施例までの何れかの半
導体レーザ９０４を、端末からの信号に応じて偏波変調
し、偏光子９０５でＤＦＢ或はＤＢＲ発振している側の
偏波モードを選択して強度変調に変換し、この光信号を
合流部９０７を介して光伝送路９０１に入射する。この
とき、レーザへの戻り光の影響を除去するためにアイソ
レータ９０６を挿入してもよい。ノード２、３も同様の
構成である。

【０１６５】本発明による半導体レーザを用いた場合、
変調時の波長変動が０．０１ｎｍ以下であるので、例え
ば、波長可変幅を２ｎｍとすると、１００チャネル以上
の高密度波長多重光ネットワークを構築できる。

【０１６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
請求項の発明に対応して次のような効果がある。

【０１６７】１）、２）によれば、２つの偏波モードの
一方のみの反射率を制御することにより、偏波モードの
複雑な振る舞いを抑制して安定に偏波スイッチング可能
である半導体レーザ装置を提供できる。３）によれば、
２つの偏波モードの一方のみの反射率を制御することに
より、偏波モードの複雑な振る舞いを抑制して安定に偏
波スイッチング可能であり、かつ波長可変の半導体レー
ザ装置を提供できる。４）によれば、２つの偏波モード
の一方のみの反射率を制御することにより、偏波モード
の複雑な振る舞いを抑制して安定に偏波スイッチング可
能であり、かつ波長可変の半導体レーザ装置を提供でき
る。５）によれば、２つの偏波モードの一方はＤＦＢ発
振、他方はファブリペロ（ＦＰ）発振させることによ
り、安定な偏波変調が可能な半導体レーザ装置を提供で
きる。６）、７）によれば、一方の偏波モードの反射率
を効果的に制御できる回折格子の構造を提供できる。
８）、９）によれば、効果的に偏波モードのしきい値利
得の制御を行うことができるレーザ構造を提供できる。
１０）によれば、２つの偏波モードのしきい値利得を近
接させることにより偏波スイッチングを容易にした半導
体レーザ装置を提供できる。１１）、１２）、１３）、
１４）によれば、偏波スイッチングを効果的に行うため
の活性層の構造を提供できる。１５）によれば、電流注
入によって２つの偏波モードの反射率をそれぞれ独立に
制御することにより３）のような半導体レーザ装置を提
供できる。１６）によれ、電流注入或は電圧印加によっ
て２つの偏波モードの反射率をそれぞれ独立に制御する
ことにより４）のような半導体レーザを提供できる。１
７）によれば、より微小な変調電流での偏波スイッチン
グを可能にするとともに、波長可変が容易なレ―ザ構造
を提供することができる。１８）によれば、単一縦モー
ド性を向上させるとともにしきい値利得を低下させた半
導体レーザ装置を提供できる。また、効果的に一方の偏
波モ―ドをＤＦＢ発振させることができる５）のような
レーザ構造を提供することができる。１９）によれば、
一方の偏波モードのみしきい値利得を低下させた３）の
ような半導体レーザを提供できる。２０）によれば、２
つの偏波モードで共振器の異なる半導体レーザ装置を提
供できる。また、偏波変調を効果的に行なうための端面
の構造を提供できる。２１）によれば、２つの偏波モー
ドのしきい値利得を近接させることにより偏波スイッチ
ングを容易にした半導体レーザを提供することができ
る。２２）によれば、第１の領域の実効屈折率を容易に
変化しうる構造を提供できる。２３）によれば、強度変
調光通信用の光源に適した、変調時のチャーピングの少
ない光源装置を提供できる。２４）、２５）、２６）に
よれば、上記半導体レーザ装置の有効な駆動方法を提供
できる。２７）、２８）によれば、高密度の波長多重光
ネットワーク等を安定的に比較的簡単に構築できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による半導体レーザの第１の実施
例を示す一部を切り欠いた斜視断面図である。

【図２】図２は本発明による半導体レーザの第１の実施
例を示す共振方向断面図である。

【図３】図３はＴＥ、ＴＭモードに対する各領域でのブ
ラッグ波長及び反射率の関係を表す図である。

【図４】図４は本発明による半導体レーザの第２の実施
例を示す共振方向断面図である。

【図５】図５は本発明による半導体レーザの第３の実施
例を示す共振方向断面図である。

【図６】図６は本発明による半導体レーザの第４の実施
例を示す共振方向断面図である。

【図７】図７は本発明による半導体レーザの第５の実施
例を示す共振方向断面図である。

【図８】図８は本発明による半導体レーザの第６の実施
例を示す共振方向断面図である。

【図９】図９は本発明による半導体レーザの第７の実施
例を示す一部を切り欠いた斜視断面図である。

【図１０】図１０は本発明による半導体レーザの第７の
実施例を示す共振方向断面図である。

【図１１】図１１は第７の実施例におけるＴＥ、ＴＭモ
ードに対する利得と損失の関係を表す図である。

【図１２】図１２は本発明による半導体レーザの第７の
実施例の電流−光出力特性を示す図である。

【図１３】図１３は本発明による半導体レーザの第８の
実施例におけるＴＥ、ＴＭモードに対する利得と損失の
関係を表す図である。

【図１４】図１４は本発明による半導体レーザの第９の
実施例を示す共振方向断面図である。

【図１５】図１５は本発明による半導体レーザの第１０
の実施例を示す一部を切り欠いた斜視断面図である。

【図１６】図１６は本発明による半導体レーザの第１０
の実施例を示す共振方向断面図である。

【図１７】図１７は本発明による半導体レーザの第１２
の実施例を示す共振方向断面図である。

【図１８】図１８は本発明による半導体レーザの第１３
の実施例を示す共振方向断面図である。

【図１９】図１９は本発明による半導体レーザの第１４
の実施例を示す共振方向断面図である。

【図２０】図２０は本発明による半導体レーザを用いた
光ネットワークの例を示す図である。

【符号の説明】

１１，１１１，２１０基板１２，１１２，２１１バッファ層１３，１１３，２１３活性層１４，８４，１１４，２１４，，２８４多重量子井
戸層１５，４４，５４，２１５，２５５グレーティング
層１６，８６，１１６，２１６，２８６導波層１７，１１７，２１７クラッド層１８，１１８，２１８コンタクト層１９，１１９，２１９埋め込み層２０，２１，２２，８５，１２０，１２１，１２２，１
６０，２２０，２２１，２２２，２９０電極２３，１２３，２２３反射防止膜２４，２５，４５，５５，８７，１２４２２４，２２
５，２５６，２９４回折格子６１，７１，２６１位相シフト１５０，９０５偏光子２１２，２８２屈折率調整層９０１光伝送路９０２分岐部９０３受信装置９０４半導体レーザ９０６アイソレータ９０７合流部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏波面の直交する２つの偏波モードでの発
振を可能にする半導体レーザにおいて、電流注入可能な
活性層と、２つの偏波モードの一方である第１の偏波モ
ードに対する回折作用が第１の偏波モードのレーザ発振
に寄与しない程度に小さく、他方である第２の偏波モー
ドに対する回折作用が第２の偏波モードのレーザ発振に
寄与する程度に大きい回折格子を有していることを特徴
とする半導体レーザ装置。
【請求項２】２つの偏波モードの一方に対しては分布帰
還型共振器、分布反射型共振器またはファブリペロ共振
器となり、２つの偏波モードの他方に対しては分布帰還
型共振器または分布反射型共振器となるように構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装
置。
【請求項３】共振方向に少なくとも２つ以上の、互いに
独立に電流注入可能な活性層を有する領域が存在し、第
１の領域中には、２つの偏波モードの一方である第１の
偏波モードに対する分布帰還作用が第１の偏波モードの
レーザ発振に寄与しない程度に小さく、他方である第２
の偏波モードに対する分布帰還作用が第２の偏波モード
のレーザ発振に寄与する程度に大きいような第１の回折
格子を有し、第２の領域中には、２つの偏波モードの両
方に対してレーザ発振に寄与する分布帰還作用があるよ
うな第２の回折格子を有しており、各領域の一部もしく
は全部がレーザの共振器を構成し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。
【請求項４】共振方向に少なくとも２つ以上の領域を有
し、第１の領域は、屈折率調整層、および、２つの偏波
モードの一方である第１の偏波モードに対する分布反射
作用が第１の偏波モードのレーザ発振に寄与しない程度
に小さく、他方である第２の偏波モードに対する分布反
射作用が第２の偏波モードのレーザ発振に寄与する程度
に大きいような第１の回折格子を有し、該屈折率調整層
に電流注入或は電圧印加が可能で、かつ端面での反射が
抑圧されているような構成であり、第２の領域は、活性
層、および、２つの偏波モードの両方に対してレーザ発
振に寄与する分布帰還作用を持つ第２の回折格子を有
し、前記屈折率調整層への電流注入或は電圧印加とは独
立に該活性層への電流注入が可能な構成であることを特
徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】共振方向に複数の電極を有し、２つの偏波
モードの一方である第１の偏波モードに対する分布帰還
作用が第１の偏波モードのレーザ発振に寄与しない程度
に小さく、他方である第２の偏波モードに対する分布帰
還作用が第２の偏波モードのレーザ発振に寄与する程度
に大きいような第１の回折格子を有し、第１の偏波モー
ドに対してはファブリペロ共振器、第２の偏波モードに
対しては分布帰還型共振器となる構成であり、電極に注
入する電流を制御することにより発振モードを該２つの
偏波モード間でスイッチングでき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。
【請求項６】前記第１の回折格子は、異なる半導体層の
界面に形成された凹凸構造からなり、該異なる半導体層
の屈折率が、第１の偏波モードに対しては実質的に等し
く、第２の偏波モードに対しては異なる様な構成であ
り、第２の偏波モードに対してのみ実質的な回折効果を
生じさせることを特徴とする請求項３、４または５記載
の半導体レーザ装置。
【請求項７】前記異なる半導体層の一方は、２つの偏波
モードに対して屈折率が互いに異なる多重量子井戸層か
ら成ることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ装
置。
【請求項８】前記複数の領域に所定の電流を注入或は電
圧を印加した場合において、第２の偏波モードに対し
て、第１の領域中の第１の回折格子のブラッグ波長と第
２の領域中の第２の回折格子のブラッグ波長がほぼ等し
くなるよう、各々の回折格子の周期、各領域を構成する
半導体層の組成、膜厚、導波路幅が設計されていること
を特徴とする請求項３、４、６または７記載の半導体レ
ーザ装置。
【請求項９】第２の偏波モードに対して、第１の領域と
第２の領域とで実効屈折率がほぼ等しくなるように各領
域を構成する半導体層の組成、膜厚、導波路幅が設計さ
れていることを特徴とする請求項３、４、６、７または
８記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】発振可能な２つの偏波モードのうち、利
得の小さい方の偏波モードが第２の偏波モードに対応す
ることを特徴とする請求項３、６、７、８または９記載
の半導体レーザ装置。
【請求項１１】発振可能な２つの偏波モードがＴＥモー
ドおよびＴＭモードであり、少なくとも第２の領域の活
性層が多重量子井戸で構成され、ライトホールの基底準
位と電子の基底準位との間のエネルギーバンドギャップ
に対応する波長の近傍にＴＭモードのブラッグ波長がく
るように第２の領域中の第２の回折格子の周期を設定し
ていることを特徴とする請求項３、４、６、７、８、９
または１０記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】発振可能な２つの偏波モードがＴＥモー
ドおよびＴＭモードであり、活性層が多重量子井戸で構
成され、ライトホールまたはヘビーホールの基底準位と
電子の基底準位との間のエネルギーバンドギャップに対
応する波長の近傍にＴＭモードまたはＴＥモードのブラ
ッグ波長がくるように回折格子の周期を設定しているこ
とを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】少なくとも第２の領域の活性層が引っ張
り歪が導入された多重量子井戸で構成され、ヘビーホー
ルの基底準位とライトホールの基底準位が等しいか、も
しくは後者の方が電子の基底準位に近いことを特徴とす
る請求項３、４、６、７、８、９または１０記載の半導
体レーザ装置。
【請求項１４】活性層が引っ張り歪が導入された多重量
子井戸で構成され、ヘビーホールの基底準位とライトホ
ールの基底準位が等しいか、もしくは後者の方が電子の
基底準位に近いことを特徴とする請求項５記載の半導体
レーザ装置。
【請求項１５】第１、第２の領域と連続して第３の領域
が存在し、第３の領域中には、第２の偏波モードに対す
る分布帰還作用が第２の偏波モードのレーザ発振に寄与
しない程度に小さく、第１の偏波モードに対する分布帰
還作用が第１の偏波モードのレーザ発振に寄与する程度
に大きいような第３の回折格子を有し、該第３の回折格
子は、異なる半導体層の界面に形成された凹凸構造から
なり、該異なる半導体層の屈折率が、第２の偏波モ―ド
に対しては実質的に等しく、第１の偏波モードに対して
は異なるような構成であり、該異なる半導体層の一方
は、２つの偏波モードに対して屈折率が互いに異なる多
重量子井戸層から成ることを特徴とする請求項３記載の
半導体レーザ装置。
【請求項１６】第１、第２の領域と連続して第３の領域
が存在し、第３の領域は、屈折率調整層および第３の回
折格子を有し、該屈折率調整層に電流注入或は電圧印加
が可能で、かつ端面での反射が抑圧されているような構
成であり、該第３の回折格子は、異なる半導体層の界面
に形成された凹凸構造からなり、該異なる半導体層の屈
折率が第２の偏波モ―ドに対しては実質的に等しく、第
１の偏波モードに対しては屈折率が異なるような構成で
あり、該異なる半導体層の一方は、２つの偏波モードに
対して屈折率が互いに異なる多重量子井戸層から成るこ
とを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】更に位相調整領域を含むことを特徴とす
る請求項５記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】前記回折格子の一部に位相シフトが設け
られていることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか
に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１９】第１の領域と第２の領域の境部分に位相
シフトが設けられていることを特徴とする請求項３記載
の半導体レーザ装置。
【請求項２０】両端面の一方もしくは両方に無反射コー
ティングが施されていることを特徴とする請求項３、
４、６、７、８、９、１０、１１、１３、１５、１６、
１８または１９記載の半導体レーザ装置。
【請求項２１】第１の偏波モードのしきい値利得が第２
の偏波モードのそれとほぼ等しくなるように、両端面の
一方もしくは両方に所定の反射率を有する反射膜が形成
されていることを特徴とする請求項５、１２、１４また
は１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項２２】前記屈折率調整層が多重量子井戸層から
成ることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装
置。
【請求項２３】請求項１乃至２２の何れかに記載の半導
体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出力光のど
ちらか一方の偏波モードのみを選択して取り出す偏光選
択手段とを有することを特徴とする光源装置。
【請求項２４】請求項３記載の半導体レーザ装置の駆動
方法であって、複数の領域に注入する電流を制御するこ
とによって、両領域における第２の偏波モードに対する
ブラッグ波長を異ならせて第１の偏波モードで発振する
状態と両領域における第２の偏波モードに対するブラッ
グ波長を一致させて第２の偏波モードで発振する状態と
の間をスイッチングすることを特徴とする半導体レーザ
装置の駆動法。
【請求項２５】請求項４記載の半導体レーザ装置の駆動
方法であって、２つの領域への注入電流或は印加電圧を
制御することにより、両領域における第２の偏波モード
に対するブラッグ波長を異ならせて第１の偏波モードで
発振する状態と両領域における第２の偏波モードに対す
るブラッグ波長を一致させて第２の偏波モードで発振す
る状態との間をスイッチングすることを特徴とする半導
体レーザ装置の駆動法。
【請求項２６】請求項５記載の半導体レーザ装置の駆動
方法であって、複数の電極に注入する電流を制御するこ
とにより、第１の偏波モードがファブリペロ共振で発振
する状態と第２の偏波モードが分布帰還共振で発振する
状態との間をスイッチングすることを特徴とする半導体
レーザ装置の駆動法。
【請求項２７】請求項２３記載の光源装置を備えた光送
信機、前記偏光選択手段によって取り出された光を伝送
する伝送手段、及び、前記伝送手段によって伝送された
光を受信する光受信機から成ることを特徴とする光通信
システム。
【請求項２８】請求項２３記載の光源装置を用い、所定
のバイアス電流或は電圧に送信信号に応じて変調された
電流或は電圧を重畳して前記半導体レーザ装置に供給す
ることによって、前記偏光選択手段から送信信号に応じ
て強度変調された信号光を取り出し、この信号光を光受
信機に向けて送信することを特徴とする光通信方法。