JPH09331113A - 偏波変調可能な半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安定な偏波変調が可能でかつ波長チューニング
に適した半導体レーザ装置である。 【解決手段】２つの偏波モードでの発振が可能な半導体
レーザは、活性層１２へ電流注入できる利得領域と、利
得領域からの光を２つに分ける光分波領域と、光分波領
域に接続された２つの反射器からなる選択反射領域を含
む。１つの反射器は一方の偏波モードを反射する回折格
子２７を有し、他方の反射器は他方の偏波モードを反射
する回折格子２８を有する。２つの反射器は屈折率調整
層１５を有し、屈折率調整層１５に、互いに独立に電流
注入或は電圧印加できる。選択反射領域の制御によっ
て、利得プロファイルを変化させずに、２つの偏波モー
ドのブラッグ波長を独立に制御でき、安定な偏波変調が
可能である。

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半導体レーザ
装置、そ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Ｆ
ＤＭ）伝送の開発が行なわれている。この光ＦＤＭ伝送
において、伝送容量をなるべく多くするためには、多重
チャネル間の波長間隔を小さくすることが重要である。
そのためには、受信側の波長可変フィルタの透過帯域幅
を小さく、送信側の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を小さくすることが望ましい。
しかし、現状の光通信に用いられている送信側の光源の
直接強度変調方式では、高速変調時に動的波長変動が起
きて光源のスペクトル線幅が０．３ｎｍ程度まで広がっ
てしまい、この直接強度変調方式は光ＦＤＭ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光源
の変調方式として、偏波スイッチング可能な分布帰還型
（ＤＦＢ）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５−３１０５９
２号参照）。

【０００４】このＤＦＢ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構造を導入し
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。これらの複数の電極を介して電流を注入す
ることにより、位相および回折格子の損失（反射率）が
変化するが、ＴＥモードとＴＭモードでは導波路の実効
屈折率が異なるため、偏波モード間で実効屈折率の変化
の仕方が異なる。この様な条件下で、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。すなわち、少なくとも１つの電極へ
の注入電流を変化させることにより、偏波モード間のし
きい値利得の大小関係が逆転して発振する偏波モードの
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
ードの両方について、位相および反射率が変化するだけ
でなく、利得プロファイルも変化してしまうため、発振
の振る舞いが複雑でレーザを安定に動作させることが困
難であった。

【０００６】このような課題に鑑み、本発明の目的を各
請求項に対応して以下に述べる。１）の目的は、安定な
偏波変調が可能でかつ波長チューニングに適した半導体
レーザ装置を提供することにある。２）、３）の目的
は、１）の目的に加え、どちらか一方の偏波モードに対
してのみ反射作用を与え得る回折格子の構造を提供する
ことにある。４）の目的は、屈折率調整層に工夫をして
反射率を容易に制御し得る構造を提供することにある。
５）、６）、７）の目的は、１）の目的に加え、光分波
領域に工夫をして損失を低減してしきい値利得を低下さ
せることにある。８）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。
９）の目的は、偏波変調を効果的に行うための端面の構
造を提供することにある。１０）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半導体レー
ザ光源装置を提供することにある。１１）の目的は、上
記の半導体レーザ装置を安定に偏波変調させる駆動方法
を提供することにある。１２）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半導体レーザ
装置を用いた光伝送システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、２
つの偏波モードの利得プロファイルを変えることなく、
２つの偏波モードのブラッグ波長をそれぞれ独立に変化
させることが可能な構成を持つ半導体レーザ装置を実現
し、これを用いて発振する偏波モードの制御を行うもの
である。

【０００８】図１（ａ）の上面図（概念図）に沿って、
本発明による半導体レーザ装置の動作原理を具体例を用
いて簡単に説明する。

【０００９】本発明による半導体レーザ装置では、光分
波領域を介して、２つの反射器を有する選択反射領域と
利得領域が並べられており、例えば、Ｙ字状の導波路を
形成している。

【００１０】第１の反射器では、導波路を構成する層の
一部として、例えば、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ＴＭ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。ＴＭ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、ＴＥモードにのみ回折効果を有する回
折格子となる。

【００１１】他方、第２の反射器では、導波路を構成す
る層の一部として、例えば、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２の回折格子が形成されている。その結果、第
２の回折格子は、ＴＭモードにのみ回折効果を有する回
折格子となる。さらに、選択反射領域側の端面には無反
射コーティングが施されているのが好適である。

【００１２】以上より、ＴＥモードに対しては、利得領
域側の端面と第１の反射器とで共振器を構成し、ＴＭモ
ードに対しては、利得領域側の端面と第２の反射器とで
共振器を構成している。

【００１３】更に、２つの反射器の双方に屈折率調整層
が設けられており、この層に電流注入あるいは電圧印加
を行うことにより屈折率を調整することができる。よっ
て、第１、第２の反射器のどちらか一方あるいは両方の
電流注入あるいは電圧印加を制御することにより、２つ
の偏波モードについて独立にブラッグ波長を制御するこ
とができ、その結果、２つの偏波モードに対するしきい
値電流の大小関係を逆転させて偏波スイッチングを行う
ことが可能となる。

【００１４】各請求項に対応した上記目的を達成するた
めの手段、作用をまとめると以下のようになる。

【００１５】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、活性
層を含み、該活性層への電流注入機能を有する利得領域
と、利得領域に接続され、利得領域からの光を２つに分
ける光分波領域と、光分波領域からの２つの出力端のそ
れぞれに接続された２つの反射器からなる選択反射領域
を含み、第１の反射器は第１の偏波モードを支配的に反
射する第１の回折格子を有し、第２の反射器は第２の偏
波モードを支配的に反射する第２の回折格子を有してお
り、さらに、２つの反射器の双方が屈折率調整層を含ん
でおり、該屈折率調整層に、互いに独立に電流注入ある
いは電圧印加が可能な構成である。作用：活性層を含む
利得領域への注入電流を制御することなく（すなわち利
得プロファイルを変化させることなく）、選択反射領域
への電流注入あるいは電圧印加によって２つの偏波モー
ドのブラッグ波長を独立に制御することにより安定な偏
波変調が可能となる。さらに発振波長のシフト即ち波長
チューニングも容易である。

【００１６】２）、３）手段：第１、第２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
る。第１の回折格子においては、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異なるような構成であり、
第２の回折格子においては、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る。より
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の反射器では、第２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１の偏波モードにのみ回折効果を有する回折
格子となる。第２の回折格子は、それとは逆に、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。

【００１７】４）手段：屈折率調整層が多重量子井戸で
ある。作用：第１および第２の反射器に逆電圧を印加さ
せて屈折率を変化させることにより、容易に、２つの偏
波モードのブラッグ波長を制御することができる。

【００１８】５）手段：光分波領域が偏波分離機能を有
する。作用：分離した偏波モードと２つの反射器の偏波
依存性を一致させることにより、反射器を素通りする光
をなくすことが可能となる。

【００１９】６）手段：光分波領域は、Ｙ字状の導波路
で構成され、多重量子井戸層を含んでおり、該Ｙ字状導
波路の分岐部のどちらか一方では該多重量子井戸層が混
晶化されている。作用：容易な構成で５）の作用を実現
できる。

【００２０】７）手段：光分波領域は、近接した２つの
導波路で構成され、第３の回折格子が形成されており、
どちらか一方の偏波モードが該２つの導波路間で同方向
結合している。作用：６）と同様である。

【００２１】８）手段：利得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。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。

【００２２】９）手段：選択反射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
で共振器が異なり、偏波変調を効果的に行なえる。

【００２３】１０）手段：上記の半導体レーザ装置と、
該半導体レーザ装置の利得領域の出力側に配置されて第
１または第２の偏波モードのみを選択して取り出す偏光
子等の偏光選択手段とを備える。作用：２つの反射器へ
の注入電流あるいは印加電圧を制御することにより、第
１の偏波モードで発振する状態と第２の偏波モードで発
振する状態をスイッチングし、偏光選択手段によってど
ちらか一方の偏波モードのみを選択して取り出す。こう
して、偏波変調光を強度変調光に変換する。

【００２４】１１）手段：上記の半導体レーザ装置の駆
動方法において、第１と第２の反射器の少なくとも一方
への注入電流或は印加電圧を制御することにより、第１
の偏波モードで発振する状態と第２の偏波モードで発振
する状態をスイッチングする。作用：上記の半導体レー
ザ装置から偏波変調光を安定して出力できる。

【００２５】１２）手段：上記の半導体レーザ装置の駆
動方法によって変調信号をもとに偏波のスイッチングを
行ない、偏光選択手段で第１または第２の偏波モードの
光出力を選択して取り出し光伝送路で伝送し、光受信器
で直接検波する光伝送システムである。作用：高速変調
時においても動的波長変動を抑えられ、安定に高密度の
波長多重光通信も実現できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】第１の実施例 図１、図２を用いて本発明による第１の実施例を説明す
る。図１（ａ）は、本発明による第１の実施例の半導体
レーザの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’
線での断面図である。また、図２は、選択反射領域、光
分波領域、利得領域の各領域での導波方向に垂直な面で
の断面図である。

【００２７】層構成を以下に詳しく述べる。ｎ−ＩｎＰ
基板１０上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層１１を積層した
後、各領域に以下の層を選択成長する。利得領域には、
多重量子井戸の活性層１２、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層
１３（バンドギャップ波長１．１５μｍ組成）を積層す
る。光分波領域には、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層１４
（波長１．１５μｍ組成）を積層する。選択反射領域に
は、屈折率調整層１５、ｐ−ＩｎＰおよびｐ−ＩｎＧａ
ＡｓＰからなる多重量子井戸層１６、第１の反射器側
（図１（ａ）参照）に設けられた多重量子井戸層１６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１７、第２の反射器側（図１
（ａ）参照）に設けられた多重量子井戸層１６のＴＥモ
一ドに対する屈折率と等しい屈折率を有するｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ導波層１８（図２（ａ）参照）を積層する。

【００２８】さらに、ｐ−ＩｎＰクラッド層１９、ｐ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０を積層し、所定領域をエ
ッチングした後に高抵抗ＩｎＰ埋め込み層２１で埋め込
んで導波路を形成し、Ｃｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕからな
るｐ側の電極２２、２３、２４、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕか
らなるｎ側の電極２５を蒸着形成する。さらに、選択反
射領域側の端面にＳｉＯ_xからなる反射防止膜２６を形
成する。

【００２９】以上の構成において、利得領域の活性層１
２は、井戸層ｉ−Ｉｎ_0.27Ｇａ_0.73Ａｓ（厚さｌ０ｎ
ｍ）、バリア層ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（波長１．１５μｍ
組成、厚さｌ０ｎｍ）、ＳＣＨ層ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ
（波長１．１５μｍ組成、厚さ２０ｎｍ）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、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
位間の遷移エネルギー及び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がほぼ等しくなってい
るか、或は前者が後者より大きくなっている。よって、
歪みを用いていない場合に比べ、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。

【００３０】屈折率調整層１５は、井戸層ｉ−Ｉｎ_0.53
Ｇａ_0.47Ａｓ（厚さ４ｎｍ）、バリア層ｉ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ（波長１．１５μｍ組成、厚さ１０ｎｍ）、ＳＣＨ
層ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（波長１．１５μｍ組成、厚さ２
４ｎｍ）から成る量子井戸構造（井戸８層）であり、バ
ンドギャップ波長は１．４５μｍである。

【００３１】第１、第２の反射器では、多重量子井戸層
１６には、それぞれ第１の回折格子２７、第２の回折格
子２８がパターニングされている。周期は、それぞれ
０．２３５μｍ、０．２４μｍとした。

【００３２】一般に、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、その上を、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
率を持つ半導体層で埋め込めば、この一方の偏波モード
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。

【００３３】本実施例では、多重量子井戸層１６は、Ｉ
ｎ_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。第１の反射器の導波層１７は、両偏波モードに対
する屈折率が３．２８１になるようにＩｎ_0.86Ｇａ_0.14
Ａｓ_0.32Ｐ_0.68とし、第２の反射器の導波層１８は、両
偏波モードに対する屈折率が３．２９８になるようにＩ
ｎ_0.83Ｇａ_0.17Ａｓ_0.37Ｐ_0.63とした。第１の反射器に
おいては、ＴＭモードに対して多重量子井戸層１６と導
波層１７の屈折率を等しくしているため、ＴＭ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２７はＴＥモードにのみ回折効果を有す
る。一方、第２の反射器においては、ＴＥモードに対し
て多重量子井戸層１６と導波層１８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２の回折格子２８はＴＭモー
ドにのみ回折効果を有する。

【００３４】選択反射領域側の端面には反射防止膜２６
が形成されているため、ＴＥモードに対しては、利得領
域側の端面と第１の反射器とで共振器を構成し、ＴＭモ
ードに対しては、利得領域側の端面と第２の反射器とで
共振器を構成している。

【００３５】以上の様な構成の素子の動作を図３を用い
て説明する。レーザの発振条件は Γ・ｇ_th＝Γ・α十１／２Ｌ_eff・ｌｎ（１／Ｒ_left・１／Ｒ_right） （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：利得領域の長さ、
Ｒ_left：結合損失、分岐損失等を含んだ光分岐領域側の
実効的な反射率、Ｒ_right：利得領域側の端面での反射
率、ｎ_eff：利得領域の実効屈折率、λ：発振波長、
φ：位相である。

【００３６】このレーザの発振条件に鑑みて、利得領域
および選択反射領域に適当な電流あるいは電圧を加え、
ＴＥモードのしきい値近傍まで励起した場合の、利得
（（１）式の左辺に対応）と共振器損失（（１）式の右
辺に対応）の関係を図３に示す。ブラッグ波長に対応し
て、損失が極小となる波長が存在している。その波長に
おいて、ＴＥモードでは損失と利得がほぼ一致している
のに対し、ＴＭモードでは損失の方が利得より大きい
（図３（ｂ）実線）。したがって、しきい値電流はＴＥ
モードのほうが小さく、ＴＥモードでの発振が支配的で
ある。

【００３７】ここで、第２の反射器の屈折率調整層１５
に逆電圧を印加すると、この層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２の回折格子２８の
ＴＭモードのブラッグ波長は長波長側にシフトし、利得
が損失を上回ることになり（図３（ｂ）点線）、しきい
値電流の大小関係が逆転しＴＭモードでの発振が支配的
になる。

【００３８】よって、屈折率調整層１５への電圧印加に
よって偏波スイッチングを行うことができる。ＴＥモー
ドからＴＭモードヘ遷移する際の電圧変化量は約７Ｖで
あった。したがって、第２の反射器に振幅７Ｖ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
を行うことができる。

【００３９】以上の如く偏波変調される半導体レーザか
らの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、この半導体レーザを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１２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。

【００４０】以上の説明では、第２の反射器のみに変調
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の反射器に変調信号を印加すること、あるいは
両方の反射器に変調信号を印加することも可能である。

【００４１】また、本実施例では、効率良く偏波スイッ
チングできるために活性層１２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
多重量子井戸を用いることも可能である。要は、利得と
損失が２つの偏波モードの双方でほぼ等しくなるよう
に、活性層１２の利得プロファイルに応じて回折格子２
７、２８の周期を設定すればよい。

【００４２】更に、利得プロファイルとは独立にブラッ
グ波長をシフトさせるための屈折率調整層として、波長
１．４５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ単層を用いてもよ
い。

【００４３】また更に、多少構造は複雑になるが、選択
反射領域に屈折率調整層と平行に活性層を設け、屈折率
調整層と活性層に独立に電流注入（前者には電圧印加で
もよい）できるように構成してもよい。この様に構成し
ても、素子の動作は基本的に上述のものと同じである。

【００４４】第２の実施例 第１の実施例と同様の構成で、屈折率調整層１５に電流
注入を行うことで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。

【００４５】これは、屈折率調整層１５へのキャリアの
量を制御することにより屈折率を調整し、ブラッグ波長
をシフトさせ両偏波モードに対するしきい値電流の大小
関係を変化させて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、電圧印加ではうまくスイッチングさせることが
できない場合でも、電流注入によってスイッチングさせ
ることが可能となる。屈折率調整層１５は、多重量子井
戸に限ったものではなく、波長１．４５μｍ組成のＩｎ
ＧａＡｓＰ単層を用いてもよい。

【００４６】上記した第１、第２の実施例において、ブ
ラッグ波長近傍での活性層１２の利得プロファイルの傾
きが右上がりか、左上がりかによって、屈折率調整層１
５に電圧印加を行うか、電流注入を行うかを決定すれば
よい。

【００４７】また、第１、第２の実施例において、どち
らか一方の反射器への電流注入あるいは電圧印加によっ
て波長を制御し、さらに、他方の反射器に適当なバイア
ス電流あるいは電圧を加えれば、偏波スイッチング可能
条件を満たしたままで、波長をチューニングすることが
できる。

【００４８】第３の実施例 光分波領域に偏波分離機能を持たせた例を図４を用いて
説明する。図４（ａ）は、本発明による半導体レーザの
第３の実施例の上面図（概念図）、図４（ｂ）は偏波分
離領域における導波方向に垂直な面での断面図である。

【００４９】選択反射領域および利得領域は第１の実施
例と同様であり、その説明は省略する。光分波領域にお
いて、第１の実施例との違いは、導波層１４のかわり
に、第１の反射器と接続している側の分岐部分において
はＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓを３ｎｍ、ＩｎＰを５ｎｍ、８
０周期積層した多重量子井戸層１１４が配置されてお
り、さらに、第２の反射器と接続している側の分岐部分
においては多重量子井戸層１１４を混晶化した層２１４
が配置されていることである。本実施例では、水素イオ
ンの打ち込みによって所定領域の混晶化を行っている。

【００５０】多重量子井戸を混晶化した場合、ＴＥモー
ドにおいては屈折率が低下し、ＴＭモードにおいては屈
折率が上昇する方向にシフトする。したがって、利得領
域からのＴＥモード光は実効屈折率の大きい第１の反射
器側に導波し、逆に、ＴＭモード光は実効屈折率の大き
い第２の反射器側に導波することになる。

【００５１】本素子の動作も第１の実施例で述べた通り
である。第１の実施例では、第１の反射器側に導波した
ＴＭモード光や第２の反射器側に導波したＴＥモード光
は発振には寄与しないが、本実施例では、光分波領域に
偏波分離機能を付与することにより効果的に光を分岐で
きるので共振器損失を低下させ、しきい値を低下させる
ことができる。

【００５２】混晶化の方法として、水素イオンの打ち込
みによるものを例として挙げたが、これに限ったもので
はなく、ＳｉＯ_x等の絶縁膜を部分的に形成した後の熱
処理による方法や、不純物の拡散による方法などを使っ
てもよい。

【００５３】第４の実施例 光分波領域に偏波分離機能を持たせた別の例を図５を用
いて説明する。図５（ａ）は、本発明による半導体レー
ザの第４の実施例の上面図（概念図）、図５（ｂ）は偏
波分離領域における導波方向に垂直な面での断面図であ
る。

【００５４】選択反射領域および利得領域は第１の実施
例と同様であり、その説明は省略する。

【００５５】光分波領域は層構成や導波路幅が異なる２
つの平行導波路からなる。この導波路の非対称性のた
め、横モード間での結合（例えばどちらかの偏波モード
の０次光と１次光の結合）は生じない。しかし、比較的
荒い周期の回折格子３０３が形成されていて、２つの偏
波モードのいずれか一方のみがある特定波長において同
方向に結合し、第１の導波路から第２の導波路に移行す
る。移行しない方の偏波モードにおいても別の波長で結
合するが、これら特定波長と別の波長の波長間隔は数１
０ｎｍ程度離れている。

【００５６】よって、ＴＭモードにおいて、第２の回折
格子２８のブラッグ波長近傍での光は第２の導波路に移
行して第２の反射器に伝搬し、ＴＥモードにおいて、第
１の反射器の第１の回折格子２７のブラッグ波長近傍の
光は移行せずに第１の反射器に伝搬するように設計する
ことが可能となる。すなわち、偏波分離機能を有するこ
とになる。

【００５７】第４の実施例の層構成を説明する。ｌ０は
ｎ−ＩｎＰ基板、１１はｎ−ＩｎＰバッファ層、３０１
は第１の導波路側に設けられたｉ−ＩｎＧａＡｓＰ導波
層（波長１．１５μｍ組成）、３０２は第２の導波路側
に設けられたｉ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層（波長１．３μ
ｍ組成）、１９はｐ−ＩｎＰクラッド層、２０はｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層、２１は高抵抗ＩｎＰ埋め込み
層である。導波層３０１、３０２上には、ＴＭモードに
おいて、第２の回折格子２８のブラッグ波長近傍での光
が第２の導波路に移行するように周期９０μｍの回折格
子３０３が形成してある。

【００５８】本素子の動作は第１の実施例で述べたとお
りである。本実施例では、第３の実施例と同様、光分波
領域に偏波分離機能を設けることにより効果的に光を分
岐できるので、共振器損失を低下させ、しきい値を低下
させることができる。また、本実施例では、導波層３０
１、３０２の組成を異ならせることにより非対称にした
例を示したが、例えば導波路幅を異ならせたり導波層の
厚さを変える等の方法を用いてもよい。

【００５９】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
の光閉じこめを可能としている構造であればよい。さら
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。

【００６０】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。

【００６１】その他の実施例 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６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。

【００６２】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、上記の実施例の何れかの半導体レーザ９
０４を偏波変調し、偏光子９０５で一方の偏波モードを
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
９０４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。

【００６３】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、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。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば各
請求項に対応して次のような効果がある。１）によれ
ば、安定な偏波変調が可能で且つ波長チューニングに適
した半導体レーザ装置を提供できる。２）、３）によれ
ば、１）の効果に加え、どちらか一方の偏波モードに対
してのみ反射作用を与え得る回折格子の構造を提供でき
る。４）によれば、反射器の反射率を容易に制御し得る
構造を提供できる。５）、６）、７）によれば、１）の
効果に加え、損失を低減してしきい値利得を低下させる
ことができる。８）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。９）によれ
ば、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。１０）によれば、強度変調光通信用の光源等に
適した、チャーピングの少ない光源装置を提供できる。
１１）によれば、上記の半導体レーザ装置から偏波変調
光を安定して出力できる。１２）安定に高密度の波長多
重光通信等の光伝送システムを実現できる。

【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
例の上面と導波方向の断面を示す図である。

【図２】図２は本発明による半導体レーザの第１の実施
例の各部の導波方向に垂直な面での断面を示すを示す各
部断面図である。

【図３】図３は第１の実施例における各偏波モードに対
する利得と損失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３の実施
例の上面と導波方向に垂直な面での断面（光分波領域中
での）を示す図である。

【図５】図５は本発明による半導体レーザの第４の実施
例の上面と導波方向に垂直な面での断面（光分波領域中
での）を示す図である。

【図６】図６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】

１０ 基板 １１ バッファ層 １２ 活性層 １３、１４、１７、１８、３０１、３０２ 導波層 １５ 屈折率調整層 １６、１１４ 多重量子井戸層 １９ クラッド層 ２０ コンタクト層 ２１ 埋め込み層 ２２、２３、２４、２５ 電極 ２６ 反射防止膜 ２７、２８、３０３ 回折格子 ２１４ 混晶化層 ９０１ 光伝送路 ９０２ 分岐部 ９０３ 受信装置 ９０４ 本発明の半導体レーザ ９０５ 偏光子 ９０６ アイソレータ ９０７ 合流部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏波面の直交する第１と第２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、活性層を
   含み、該活性層への電流注入機能を有する利得領域と、
   利得領域に接続され、利得領域からの光を２つに分ける
   光分波領域と、光分波領域からの２つの出力端のそれぞ
   れに接続された第１と第２の反射器からなる選択反射領
   域とを含み、第１の反射器は第１の偏波モードを支配的
   に反射する第１の回折格子を有し、第２の反射器は第２
   の偏波モードを支配的に反射する第２の回折格子を有し
   ており、さらに、第１と第２の反射器の双方が屈折率調
   整層を含んでおり、該屈折率調整層に、互いに独立に電
   流注入あるいは電圧印加が可能な構成であることを特徴
   とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】第１と第２の回折格子は、夫々、異なる半
   導体層の界面に形成された凹凸構造からなり、第１の回
   折格子においては、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
   ードに対しては異なる様な構成であり、第２の回折格子
   においては、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ることを特徴とする請求項
   １に記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】異なる半導体層の一方は、第１と第２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
   から成り、異なる半導体層の他方は、該多重量子井戸層
   の第１または第２の偏波モードに対する屈折率と実質的
   に等しい屈折率を有する層から成ることを特徴とする請
   求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】屈折率調整層は多重量子井戸層から成るこ
   とを特徴とする請求項１、２または３に記載の半導体レ
   ーザ装置。
5. 【請求項５】光分波領域は偏波分離機能を有することを
   特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の半導体レー
   ザ装置。
6. 【請求項６】光分波領域は、２つの分岐部を持つＹ字状
   の導波路で構成され、多重量子井戸層を含んでおり、該
   Ｙ字状導波路の２つの分岐部のどちらか一方では該多重
   量子井戸層が混晶化され、第１と第２の偏波モードの一
   方が第１の反射器に導波し第１と第２の偏波モードの他
   方が第２の反射器に導波するように構成されていること
   を特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】光分波領域は、近接した２つの導波路で構
   成され、第３の回折格子が形成されており、第１または
   第２の偏波モードが該２つの導波路間で同方向結合し、
   第１と第２の偏波モードの一方が第１の反射器に導波し
   第１と第２の偏波モードの他方が第２の反射器に導波す
   るように構成されていることを特徴とする請求項５に記
   載の半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】利得領域の活性層は引っ張り歪が導入され
   た多重量子井戸層で構成され、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１乃
   至７の何れかに記載の半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】選択反射領域側の端面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１乃至８の何
   れかに記載の半導体レーザ装置。
10. 【請求項１０】請求項１乃至９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の利得領域の出力側
    に配置されて第１または第２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。
11. 【請求項１１】請求項１乃至９の何れかに記載の半導体
    レーザ装置の駆動方法において、第１と第２の反射器の
    少なくとも一方への注入電流或は印加電圧を制御するこ
    とにより、第１の偏波モードで発振する状態と第２の偏
    波モードで発振する状態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方法。
12. 【請求項１２】請求項１１に記載の半導体レーザ装置の
    駆動方法によって変調信号をもとに偏波のスイッチング
    を行ない、偏光選択手段で第１または第２の偏波モード
    の光出力を選択して取り出し光伝送路で伝送し、光受信
    器で直接検波することを特徴とする光伝送システム。