JPH10261837A

JPH10261837A - リング共振器を有する偏波変調可能な半導体レーザ、その使用方法及びこれを用いた光通信システム

Info

Publication number: JPH10261837A
Application number: JP8597497A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Uchida; 護内田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-20
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】作製が比較的容易で安定に動作する少なくとも
１つのリング共振器を有する偏波変調可能な複合共振器
型半導体レーザなどの半導体デバイスである。【解決手段】半導体デバイスは、第１および第２の半導
体レーザ１０４、１０５と出力光導波路１０６とを有す
る複合型半導体レーザであって、第１の半導体レーザ１
０４は、第１の偏波モードに対して支配的な利得を与え
る第１の活性領域と第１のリング共振器を有し、第２の
半導体レーザ１０５は、第２の偏波モードに対して支配
的な利得を与える第２の活性領域を有する。両者の共振
器１０４、１０５は―部を共有することにより光学的に
結合している。第２の半導体レーザ１０５は第２のリン
グ共振器、分布帰還型共振器（ＤＦＢ）などである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光情報処
理などに用いられるリング共振器を有する偏波変調可能
な複合共振器型半導体レーザなどの半導体デバイス、そ
の使用方法及びこれを用いた光通信システム等に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光の偏波面を信号に応じてスイッ
チングさせる偏波変調レーザは、通常の強度変調レーザ
に比べ、変調の際にも、共振器内の光密度とキャリア密
度をほとんど―定にすることが可能なため、チャーピン
グが小さくでき、変調速度や伝送距離を向上させること
ができる。偏波変調レーザについては、たとえば、特開
昭６２−４２５９３号公報、特開昭６２−１４４４２６
号公報、特開平７−１６２０８８号公報などに開示され
ている。この骨子は以下のようなものである。

【０００３】多電極を有する分布帰還型半導体レーザに
おいて、ＴＥモードとＴＭモードで同時発振するよう、
利得スペクトルとブラッグ波長を制御したうえで、多電
極へ不均―に電流を注入する。その値をバイアス点とし
て小さな信号電流を重畳することによってＴＥモードと
ＴＭモードのしきい値利得の大小関係をスイッチして出
力光の偏波状態を変化させ、このうち偏光子によって特
定方向に偏波した光のみを取り出し、伝送路へ送出する
ものである。

【０００４】

【発明の解決しようとする課題】しかし、この従来例は
いくつかの欠点を有している。第１に、ＴＥモードとＴ
Ｍモードのしきい利得を制御するのが困難であることが
挙げられる。従来例ではＴＥおよびＴＭともにＤＦＢモ
ードであるため、ブラッグ波長の設定と利得プロファイ
ルの位置関係（いわゆるデチューニング）に極めて高精
度な調整が要求されていた。第２に、端面位相の影響で
安定に動作できる範囲が狭いことが挙げられる。ＤＦＢ
レーザでは端面反射による位相変化の影響が大きくしか
もそれに偏波依存性があるために、光出力、発振波長な
どの範囲に制限があった。このように、従来の偏波変調
レーザでは、利得、光閉じ込め係数および反射率に強い
偏波依存性があるため発振条件を満たすには多くのパラ
メータを制御する必要があり、高度な設計技術とプロセ
ス技術を必要としていた。

【０００５】従って、本発明の目的は、作製が比較的容
易で安定に動作する少なくとも１つのリング共振器を有
する偏波変調可能な複合共振器型半導体レーザなどの半
導体デバイス、その使用方法及びこれを用いた光通信シ
ステム等を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の半導体レーザは、第１および第２の半導体レーザと
出力光導波路とを有する複合型半導体レーザであって、
該第１の半導体レーザは、第１の偏波モードに対して支
配的な利得を与える第１の活性領域と第１のリング共振
器を有し、該第２の半導体レーザは、第２の偏波モード
に対して支配的な利得を与える第２の活性領域を有し、
両者の共振器は―部を共有することにより光学的に結合
してなることを特徴とする。具体的には、前記第２の半
導体レーザは第２のリング共振器、分布帰還型共振器
（ＤＦＢ）などである。

【０００７】第１および第２の半導体レーザともにリン
グ共振器である場合の作用例は以下の通りである。リン
グ共振器を２重に結合したダブルリングレーザ構造とす
ることで、それぞれの固有モードが―致したときのみ共
振するため、発振モードを安定化することができる。ま
た、それぞれの共振器の偏波モードに対するしきい利得
特性を制御することで、たとえば、第１の領域ではＴＥ
モード、第２の領域ではＴＭモードとすることができ
る。両者が同時発振可能な状態のもとで、第１の領域あ
るいは第２の領域あるいは両方に変調電流を重畳するこ
とで、偏波スイッチングを行うことができる。一方をフ
ァブリペロ共振器にした場合も本質的に同じである。

【０００８】第１および第２の半導体レーザが夫々リン
グ共振器とＤＦＢレーザである場合の作用例は以下の通
りである。リング共振器とＤＦＢを複合共振器とするこ
とで、たとえば、ＴＥモードをリング共振器モード、Ｔ
ＭモードをＤＦＢモードとすることができる。リング共
振器長が十分長ければ、その軸モード間隔はＤＦＢレー
ザのストップバンドより十分狭くなり、ＤＦＢレーザの
しきい利得に合わせて、リングレーザのしきい利得を調
整しやすくなる。通常のＤＦＢ構造の偏波変調レーザで
は、ＴＥおよびＴＭのしきい利得を拮抗させることはき
わめて困難であった。この例では、リング共振器とＤＦ
Ｂが結合した複合共振器レーザ構造とすることで、それ
ぞれの固有モードが―致したときのみ共振するため、発
振モードを安定化することができる。また、両者が同時
発振可能な状態のもとで、第１の領域あるいは第２の領
域あるいは両方に変調電流を重畳することで、偏波スイ
ッチングを行うことができる。ＤＦＢ共振器をＤＢＲ共
振器にした場合も本質的に同じである。

【０００９】

【発明の実施の形態】

（第１実施例）図１は本発明の第１の実施例を説明する
平面模式図である。図１において、１０１は半導体基
板、１０２は第１の半導体レーザ領域、１０３は第２の
半導体レーザ領域である。１０４は第１のリング共振
器、１０５は第２のリング共振器、１０６は出力導波
路、１０７は出力導波路１０６の両側に設けられ不必要
な共振器が形成されない様にする為の無反射コート、１
０８は金属薄膜である。以下、作製方法を述べつつ構成
を説明する。図２は製作工程を説明する断面模式図であ
る。本実施例は１．５μｍ帯の複合共振器型半導体レー
ザとして設計した。

【００１０】まず、ｎ型ＩｎＰ基板１０１上全面に、第
１の半導体レーザ領域１０２に相当する以下の半導体層
をＭＯＣＶＤ法等でエピタキシャル成長する。先ず、光
ガイド層２０１であるｎ型ＩｎＧａＡｓＰを厚さ０．２
μｍ形成する。次に、アンドープ第１活性層２０２ａで
あるＩｎＧａＡｓ井戸層（厚さ１０ｎｍ）とＩｎＧａＡ
ｓＰ障壁層（エネルギギャップ波長１．１５μｍ、厚さ
１０ｎｍ）の繰り返し数５からなる無歪みの多重量子井
戸構造を形成する。第３に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０
３（キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ１．５μｍ）
を成長させる。第４に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
２０４（キャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ０．３μ
ｍ）を成長させる。

【００１１】次に、第１の半導体レーザ領域１０２に相
当する部分にＳｉＯ₂膜等の熱に強い誘電体膜２０５を
形成し、これをエッチングマスクとして、ウエットエッ
チング等を用いて、第２の半導体レーザ領域１０３に相
当する部分の前記半導体層のうち、光ガイド層２０１以
外の半導体層を選択的に除去する（図２（ａ）））。斜
面となったエッチング面が現れる。このあと、前記誘電
体膜２０５を今度は選択成長マスクとして用いて、前記
光ガイド層２０１上に第２の半導体レーザ領域１０３に
のみ以下の半導体層をＭＯＣＶＤ法等を用いてエピタキ
シャル成長する。

【００１２】第１に、アンドープ第２活性層２０２ｂで
あるＩｎＧａＡｓＰ井戸層（エネルギギャップ波長１．
６μｍ、引っ張り歪み量０．７％、厚さ６ｎｍ）とＩｎ
ＧａＡｓＰ障壁層（エネルギギャップ波長１．１５μ
ｍ、歪みなし、厚さ１０ｎｍ）の繰り返し数７からなる
多重量子井戸構造を積層する。第２に、ｎ−ＩｎＰクラ
ッド層２０３（キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ
１．５μｍ）を形成する。第３に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層２０４（キャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚
さ０．３μｍ）を形成する。

【００１３】このとき第１の半導体レーザ領域１０２と
第２の半導体レーザ領域１０３が平坦化されるよう注意
する。段差が生じた場合には、エッチング等で平坦化し
てもよい。この際、斜面のエッチング面であるので、こ
こに隙間なく積層され易く第１のリング共振器１０４と
第２のリング共振器１０５のカップリングがうまく行な
われる様になる。

【００１４】次に、誘電体膜２０５を除去したあと、リ
ッジ型の導波路をリング状に図１のように形成する。本
実施例では、リッジの深さは、活性層２０２の直上に達
するまで約１．５μｍとし、リング共振器の直径は第１
のリングレーザ１０４では２．０ｍｍ、第２のリングレ
ーザ１０５では１．８ｍｍとした。リッジ幅は両リング
レーザとも２．０μｍとした。両者の結合部分は、幅
３．０μｍ、長さ１００μｍにわたって共通になるよう
に設定した。図３は図１におけるＡ−Ｂ間の断面を示す
断面模式図である。結合部分の幅は両リングレーザの幅
より大きくしたがほぼ同じでもよい。

【００１５】第１の半導体レーザ領域１０２と第２の半
導体レーザ領域１０３に別々に両リングレーザ１０４、
１０５に沿って正電極３０１、３０２を、基板１０１裏
面に共通の負電極３０４を形成した。正電極３０１、３
０２は電気的に分離されているが、合流部分にはそのど
ちらか―方の正電極にのみ連続的に電極３０３が設けら
れている。この場合、他の正電極は合流部分では欠けて
いる。両方の正電極３０１、３０２が合流部分でも設け
られて夫々の正電極がリング状になっていてもよい。勿
論、両方の正電極３０１、３０２は合流部分で電気的に
分離されている。

【００１６】さらに、第１のリングレーザ１０４に対し
て接線的に伸びた出力導波路１０６の―部を、金属装荷
したストリップ光導波路とする。この部分の断面を図４
に示した。ＴＭ成分だけが損失となるよう、上部クラッ
ド層２０３を薄くしてある。この結果、特別な偏光子を
用いなくとも、ＴＥ成分だけをネットワーク等に送出で
きる。このように他の光デバイスとの集積化が容易な点
も本発明の特徴である。なお、この金属薄膜１０８は前
記正電極形成時に同時に同材料、たとえばＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕで作製してもよい。出力導波路１０６にも正電極４
０２が設けられていて、損失を防止する様になってい
る。

【００１７】次に、本実施例の動作原理について説明す
る。リング共振器を有する半導体レーザの発振条件は以
下のように表せる。Ｍ・λ／ｎ＝Ｌここでλは真空中の波長、ｎはリング共振器を形成する
光導波路の実効屈折率、Ｌはリング導波路の共振器長
（円周の長さ）、Ｍは整数である。これより、発振モー
ド間隔△λは △λ＝λ²／ｎＬとなるから、本実施例の第１のリングレーザ１０４の場
合、λ＝１．５μｍ、ｎ＝３．４、Ｌ＝２ｍｍなので、
第１活性層２０２ａによる利得が十分広いスペクトルを
持っていれば０．０５ｎｍ程度の間隔で軸モードが立つ
ことになる。第１のリングレーザ１０４では、歪みのな
い量子井戸構造の第１活性層２０２ａを用いているの
で、ＴＥモードの利得が常にＴＭモードの利得を上回
る。したがって、ＴＥモードのみが△λ^TE ₁＝（λ^TE ₁）
²／ｎ^TE ₁Ｌ₁の間隔で発振モードとして存在し得る。

【００１８】―方、第２のリングレーザ１０５では、引
っ張り歪み量子井戸構造の第２活性層２０２ｂを用いて
いるので、ＴＭモードの利得が常にＴＥモードの利得を
上回る。よって、ＴＭモードのみが△λ^TM ₂＝（λ^TM ₂）
²／ｎ^TM ₂Ｌ₂の間隔で発振モードとして存在し得る。

【００１９】したがって、上記２個のリングレーザ１０
４、１０５が完全に独立な場合には上記異なる波長、異
なる偏波で発振することになる。しかし、本実施例のよ
うに、結合領域を設けて複合共振器として動作させる
と、動作させたときには波長選択性が現れる。すなわ
ち、それぞれの偏波についてｎ^p ₁Ｌ₁／Ｍ^p ₁＝ｎ^p ₂Ｌ₂／Ｍ^p ₂（ｐ＝ＴＥまたはＴＭ）が成り立つように、波長選択が行われる（夫々のリング
レーザ１０４、１０５において発振モードとして存在し
得るモードでない方のモードの利得も多少は存在するの
でこの様な波長選択条件式で波長選択が行われる）。リ
ングレーザ１０４、１０５利得スペクトルの半値幅は、
モード間隔にくらべ２桁以上大きいので、両者の利得ピ
ークがほぼ―致していれば、共振モードがかならず存在
することになる。

【００２０】次に偏波スイッチングについて説明する。
ＴＥモードとＴＭモードのしきい利得は、それぞれ第１
の半導体レーザ領域１０２と第２の半導体レーザ領域１
０３に独立に注入されるキャリア密度によって制御でき
る。本発明の複合リング共振器レーザを１つのレーザと
してみると、その複合リング共振器レーザ内で注入キャ
リア分布を変化させることでＴＥモードとＴＭモードと
の間で発振モードを変調する偏波変調レーザとして動作
させることができる。具体的には、第１および第２のリ
ング共振器１０４、１０５に独立にキャリアを注入し、
ＴＥモードおよびＴＭモードともしきい値付近にバイア
スしたあと、第１あるいは第２の共振器領域１０２、１
０３の全部あるいは―部に微少な変調電流を重畳するこ
とで、偏波スイッチングを実現できる。

【００２１】次に、偏波変調された信号のうち、―方の
偏光成分だけを取り出す方法について述べる。このデバ
イスを通常の光ネットワーク上で送信機として用いる場
合には、受信側ではどちらか―方の偏波のみを選択する
必要がある。図４において、金属装荷したストリップ光
導波路１０６はＴＭ成分だけが減衰するよう、上部クラ
ッド層２０３を薄くかつ金属装荷膜１０８の長さを設定
してあるので、特別な偏光子を用いなくとも、ＴＥ成分
だけをネットワークに送出できる。

【００２２】また、本実施例ではリッジ型導波路を用い
たが、この場合は光の断面分布がキャリア注入分布で変
化するので実効屈折率がキャリア注入分布に依存する場
合がある。このとき、リッジ導波路の代わりに埋め込み
型の光導波路を用いることで、導波路での光の断面分布
が変化しなくなるので実効屈折率を安定化することがで
きる。

【００２３】（第２実施例）第１実施例では異なるモー
ド間隔を得るためにリング長を変えたが、リング長は変
えずに、実効屈折率を変えてもよい。たとえば、第２の
リング共振器のリッジ幅を第１のリング共振器のリッジ
幅より大きくすれば、実効屈折率を大きくできるので軸
モード間隔を小さくでき、実効的にリング長を長くした
のと同等の効果が得られる。この場合の利点は、リング
長を小さくできるため、第１の実施例にくらべ、素子を
小型化できることである。動作原理は第１実施例と同じ
である。

【００２４】（第３実施例）次に作製方法を簡便化した
偏波変調可能なリング共振器レーザについて述べる。こ
の実施例の設計指針は以下の通りである。（１）作製方法を簡便にするために、第１の半導体レー
ザ領域と第２の半導体レーザ領域の活性層を同一構造と
して一回成長で形成する。（２）活性層を非対称量子井戸構造とし、キャリア注入
レベルで各レーザ領域の利得の偏波依存性を制御する。（３）しきい利得をリング共振器長で制御する。

【００２５】図５は本実施例で用いた非対称量子井戸構
造のバンド図である。５０１は第１井戸層でｐ型ＩｎＧ
ａＡｓ（厚さｌ０ｎｍ、井戸数１）、５０２は第２井戸
層でｐ型引っ張り歪みＩｎＧａＡｓＰ（波長１．６μ
ｍ、引っ張り歪み量０．５％、厚さ６ｎｍ、井戸数
２）、５０３は障壁層でアンドープＩｎＧａＡｓＰ（厚
さ１０ｎｍ）であり、非対称量子井戸構造はこれらで構
成されている。各井戸層をｐ型にしてあるのは、ホール
注入を効果的に行うためである。井戸数が第２量子井戸
５０２の方が多いのは、高注入時にＴＭ利得をＴＥ利得
より大きくするためである。

【００２６】非対称量子井戸活性層は、注入レベルによ
り利得の偏波特性が変化する。たとえば、本実施例の場
合、低注入領域では、無歪量子井戸５０１にキャリアが
溜り易いので、ＴＥモードに対して利得が大きくなる。
一方、高注入領域では、引っ張り歪み量子井戸５０２に
もキャリアが注入され、かつそのキャリア量は（井戸体
積が大きいので）無歪量子井戸５０１よりも大きくなる
ので、ＴＭモードの利得がＴＥモードの利得を上回る。

【００２７】したがって、低注入領域では、しきい利得
が小さくなるように損失を小さくすれば、たとえば、リ
ング長を長くすれば常にＴＥモードで発振する。他方、
高注入領域では、しきい利得が高くなるように損失を大
きくすれば、たとえば、リング長を短くすることで常に
ＴＭモードで発振する。このように、第１のリングレー
ザと第２のリングレーザのリング長を変えることで、偏
波モードと軸モード（軸モードとリング長の関係は第１
実施例で述べた）を同時に制御することができる点が本
実施例の大きな特徴である。

【００２８】本実施例の場合、第１のリングレーザのリ
ング長を２．０ｍｍ、第２のリングレーザのリング長を
１．５ｍｍとすることで、第１のリングレーザはＴＥモ
ードで発振させ、第２のリングレーザではＴＭモードで
発振させることが出来た。あとの方法は、第１の実施例
と全く同じである。

【００２９】本実施例特有の効果は、両リングレーザ領
域の活性層が共通であるので偏波変調可能な複合共振器
型リングレーザを簡便に作製できることである。

【００３０】（第４実施例）第１実施例では、２つのリ
ング共振器および出力導波路を同―平面上に形成した例
を示したが、レイアウトはこれに限るものではない。た
とえば、三者を層厚方向に多重して形成してもよい。図
６（ａ）はその平面図、図６（ｂ）はその断面図であ
る。図１と同じ要素は図１と同じ符号で示している。

【００３１】基板１０１内に図６（ａ）で示す直線状パ
ターンの透明な出力導波路１０６を作り付けた上に、先
ず第１のスペーサ層６０１を形成し、その上に第１のリ
ングレーザ１０４の活性層を図６（ａ）で示すリング状
パターンで形成し（リング状パターンの活性層の内部は
以下の層の形成に必要な部分さえ層が存在すればよ
い）、その上に第２のスペーサ層６０２を形成し、更に
その上に第２のリングレーザ１０５の活性層を図６
（ａ）で示すリング状パターンで形成する。各層の導電
型や電極の形成は、各リングレーザ１０４、１０５の活
性層に独立に電流を注入できる様に設定すればよい。動
作原理は第１実施例と同じである。

【００３２】この場合の効果は、（１）素子面積がほぼ
半分で済む、（２）導波路の結合係数を結晶成長（スペ
ーサ層６０１、６０２の層厚など）で制御できるため、
通常のプロセス（例えば、フォトリソグラフィとエッチ
ングの組み合わせ）より精度が高い、ことなどである。

【００３３】（第５実施例）図７は本発明の第５の実施
例を説明する模式図である。本実施例は、上記の実施例
と異なって、リング共振器とＤＦＢを複合した形態を有
している。図７において、７０１は半導体基板、７０２
は第１のリング共振器を有する半導体レーザ、７０３は
ＤＦＢ半導体レーザである。また、７０４は金属薄膜、
７０５は無反射コート、７０６は光ファイバである。以
下、作製方法を述べつつ構造を説明する。図８は製作工
程を説明する断面模式図であり、図７中の両レーザの結
合部分の断面図である。第１実施例と同様、本実施例も
１．５μｍ帯の半導体レーザとして設計した。

【００３４】まず、ｎ型ＩｎＰ基板７０１上のＤＦＢレ
ーザに相当する部分に図７の左右方向に沿ってグレーテ
ィング８０６を形成する。本実施例では、二光束干渉露
光法とドライエッチングを用いて、ピッチ２４０ｎｍ、
深さ１００ｎｍのグレーティングを作製した。

【００３５】次に、基板７０１全面にＤＦＢレーザに相
当する以下の半導体層をＭＯＣＶＤ法等でエピタキシャ
ル成長する。先ず、光ガイド層８０１であるｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ（厚さ０．２μｍ）を積層する。第２に、アン
ドープ第１活性層８０２ａであるＩｎＧａＡｓＰ井戸層
（エネルギギャップ波長１．６μｍ、引っ張り歪み量
０．７％、厚さ６ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層（エネ
ルギギャップ波長１．１５μｍ、歪みなし、厚さ１０ｎ
ｍ）の繰り返し数７からなる多重量子井戸構造を積層す
る。第３に、ｐ−ＩｎＰクラッド層８０３（キャリア濃
度５×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ１．５μｍ）を成長させる。
第４に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８０４（キャリ
ア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ０．３μｍ）を形成す
る。

【００３６】次に、ＤＦＢレーザ７０３に相当する部分
にＳｉＯ₂膜等の誘電体膜８０５を形成し、これをエッ
チングマスクとして、ウエットエッチング等を用いてリ
ングレーザ７０２に相当する部分の前記半導体層のう
ち、光ガイド層８０１以外の半導体層を選択的に除去す
る（図８（ａ））。このあと、前記誘電体膜８０５を今
度は選択成長マスクとして用いて、前記光ガイド層８０
１上にリングレーザ７０２に相当する部分にのみ以下の
半導体層をＭＯＣＶＤ法等を用いてエピタキシャル成長
する（図８（ｂ））。

【００３７】先ず、アンドープ第２活性層８０２ｂであ
るＩｎＧａＡｓ井戸層（厚さ１０ｎｍ）とＩｎＧａＡｓ
Ｐ障壁層（エネルギギャップ波長１．１５μｍ、厚さ１
０ｎｍ）の繰り返し数５からなる無歪みの多重量子井戸
構造を形成する。第２に、ｎ−ＩｎＰクラッド層８０３
（キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ１．５μｍ）を
成長させる。第３に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８
０４（キャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ０．３μ
ｍ）を形成する。

【００３８】上記実施例と同様に、このときＤＦＢレー
ザ領域７０３とリングレーザ領域７０２が平坦化される
ように注意する。段差が生じた場合には、エッチング等
で平坦化してもよい。

【００３９】誘電体膜８０５を除去したあと、リッジ型
の光導波路をＤＦＢレーザ領域７０３ではストライプ状
に、リングレーザ領域７０２ではリング状に図７のよう
に形成する。本実施例では、リッジの深さは、活性層８
０２の直上に達するまで約１．５μｍとし、リング共振
器７０２の直径は２．０ｍｍとした。リッジ幅は両レー
ザとも２．０μｍとした。両者の結合部分は、幅３．０
μｍ、長さ３００μｍにわたって共通になるように設定
した。

【００４０】図９は図７におけるＡ−Ｂ間の断面を示す
断面模式図である。リングレーザ領域７０２およびＤＦ
Ｂレーザ領域７０３に別々に正電極９０１、９０２を、
基板７０１裏面に共通の負電極９０４を形成した。合流
部はそのどちらか―方にのみ電極が設けられている。結
合部分の電極の設け方は第１実施例と同じである。さら
に、ＤＦＢレーザ７０３の―部を金属装荷したストリッ
プ型光出力導波路とした。この部分の断面を図１０に示
した。ＴＭ成分だけが損失となるよう、上部クラッド層
８０３を薄くしてある。この結果、特別な偏光子を用い
なくとも、ＴＥ成分だけをネットワークに送出できる。
この金属薄膜７０４は前記正電極形成時に同時に同材
料、たとえばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで作製してもよい。これ
らは上記実施例と同じである。

【００４１】次に、本実施例の動作原理について説明す
る。リング共振器を有する半導体レーザ７０２の発振条
件等は第１実施例で述べた通りである。

【００４２】―方、ＤＦＢレーザ７０３では、引っ張り
歪み量子井戸構造８０２ａを用いているので、ＴＭモー
ドの利得が常にＴＥモードの利得を上回る。グレーティ
ング８０６のピッチΛで決まるブラッグ波長が利得ピー
ク波長近傍に設定されていれば、ＴＭモードがブラッグ
波長で存在し得る。したがって、上記２個の半導体レー
ザ７０２、７０３が完全に独立な場合には上記異なる波
長、異なる偏波で発振することになる。しかし、本実施
例のように、結合領域を設けて複合共振器として動作さ
せると、動作させたときには複合共振効果により波長選
択性が現れる。すなわち、それぞれの偏波についてｎ^p ₁Ｌ₁／Ｍ^p ₁＝２ｎ^p ₂Λ₂（ｐ＝ＴＥまたはＴＭ）が成り立つように、波長選択が行われる（第１実施例の
同様の説明を参照）。利得スペクトルの半値幅は、リン
グレーザモード間隔にくらべ２桁以上大きいので、両者
の半導体レーザ７０２、７０３の利得ピークがほぼ―致
していれば、共振モードがかならず存在することにな
る。したがって、従来のＤＦＢ構造の半導体レーザで
は、ＴＥおよびＴＭモード双方の利得とブラッグ波長と
の関係を調整する必要があったが、本実施例ではどちら
か―方でよいため、製作しやすくなる。また、端面反射
も―つのレーザだけについて考慮すればよいので、安定
に動作しやすい。

【００４３】偏波スイッチングついても基本的には第１
実施例と同じである。すなわち、ＴＥモードとＴＭモー
ドのしきい利得はそれぞれリングレーザ領域７０２およ
びＤＦＢレーザ領域７０３に独立に注入されるキャリア
密度によって制御できる。本実施例の複合半導体レーザ
を１つのレーザとしてみると、注入キャリア分布を変化
させることでＴＥモードとＴＭモードとの間で発振モー
ドを変調する偏波変調レーザとして動作させることがで
きる。具体的には、第１および第２の半導体レーザ７０
２、７０３に独立にキャリアを注入し、ＴＥモードおよ
びＴＭモードともしきい値付近にバイアスしたあと、第
１あるいは第２の共振器領域の全部あるいは―部に微少
な変調電流を重畳することで、偏波スイッチングを実現
できる。

【００４４】偏波変調された信号のうち、―方の偏光成
分だけを取り出す方法についても、第１実施例で述べた
通りである。

【００４５】また、ＤＦＢレーザはＤＢＲレーザやファ
ブリペロレーザに置き換えることもできる。ＤＢＲレー
ザの場合（この場合活性層を設けない領域を作る必要が
ある）は動作原理は上記の原理と同じであるが、ファブ
リペロレーザの場合は、前述したダブルリングレーザの
原理と同じである。但し、ファブリペロレーザの共振器
長の調整はリングレーザ程自由度がない。

【００４６】（第６実施例）次に作製方法を簡便化した
偏波変調可能なリング共振器レーザについて述べる。こ
の実施例は第３実施例の考え方を第５実施例に適用した
ものである。設計指針は第３実施例と同じであり、特に
本実施例では、ＤＦＢレーザとリングレーザの活性層を
同―構造として―回成長で製作するものである。２つの
レーザ７０２、７０３の共振器長を変えることで、偏波
モードと軸モードを同時に制御することも第３実施例と
同じである。

【００４７】本実施例の場合、リングレーザ７０２のリ
ング長を２．０ｍｍ、ＤＦＢレーザ７０３の共振器長を
０．５ｍｍとすることで、リングレーザ７０２ではＴＥ
モードで、ＤＦＢレーザではＴＭモード７０３で発振さ
せることが出来た。他の点は、第３の実施例と全く同じ
である。

【００４８】（第７実施例）図１１は第７の実施例を説
明する平面模式図である。この実施例が第５の実施例と
異なっているのは、（１）リング共振器１１０２中にＤ
ＦＢレ―ザ１１０３が構成されていること、（２）リン
グ共振器１１０２の光が異なる偏波特性をもつ２つの活
性領域を伝搬することである。

【００４９】図１１中、第１の領域はＴＭモードの利得
が大きい領域、第２の領域はＴＥモードの利得が大きい
領域、１１０２は両領域を光が伝搬するリング共振器、
１１０３は第１の領域に形成されたＤＦＢレーザであ
る。

【００５０】層構成およびグレーティング構造、および
導波路構造は、第５の実施例とほぼ同じで、第１の領域
および第２の領域の層構成は第５の実施例と同様の構成
にしてある。また、リング共振器１１０２の径は２．０
ｍｍ、ＤＦＢ領域１１０３は１．０ｍｍとした。グレー
ティングの作製方法は、電子ビーム直接描画で形成し
た。グレーティングの条は全てリング共振器１１０２の
中心に向かって伸びている。本実施例ではリングレーザ
１１０２とＤＦＢレーザ１１０３が光学的に１００％結
合しているので、動作電流が小さくて済む利点がある。

【００５１】活性層に第６実施例の非対称量子井戸を用
いることで作製方法をより簡便にすることができる。こ
の場合、ＤＦＢ領域１１０３とリング共振器１１０２の
しきい利得を調整することで、ＴＥモードとＴＭモード
間でスイッチングが可能である。具体的には、ＤＦＢ領
域１１０３の結合係数（κ）と共振器長（Ｌ）の積を制
御すればよい。

【００５２】（第８実施例）次に、本発明のデバイスを
波長多重伝送（ＷＤＭ）用光源に使う場合の適用例につ
いて述べる。ダブルリングレーザの実施例の場合、先に
述べたように、リングレーザの共振器長を変化させるこ
とで軸モード間隔を変えることができる。したがって、
複数の異なるダブルリングレーザを用意すれば、発振波
長の異なる偏波変調レーザを得ることができる。

【００５３】たとえば、リング共振器長がＬｉおよびＬ
ｊのダブルリングレーザを（Ｌｉ、Ｌｊ）で表すことに
すると、多重度Ｎの波長多重光源を得るには、（Ｌ１、Ｌ１（１−ｊ・△Ｌ）（ここでｊ＝０〜Ｎ）として、第２のリングレーザの共振器長を少しずつ（△
Ｌだけ）ずらしたものを並べればよい。もちろん第１の
リングレーザの共振器長はＬ１に固定する必要はない。

【００５４】リングレーザを１つだけ有する実施例の場
合は、ＤＦＢ或はＤＢＲレーザに注入する電流量を制御
して波長を変化させるのが現実的である。

【００５５】この際、受信装置においては波長可変光バ
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
のみを取り出して信号検波して、波長分割多重伝送が実
現される。

【００５６】

【発明の効果】本発明の効果は以下の通りである。
（１）偏波変調レーザを容易に作製できる。（２）軸モ
ード間隔を容易に制御できる。（３）他素子と集積化が
容易である。（４）偏波変調可能領域が広く安定してい
る。（５）多波長偏波変調レーザアレイが容易に実現で
きる（特に、ダブルリングレーザの場合）。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施例の平面図である。

【図２】図２は第１の実施例の製作方法を説明する断面
模式図である。

【図３】図３は第１の実施例の製作方法を説明する図１
のＡ−Ｂ断面模式図である。

【図４】図４は第１の実施例の製作方法を説明する出力
導波路部の断面模式図である。

【図５】図５は第３実施例の非対称量子井戸活性層のバ
ンド図である。

【図６】図６は第４実施例の平面と断面を示す模式図で
ある。

【図７】図７は本発明の第５の実施例の平面図である。

【図８】図８は第５の実施例の製作方法を説明する断面
模式図である。

【図９】図９は第５の実施例の製作方法を説明する図７
のＡ−Ｂ断面模式図である。

【図１０】図１０は第５の実施例の製作方法を説明する
ＤＦＢレーザ部の断面模式図である。

【図１１】図１１は本発明の第７の実施例の平面図であ
る。

【符号の説明】

１０１、７０１、１１０１基板１０２第１の領域１０３第２の領域１０４第１のリングレーザ１０５第２のリングレーザ１０６出力導波路１０７、７０５、１１０５無反射コート１０８、７０４、１１０４金属薄膜２０１、８０１光ガイド層２０２ａ、８０２ａ第１活性層２０２ｂ、８０２ｂ第２活性層２０３、８０３クラッド層２０４、８０４コンタクト層２０５、８０５誘電体マスク３０１、３０２、３０３、４０２、９０１、９０２
正電極３０４、９０４負電極５０１第１井戸層５０２第２井戸層５０３障壁層６０１、６０２スペーサ層７０２、１１０２リングレーザ７０３、１１０３ＤＦＢレーザ７０６光ファイバ８０６グレーティング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２の半導体レーザと出力光導
波路とを有する複合型半導体レーザであって、該第１の
半導体レーザは、第１の偏波モードに対して支配的な利
得を与える第１の活性領域と第１のリング共振器を有
し、該第２の半導体レーザは、第２の偏波モードに対し
て支配的な利得を与える第２の活性領域を有し、両者の
共振器は―部を共有することにより光学的に結合してな
ることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】前記第２の半導体レーザは第２のリング共
振器を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザ。
【請求項３】前記第１と第２のリング共振器は共振器長
が異なることを特徴とする請求項２記載の半導体レー
ザ。
【請求項４】前記第１と第２のリング共振器は幅が異な
ることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項５】前記第２の半導体レーザは分布帰還型共振
器（ＤＦＢ）を有することを特徴とする請求項１記載の
半導体レーザ。
【請求項６】前記第２の半導体レーザの分布帰還型共振
器（ＤＦＢ）は前記第１の半導体レーザの第１のリング
共振器中に形成されていることを特徴とする請求項５記
載の半導体レーザ。
【請求項７】前記第１の活性領域と第２の活性領域の一
方が引っ張り歪みを導入した量子井戸活性層からなり、
前記第１の活性領域と第２の活性領域の他方が無歪みあ
るいは圧縮歪みを導入した量子井戸活性層からなること
を特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の半導体レ
ーザ。
【請求項８】前記第１および第２の活性領域が同―の構
造の活性層からなり、その構造が無歪みあるいは圧縮歪
みを有するの第１の量子井戸層および引っ張り歪みを有
する第２量子井戸層からなる非対称量子井戸構造からな
ることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の半
導体レーザ。
【請求項９】前記第１および第２の半導体レーザと出力
光導波路は同一平面上に形成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。
【請求項１０】前記第１および第２の半導体レーザと出
力光導波路は層厚方向に多重して形成されていることを
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。
【請求項１１】前記第１の活性領域および第２の活性領
域に独立にキャリアを注入する手段を有することを特徴
とする請求項１乃至１０の何れかに記載の半導体レー
ザ。
【請求項１２】前記出力光導波路の端面に無反射コート
が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１の
何れかに記載の半導体レーザ。
【請求項１３】前記出力光導波路に、１つの偏光成分の
みを選択する偏光選択手段が形成されていることを特徴
とする請求項１乃至１２の何れかに記載の半導体レー
ザ。
【請求項１４】請求項１乃至１３の何れかに記載の半導
体レーザの駆動方法において、独立にキャリアを注入さ
れている前記第１の活性領域と第２の活性領域のうち少
なくとも一方に変調電流を重畳して前記出力光導波路に
出力される光の偏波変調あるいは偏波スイッチを行うこ
とを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
【請求項１５】請求項１４に記載の半導体レーザの駆動
方法で偏波スイッチングによる変調を行ない、偏光選択
手段によっていずれか一方の偏波モードのみを取り出し
て信号検波することを特徴とする光通信方法。
【請求項１６】請求項１３に記載の半導体レーザから成
り、該半導体レーザの偏波スイッチングによる変調を行
なって一方の偏波モードのみ取り出すことを特徴とする
光通信用光源装置。
【請求項１７】請求項１６に記載の光源装置からの光
を、１本の光伝送路に複数接続して複数の波長の光に信
号をのせてそれぞれ伝送させ、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して信号検波する様に、波長分割多
重伝送することを特徴とする光通信方法。