JPH10303495A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH10303495A JPH10303495A JP9112151A JP11215197A JPH10303495A JP H10303495 A JPH10303495 A JP H10303495A JP 9112151 A JP9112151 A JP 9112151A JP 11215197 A JP11215197 A JP 11215197A JP H10303495 A JPH10303495 A JP H10303495A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＤＦＢレーザの発振強度の温度特性を改善す
る。 【解決手段】 回折格子で定まる発振波長λｃと活性層
の利得スペクトルのピーク波長λｇとの関係が，２５℃
において，０≦λｇ−λｃ≦１０nmとなるようにピーク
波長λｇを選定する。また，出射面の反射率を０．１％
以下にする。２５℃でλｇ−λｃが小さいため，高温で
λｇ−λｃが大きくならず，また低温でもλｇ−λｃの
絶対値は高温時より小さい。このため，発振強度の温度
依存性が小さい。また，かかる構成で生ずる低温でのフ
ァブリペロ発振を防止できる。
る。 【解決手段】 回折格子で定まる発振波長λｃと活性層
の利得スペクトルのピーク波長λｇとの関係が，２５℃
において，０≦λｇ−λｃ≦１０nmとなるようにピーク
波長λｇを選定する。また，出射面の反射率を０．１％
以下にする。２５℃でλｇ−λｃが小さいため，高温で
λｇ−λｃが大きくならず，また低温でもλｇ−λｃの
絶対値は高温時より小さい。このため，発振強度の温度
依存性が小さい。また，かかる構成で生ずる低温でのフ
ァブリペロ発振を防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回折格子により発振
波長が決定される半導体レーザに関し，とくに温度特性
の優れた半導体レーザに関する。
波長が決定される半導体レーザに関し，とくに温度特性
の優れた半導体レーザに関する。
【０００２】分布帰還型半導体レーザに代表される回折
格子を備え，その回折格子により選定される特定の波長
に発振波長が決定される半導体レーザは，発振波長の制
御性等が優れるため広く光通信に使用されている。かか
る半導体レーザを組み込んだ光通信用半導体レーザモジ
ュールは，小型化及び低消費電力化の観点から冷却装置
を省略することが望まれる。しかし，冷却装置を省略す
るには，環境の温度変化に対する半導体レーザの発振光
強度の変動が十分小さくなくてはならない。このため，
発振光強度の温度特性が優れた半導体レーザが要望され
ている。
格子を備え，その回折格子により選定される特定の波長
に発振波長が決定される半導体レーザは，発振波長の制
御性等が優れるため広く光通信に使用されている。かか
る半導体レーザを組み込んだ光通信用半導体レーザモジ
ュールは，小型化及び低消費電力化の観点から冷却装置
を省略することが望まれる。しかし，冷却装置を省略す
るには，環境の温度変化に対する半導体レーザの発振光
強度の変動が十分小さくなくてはならない。このため，
発振光強度の温度特性が優れた半導体レーザが要望され
ている。
【０００３】
【従来の技術】従来の半導体レーザでは，応答特性を向
上するため，回折格子により決定される発振波長を活性
層の利得ピーク波長より１０nmを越える短波長領域に設
定していた。しかし，かかる構成の半導体レーザは，そ
の構造上の理由から環境の温度変化に対する発振しきい
値及び発振強度の変動が大きく，半導体レーザの冷却装
置を具備しない半導体レーザモジュールに用いることが
できない。以下，分布帰還型半導体レーザの従来例に基
づいてその理由を説明する。
上するため，回折格子により決定される発振波長を活性
層の利得ピーク波長より１０nmを越える短波長領域に設
定していた。しかし，かかる構成の半導体レーザは，そ
の構造上の理由から環境の温度変化に対する発振しきい
値及び発振強度の変動が大きく，半導体レーザの冷却装
置を具備しない半導体レーザモジュールに用いることが
できない。以下，分布帰還型半導体レーザの従来例に基
づいてその理由を説明する。
【０００４】図２は従来例説明図であり，異なる温度に
おける従来の半導体レーザの活性層の利得スペクトル及
び発振波長を表している。図２中，λｇ活性層の利得ス
ペクトルのピーク波長を，λｃは発振波長を表し，曲線
ａ，ｂ，ｃはそれぞれ温度が−４０℃，２５℃及び８５
℃における活性層の利得スペクトル及び発振波長を表し
ている。
おける従来の半導体レーザの活性層の利得スペクトル及
び発振波長を表している。図２中，λｇ活性層の利得ス
ペクトルのピーク波長を，λｃは発振波長を表し，曲線
ａ，ｂ，ｃはそれぞれ温度が−４０℃，２５℃及び８５
℃における活性層の利得スペクトル及び発振波長を表し
ている。
【０００５】図２を参照して，従来の半導体レーザで
は，曲線ｂに示すように２５℃において，活性層の利得
スペクトルのピーク波長λｇより１０nmを越える短波長
領域に発振波長λｃを設定していた。これは，応答特性
を改善するためである。
は，曲線ｂに示すように２５℃において，活性層の利得
スペクトルのピーク波長λｇより１０nmを越える短波長
領域に発振波長λｃを設定していた。これは，応答特性
を改善するためである。
【０００６】ここで，活性層の利得スペクトルは主に活
性層の材料により決定され，また，発振波長λｃは主に
回折格子のピッチ，活性層から回折格子までの距離及び
光導波路の屈折率により決定される。このように利得ス
ペクトルと発振波長λｃとの決定要因が異なるため，利
得スペクトルのピーク波長λｇと発振波長λｃとの温度
特性は異なる。回折格子を使用する半導体レーザでは一
般に，発振波長λｃの温度依存性及び活性層の利得スペ
クトルのピーク波長λｇの温度依存性は両者とも正，即
ち温度上昇とともに長波長側に移動する性質を有する。
さらに，活性層の利得スペクトルのピーク波長λｇの温
度依存性は，発振波長λｃの温度依存性，即ち回折格子
の温度依存性より小さい。その結果，かかる半導体レー
ザでは，高温では曲線ｃを参照して，利得スペクトルの
ピーク波長λｇが発振波長λｃよりも大きく長波長側に
シフトし，ピーク波長λｇと発振波長λｃとの波長差λ
ｇ−λｃが拡大する。従来の半導体レーザでは，２５℃
において既に１０nmを越えるピーク波長λｇと発振波長
λｃとの波長差λｇ−λｃが設けられているため，この
２５℃で設定した波長差λｇ−λｃが温度上昇に基づき
拡大する波長差に加算され，高温では非常に大きな波長
差を生ずる。その結果発振しきい値は大きくかつ発振強
度は弱くなる。逆に低温では曲線ａを参照して，ピーク
波長λｇと発振波長λｃとの差λｇ−λｃが小さくな
り，発振しきい値は小さく発振強度は強くなる。このた
め，従来の半導体レーザは発振しきい値及び発振強度の
温度依存性が大きい。
性層の材料により決定され，また，発振波長λｃは主に
回折格子のピッチ，活性層から回折格子までの距離及び
光導波路の屈折率により決定される。このように利得ス
ペクトルと発振波長λｃとの決定要因が異なるため，利
得スペクトルのピーク波長λｇと発振波長λｃとの温度
特性は異なる。回折格子を使用する半導体レーザでは一
般に，発振波長λｃの温度依存性及び活性層の利得スペ
クトルのピーク波長λｇの温度依存性は両者とも正，即
ち温度上昇とともに長波長側に移動する性質を有する。
さらに，活性層の利得スペクトルのピーク波長λｇの温
度依存性は，発振波長λｃの温度依存性，即ち回折格子
の温度依存性より小さい。その結果，かかる半導体レー
ザでは，高温では曲線ｃを参照して，利得スペクトルの
ピーク波長λｇが発振波長λｃよりも大きく長波長側に
シフトし，ピーク波長λｇと発振波長λｃとの波長差λ
ｇ−λｃが拡大する。従来の半導体レーザでは，２５℃
において既に１０nmを越えるピーク波長λｇと発振波長
λｃとの波長差λｇ−λｃが設けられているため，この
２５℃で設定した波長差λｇ−λｃが温度上昇に基づき
拡大する波長差に加算され，高温では非常に大きな波長
差を生ずる。その結果発振しきい値は大きくかつ発振強
度は弱くなる。逆に低温では曲線ａを参照して，ピーク
波長λｇと発振波長λｃとの差λｇ−λｃが小さくな
り，発振しきい値は小さく発振強度は強くなる。このた
め，従来の半導体レーザは発振しきい値及び発振強度の
温度依存性が大きい。
【０００７】一方，回折格子を使用する半導体レーザで
は，光の出射面に反射防止膜を設けて戻り光を減少さ
せ，また反対面を高反射率の反射面として光の損失を少
なくする。この出射面に設ける反射防止膜は，反射面と
の間で構成されるファブリペロ共振器に基づくファブリ
ペロ発振を防止できる程度の低反射率でなければならな
い。上述した従来の半導体レーザでは，半導体レーザの
冷却装置の使用を前提とし半導体レーザの周囲温度を２
５℃近くに制御しているため，２５℃近くでファブリペ
ロ発振が生じない程度の低反射率に設計される。かかる
反射防止膜は，具体的には１％程度の反射率の単層膜で
実現されている。
は，光の出射面に反射防止膜を設けて戻り光を減少さ
せ，また反対面を高反射率の反射面として光の損失を少
なくする。この出射面に設ける反射防止膜は，反射面と
の間で構成されるファブリペロ共振器に基づくファブリ
ペロ発振を防止できる程度の低反射率でなければならな
い。上述した従来の半導体レーザでは，半導体レーザの
冷却装置の使用を前提とし半導体レーザの周囲温度を２
５℃近くに制御しているため，２５℃近くでファブリペ
ロ発振が生じない程度の低反射率に設計される。かかる
反射防止膜は，具体的には１％程度の反射率の単層膜で
実現されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように，従来
の半導体レーザでは，２５℃において発振波長を活性層
のピーク波長より１０nmを越えて短波長に設定するた
め，発振波長とピーク波長との差が，２５℃における値
より低温で小さく高温で大きくなり，発振しきい値及び
発振強度の温度依存性が大きいという問題があった。
の半導体レーザでは，２５℃において発振波長を活性層
のピーク波長より１０nmを越えて短波長に設定するた
め，発振波長とピーク波長との差が，２５℃における値
より低温で小さく高温で大きくなり，発振しきい値及び
発振強度の温度依存性が大きいという問題があった。
【０００９】本発明は，発振波長と活性層の利得スペク
トルのピーク波長との差を使用温度範囲で小さく設定す
ることで，発振しきい値及び発振強度の温度依存性の小
さい半導体レーザを提供することを目的とする。さら
に，かかる構成で発生しやすくなるファブリペロ発振を
抑制することで，温度依存性が小さくかつ寄生発振が起
こりにくい半導体レーザを提供することを目的とする。
トルのピーク波長との差を使用温度範囲で小さく設定す
ることで，発振しきい値及び発振強度の温度依存性の小
さい半導体レーザを提供することを目的とする。さら
に，かかる構成で発生しやすくなるファブリペロ発振を
抑制することで，温度依存性が小さくかつ寄生発振が起
こりにくい半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図であり，異なる温度における本発明にかかる半導体レ
ーザの活性層の利得スペクトル及び発振波長を表してい
る。図２中，λｇ活性層の利得スペクトルのピーク波長
を，λｃは発振波長を表し，ａ，ｂ，ｃはそれぞれ温度
が−４０℃，２５℃及び８５℃における活性層の利得ス
ペクトル及び発振波長を表している。図３は本発明の実
施例斜視図であり，埋め込みメサストライプ型分布帰還
型半導体レーザを表している。図４は本発明の実施例Ａ
部断面であり，図３中のＡ部，即ち半導体レーザの光出
射面の断面構造を表している。
図であり，異なる温度における本発明にかかる半導体レ
ーザの活性層の利得スペクトル及び発振波長を表してい
る。図２中，λｇ活性層の利得スペクトルのピーク波長
を，λｃは発振波長を表し，ａ，ｂ，ｃはそれぞれ温度
が−４０℃，２５℃及び８５℃における活性層の利得ス
ペクトル及び発振波長を表している。図３は本発明の実
施例斜視図であり，埋め込みメサストライプ型分布帰還
型半導体レーザを表している。図４は本発明の実施例Ａ
部断面であり，図３中のＡ部，即ち半導体レーザの光出
射面の断面構造を表している。
【００１１】上記課題を解決するための本発明の第一の
構成は，図１及び図３を参照して，活性層４と発振波長
λｃを決定する回折格子１０とを有する半導体レーザに
おいて，該発振波長をλｃとし，該活性層の利得スペク
トルのピーク波長をλｇとするとき，２５℃において，
０≦λｇ−λｃ≦１０nm，であることを特徴として構成
し，及び，第二の構成は，図３及び図４を参照して，第
一の構成の半導体レーザにおいて，光の出射面６に形成
された０．１％以下の反射率を有する反射防止膜８と，
該出射面６の対向面に形成された反射膜とを備えたこと
を特徴として構成し，及び，第三の構成は，ＩｎＰ基板
上に形成されたメサストライプ型分布帰還型半導体レー
ザからなることを特徴とする第一又は第二の構成の半導
体レーザとして構成する。
構成は，図１及び図３を参照して，活性層４と発振波長
λｃを決定する回折格子１０とを有する半導体レーザに
おいて，該発振波長をλｃとし，該活性層の利得スペク
トルのピーク波長をλｇとするとき，２５℃において，
０≦λｇ−λｃ≦１０nm，であることを特徴として構成
し，及び，第二の構成は，図３及び図４を参照して，第
一の構成の半導体レーザにおいて，光の出射面６に形成
された０．１％以下の反射率を有する反射防止膜８と，
該出射面６の対向面に形成された反射膜とを備えたこと
を特徴として構成し，及び，第三の構成は，ＩｎＰ基板
上に形成されたメサストライプ型分布帰還型半導体レー
ザからなることを特徴とする第一又は第二の構成の半導
体レーザとして構成する。
【００１２】本発明の第一の構成では，半導体レーザは
活性層と回折格子を有し，その発振波長は回折格子によ
り決定される。かかる半導体レーザには，例えば分布帰
還型（ＤＦＢ）レーザ，分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）
レーザ，分布反射型（ＤＲ）レーザがある。本構成で
は，図１中の曲線ｂを参照して，２５℃において，活性
層の利得スペクトルのピーク波長λｇが所定の発振波長
λｃに対して，０≦λｇ−λｃ≦１０nm，が成立するよ
うに活性層を設計する。かかる活性層の利得スペクトル
のピーク波長λｇは，例えば多重量子井戸構造の発振層
では井戸層の厚さ又は材料を選定することで，また一層
の発振層では適切な禁制帯幅の発振層材料を選定するこ
とで所望の波長に設定することができる。
活性層と回折格子を有し，その発振波長は回折格子によ
り決定される。かかる半導体レーザには，例えば分布帰
還型（ＤＦＢ）レーザ，分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）
レーザ，分布反射型（ＤＲ）レーザがある。本構成で
は，図１中の曲線ｂを参照して，２５℃において，活性
層の利得スペクトルのピーク波長λｇが所定の発振波長
λｃに対して，０≦λｇ−λｃ≦１０nm，が成立するよ
うに活性層を設計する。かかる活性層の利得スペクトル
のピーク波長λｇは，例えば多重量子井戸構造の発振層
では井戸層の厚さ又は材料を選定することで，また一層
の発振層では適切な禁制帯幅の発振層材料を選定するこ
とで所望の波長に設定することができる。
【００１３】既述のように，一般に，利得スペクトルの
ピーク波長λｇの温度変化は回折格子で定まる発振波長
λｃの温度変化より大きく，かつこれらの変化は温度係
数が正であり温度上昇とともに長波長側にシフトする。
従って，温度上昇とともに，図１の曲線ｃを参照して，
利得スペクトルのピーク波長λｇは，長波長側に向かっ
て発振波長λｃの移動量よりも大きく移動する。その結
果ピーク波長λｇと発振波長λｃとの差λｇ−λｃは２
５℃の場合よりも大きくなる。これは既述の従来の半導
体レーザも同様である。
ピーク波長λｇの温度変化は回折格子で定まる発振波長
λｃの温度変化より大きく，かつこれらの変化は温度係
数が正であり温度上昇とともに長波長側にシフトする。
従って，温度上昇とともに，図１の曲線ｃを参照して，
利得スペクトルのピーク波長λｇは，長波長側に向かっ
て発振波長λｃの移動量よりも大きく移動する。その結
果ピーク波長λｇと発振波長λｃとの差λｇ−λｃは２
５℃の場合よりも大きくなる。これは既述の従来の半導
体レーザも同様である。
【００１４】しかし，本発明の第一の構成では，図１の
曲線ｂを参照して，２５℃におけるピーク波長λｇと発
振波長λｃとの差λｇ−λｃが１０nm以内と小さいか
ら，２５℃においてピーク波長λｇと発振波長λｃとの
差λｇ−λｃが１０nm以上の従来の半導体レーザより
も，高温におけるピーク波長λｇと発振波長λｃとの差
λｇ−λｃは小さい。従って，本構成の半導体レーザに
おける昇温時の発振しきい値及び発振強度の温度変化
は，従来の半導体レーザより小さい。
曲線ｂを参照して，２５℃におけるピーク波長λｇと発
振波長λｃとの差λｇ−λｃが１０nm以内と小さいか
ら，２５℃においてピーク波長λｇと発振波長λｃとの
差λｇ−λｃが１０nm以上の従来の半導体レーザより
も，高温におけるピーク波長λｇと発振波長λｃとの差
λｇ−λｃは小さい。従って，本構成の半導体レーザに
おける昇温時の発振しきい値及び発振強度の温度変化
は，従来の半導体レーザより小さい。
【００１５】さらに本構成の半導体レーザでは，図１の
曲線ａを参照して，温度降下とともにピーク波長λｇは
発振波長λｃに近ずき，さらには発振波長λｃを越えて
より短波長側にまで変化する。その結果，低温における
ピーク波長λｇと発振波長λｃとの波長差λｇ−λｃ
は，温度降下とともにピーク波長λｇと発振波長λｃと
が近づく一方の従来の半導体レーザよりも小さい場合も
大きい場合も起こりえる。しかし，２５℃からの温度変
化の絶対値が同じならば，低温時の波長差が高温時の波
長差を越えることはない。従って，本構成の半導体レー
ザでは，降温時の発振しきい値及び発振強度の温度変化
は，大きなときでもたかだか高温時の発振しきい値及び
発振強度の変化の程度に留まり，結果として全温度領域
にわたる発振しきい値及び発振強度の変動は従来の半導
体レーザより小さくなる。
曲線ａを参照して，温度降下とともにピーク波長λｇは
発振波長λｃに近ずき，さらには発振波長λｃを越えて
より短波長側にまで変化する。その結果，低温における
ピーク波長λｇと発振波長λｃとの波長差λｇ−λｃ
は，温度降下とともにピーク波長λｇと発振波長λｃと
が近づく一方の従来の半導体レーザよりも小さい場合も
大きい場合も起こりえる。しかし，２５℃からの温度変
化の絶対値が同じならば，低温時の波長差が高温時の波
長差を越えることはない。従って，本構成の半導体レー
ザでは，降温時の発振しきい値及び発振強度の温度変化
は，大きなときでもたかだか高温時の発振しきい値及び
発振強度の変化の程度に留まり，結果として全温度領域
にわたる発振しきい値及び発振強度の変動は従来の半導
体レーザより小さくなる。
【００１６】さらに，本構成の半導体レーザでは，２５
℃において０≦λｇ−λｃとする。これは，λｇ−λｃ
≦０とした半導体レーザは，低温においてファブリペロ
発振に基づく寄生発振を起こすため，低温環境で使用す
るためには適しないためである。なお，低温時のファブ
リペロ発振は，以下に述べる第二の構成を採用する場合
にも生じた。
℃において０≦λｇ−λｃとする。これは，λｇ−λｃ
≦０とした半導体レーザは，低温においてファブリペロ
発振に基づく寄生発振を起こすため，低温環境で使用す
るためには適しないためである。なお，低温時のファブ
リペロ発振は，以下に述べる第二の構成を採用する場合
にも生じた。
【００１７】本発明の第二の構成では，図３及び図４を
参照して，出射面６に反射率が０．１％以下の反射防止
膜を形成し，一方の対向面に反射膜を形成して高反射率
の反射面７とする。
参照して，出射面６に反射率が０．１％以下の反射防止
膜を形成し，一方の対向面に反射膜を形成して高反射率
の反射面７とする。
【００１８】半導体レーザは，一般に低温で寄生振動を
起こしやすい。既述した従来の半導体レーザでは，冷却
装置の使用のもと２５℃付近の温度で使用されるため，
本発明の半導体レーザが使用されるような低温，例えば
−４０℃における程には寄生発振を起こしにくい。さら
に，図２を参照して，低温では活性層の利得スペクトル
ピーク波長λｇは発振波長λｃに近くなる。一方，ファ
ブリペロ共振波長λFは寄生発振を避けるため発振波長
λｃより十分短波長側に設定される。その結果，ファブ
リペロ共振波長λF はスペクトルのピーク波長λｇから
短波長側に十分離にはなれ，ファブリペロ共振波長λF
での活性層の利得は非常に小さい。このため，ファブリ
ペロ共振に基づく寄生発振は，光の出射面の反射防止膜
の反射率を１％程度とすることで十分である。かかる程
度の反射防止膜は一層のコートで実現することができ
る。
起こしやすい。既述した従来の半導体レーザでは，冷却
装置の使用のもと２５℃付近の温度で使用されるため，
本発明の半導体レーザが使用されるような低温，例えば
−４０℃における程には寄生発振を起こしにくい。さら
に，図２を参照して，低温では活性層の利得スペクトル
ピーク波長λｇは発振波長λｃに近くなる。一方，ファ
ブリペロ共振波長λFは寄生発振を避けるため発振波長
λｃより十分短波長側に設定される。その結果，ファブ
リペロ共振波長λF はスペクトルのピーク波長λｇから
短波長側に十分離にはなれ，ファブリペロ共振波長λF
での活性層の利得は非常に小さい。このため，ファブリ
ペロ共振に基づく寄生発振は，光の出射面の反射防止膜
の反射率を１％程度とすることで十分である。かかる程
度の反射防止膜は一層のコートで実現することができ
る。
【００１９】これに対して，低温においても使用される
本発明の半導体レーザでは，ファブリペロ共振に基づく
寄生発振を起こしやすい。さらに 上述した本発明の第
一の構成に係る半導体レーザでは，図１を参照して，低
温時においてピーク波長λｇが発振波長λｃよりも短波
長領域に大きく移動する。このため，ファブリペロ共振
波長λF が存在する短波長領域にまで活性層の高利得ス
ペクトル領域が移動し，ファブリペロ共振に基づく寄生
発振がさらに起こりやすくなる。このため，従来の半導
体レーザに使用されている一層の反射防止膜によって
は，低温での寄生発振が避けられず実用に給し得ない。
本発明者は実験により，このファブリペロ共振に基づく
寄生発振は，２５℃において発振波長λｇと活性層の利
得スペクトルのピーク波長とを一致させた場合，反射防
止膜の反射率が０．１％以下のとき−４０℃〜８５℃に
おいて発生を防止することができることを確認した。本
発明の第二の構成では，出射面６の反射率を０．１％と
することで，高反射率の反射面７と出射面６とで構成さ
れるファブリペロ共振器の利得を低くする。これによ
り，ファブリペロ共振に基づく寄生発振が回避される。
かかる反射率が０．１％程度の反射防止膜は例えば２層
膜により実現される。また，２層膜の反射防止膜は，反
射率が０．１％〜０．０４％程度であり−４０℃での寄
生発振防止に有効である一方，３層以上の多層膜に較べ
製作が容易である。なお，反射面を高反射率の反射面７
とするのは，従来と同じく光の損失を小さくするためで
ある。
本発明の半導体レーザでは，ファブリペロ共振に基づく
寄生発振を起こしやすい。さらに 上述した本発明の第
一の構成に係る半導体レーザでは，図１を参照して，低
温時においてピーク波長λｇが発振波長λｃよりも短波
長領域に大きく移動する。このため，ファブリペロ共振
波長λF が存在する短波長領域にまで活性層の高利得ス
ペクトル領域が移動し，ファブリペロ共振に基づく寄生
発振がさらに起こりやすくなる。このため，従来の半導
体レーザに使用されている一層の反射防止膜によって
は，低温での寄生発振が避けられず実用に給し得ない。
本発明者は実験により，このファブリペロ共振に基づく
寄生発振は，２５℃において発振波長λｇと活性層の利
得スペクトルのピーク波長とを一致させた場合，反射防
止膜の反射率が０．１％以下のとき−４０℃〜８５℃に
おいて発生を防止することができることを確認した。本
発明の第二の構成では，出射面６の反射率を０．１％と
することで，高反射率の反射面７と出射面６とで構成さ
れるファブリペロ共振器の利得を低くする。これによ
り，ファブリペロ共振に基づく寄生発振が回避される。
かかる反射率が０．１％程度の反射防止膜は例えば２層
膜により実現される。また，２層膜の反射防止膜は，反
射率が０．１％〜０．０４％程度であり−４０℃での寄
生発振防止に有効である一方，３層以上の多層膜に較べ
製作が容易である。なお，反射面を高反射率の反射面７
とするのは，従来と同じく光の損失を小さくするためで
ある。
【００２０】上述した第一及び第二の構成は，１．３又
は１．５μｍ帯の光通信に広く使用さている半導体レー
ザ，例えばＩｎＰ基板上に形成されたメサストライプ型
分布帰還型半導体レーザに有効に適用することができ
る。
は１．５μｍ帯の光通信に広く使用さている半導体レー
ザ，例えばＩｎＰ基板上に形成されたメサストライプ型
分布帰還型半導体レーザに有効に適用することができ
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明を１．３μｍ帯用の埋め込
みメサストライプ型帰還分布型半導体レーザに適用した
実施例を参照して説明する。
みメサストライプ型帰還分布型半導体レーザに適用した
実施例を参照して説明する。
【００２２】本実施例の半導体レーザは，図３を参照し
て，ＩｎＰ基板１上に形成されたメサ９内に活性層４と
回折格子１０が形成される。メサ９は，ｎ型ＩｎＰ基板
１側からガイド層２，下側ＳＣＨ層３，活性層４，上側
ＳＣＨ層３，及びｐ型ＩｎＰクラッド層５が順次積層さ
れて構成される。なお，基板１の裏面及びメサ９上に設
けられる電極は図示されていない。
て，ＩｎＰ基板１上に形成されたメサ９内に活性層４と
回折格子１０が形成される。メサ９は，ｎ型ＩｎＰ基板
１側からガイド層２，下側ＳＣＨ層３，活性層４，上側
ＳＣＨ層３，及びｐ型ＩｎＰクラッド層５が順次積層さ
れて構成される。なお，基板１の裏面及びメサ９上に設
けられる電極は図示されていない。
【００２３】図５は，本発明の実施例エネルギーバンド
図であり，メサ９の積層構造を図４中の線ＡＢに沿うエ
ネルギーバンドにより表したものである。図５を参照し
て，活性層４は，ＰＬ発光波長が１２４８nmのＩｎＧａ
ＡｓＰからなる厚さ６nmの井戸層４ｂとＰＬ発光波長が
１１００nmのＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ１０nmの障壁
層４ａとを交互に積層した多重量子井戸構造を有する。
従来の半導体レーザの井戸層のＰＬ発光波長は１２６０
nm程度で，その利得スペクトルのピーク波長は２５℃に
おいて発振波長より１０nm以上離れていたが，本実施例
の場合は利得スペクトルのピーク波長は２５℃において
発振波長にほぼ等しい。なお，この活性層４の利得スペ
クトルのピーク波長λｇは，井戸層４ｂの電子準位のバ
ンド幅Ｅｇに関連し，井戸層４ｂの組成又は厚さを変更
することで変えることができる。
図であり，メサ９の積層構造を図４中の線ＡＢに沿うエ
ネルギーバンドにより表したものである。図５を参照し
て，活性層４は，ＰＬ発光波長が１２４８nmのＩｎＧａ
ＡｓＰからなる厚さ６nmの井戸層４ｂとＰＬ発光波長が
１１００nmのＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ１０nmの障壁
層４ａとを交互に積層した多重量子井戸構造を有する。
従来の半導体レーザの井戸層のＰＬ発光波長は１２６０
nm程度で，その利得スペクトルのピーク波長は２５℃に
おいて発振波長より１０nm以上離れていたが，本実施例
の場合は利得スペクトルのピーク波長は２５℃において
発振波長にほぼ等しい。なお，この活性層４の利得スペ
クトルのピーク波長λｇは，井戸層４ｂの電子準位のバ
ンド幅Ｅｇに関連し，井戸層４ｂの組成又は厚さを変更
することで変えることができる。
【００２４】ＳＣＨ層は厚さ１００nmのＩｎＧａＡｓＰ
からなり，活性層４のそれぞれ上下に設けられる。ま
た，ガイド層２は厚さ１００nmのＩｎＧａＡｓＰからな
り，基板１との界面に回折格子１０を構成する周期２０
２nmのコルゲーションが形成される。
からなり，活性層４のそれぞれ上下に設けられる。ま
た，ガイド層２は厚さ１００nmのＩｎＧａＡｓＰからな
り，基板１との界面に回折格子１０を構成する周期２０
２nmのコルゲーションが形成される。
【００２５】図４を参照して，半導体レーザの対向する
端面のうち，光の出射面６には反射防止膜が形成され，
他の端面である反射面７には通常用いられる高反射率の
反射膜が形成される。この反射防止膜８はＴｉＯ2 膜８
ｂ上にＳｉ０2 膜８ａを堆積した２層膜からなり, ０．
１．％以下の反射率が得られ，通常用いられる一層の反
射防止膜より１．３μｍ帯での反射率が低い。
端面のうち，光の出射面６には反射防止膜が形成され，
他の端面である反射面７には通常用いられる高反射率の
反射膜が形成される。この反射防止膜８はＴｉＯ2 膜８
ｂ上にＳｉ０2 膜８ａを堆積した２層膜からなり, ０．
１．％以下の反射率が得られ，通常用いられる一層の反
射防止膜より１．３μｍ帯での反射率が低い。
【００２６】上述した本実施例の半導体レーザの活性層
の利得スペクトルのピーク波長は０．４〜０．５nm／℃
の温度係数を有し，発振波長の温度係数は略０．１nm／
℃であった。また，８５℃から−４０℃の範囲につい
て，同じ温度係数のピーク波長及び発振波長特性を有す
る従来の半導体レーザよりも，しきい値温度依存性及び
発光効率温度依存性が小さく，さらにかかる温度範囲に
おいてファブリペロ発振に基づく寄生発振は観測されな
かった。
の利得スペクトルのピーク波長は０．４〜０．５nm／℃
の温度係数を有し，発振波長の温度係数は略０．１nm／
℃であった。また，８５℃から−４０℃の範囲につい
て，同じ温度係数のピーク波長及び発振波長特性を有す
る従来の半導体レーザよりも，しきい値温度依存性及び
発光効率温度依存性が小さく，さらにかかる温度範囲に
おいてファブリペロ発振に基づく寄生発振は観測されな
かった。
【００２７】
【発明の効果】上述したように本発明によれば，回折格
子により発振波長が定まる半導体レーザにおいて，低温
から高温にいたるまで活性層の利得スペクトルのピーク
波長と発振波長との差が小さいため，発振しきい値及び
発振強度の温度依存性が小さな半導体レーザを提供する
ことができる。さらに，反射防止膜の反射率を０．１％
以下にすることで，低温における寄生発振を防止するこ
とができるため，温度依存性が小さくかつ低温における
寄生発振のない半導体レーザを提供することができる。
従って，本発明は光通信器の性能向上に寄与するところ
が大きい。
子により発振波長が定まる半導体レーザにおいて，低温
から高温にいたるまで活性層の利得スペクトルのピーク
波長と発振波長との差が小さいため，発振しきい値及び
発振強度の温度依存性が小さな半導体レーザを提供する
ことができる。さらに，反射防止膜の反射率を０．１％
以下にすることで，低温における寄生発振を防止するこ
とができるため，温度依存性が小さくかつ低温における
寄生発振のない半導体レーザを提供することができる。
従って，本発明は光通信器の性能向上に寄与するところ
が大きい。
【図１】 本発明の原理説明図
【図２】 従来例説明図
【図３】 本発明の実施例斜視図
【図４】 本発明の実施例Ａ部断面図
【図５】 本発明の実施例エネルギーバンド図
１ 基板 ２ ガイド層 ３ ＳＣＨ層 ４ 活性層 ４ａ 障壁層 ４ｂ 井戸層 ５ クラッド層 ６ 出射面 ７ 反射面 ８ 反射防止膜 ８ａ ＳｉＯ2 膜 ８ｂ ＴｉＯ2 膜 ９ メサ １０ 回折格子
Claims (3)
- 【請求項１】 活性層と発振波長を決定する回折格子と
を有する半導体レーザにおいて，該発振波長をλｃと
し，該活性層の利得スペクトルのピーク波長をλｇとす
るとき，２５℃において， ０≦λｇ−λｃ≦１０nm， であることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザにおいて，
光の出射面に形成された０．１％以下の反射率を有する
反射防止膜と，該出射面の対向面に形成された反射膜と
を備えたことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 ＩｎＰ基板上に形成されたメサストライ
プ型分布帰還型半導体レーザからなることを特徴とする
請求項１又は２記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9112151A JPH10303495A (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9112151A JPH10303495A (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10303495A true JPH10303495A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=14579520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9112151A Pending JPH10303495A (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10303495A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001065649A1 (fr) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Dispositif laser a semiconducteur |
| US7103081B2 (en) | 2002-10-18 | 2006-09-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | DFB laser with ar coating selected to provide wide temperature range of operation |
| JP2007012691A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ |
| WO2015108197A1 (ja) * | 2014-01-20 | 2015-07-23 | 日本碍子株式会社 | 外部共振器型発光装置 |
| JP2016046276A (ja) * | 2014-08-19 | 2016-04-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | 波長掃引型半導体レーザ素子及びガス濃度測定装置 |
| WO2017022142A1 (ja) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
Citations (12)
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| JPH05327128A (ja) * | 1992-05-19 | 1993-12-10 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
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| JPH10117040A (ja) * | 1996-10-08 | 1998-05-06 | Nec Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-04-30 JP JP9112151A patent/JPH10303495A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030422 |