JPS59188988A - 半導体レ−ザおよびその駆動方法 - Google Patents

半導体レ−ザおよびその駆動方法

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JPS59188988A
JPS59188988A JP58063182A JP6318283A JPS59188988A JP S59188988 A JPS59188988 A JP S59188988A JP 58063182 A JP58063182 A JP 58063182A JP 6318283 A JP6318283 A JP 6318283A JP S59188988 A JPS59188988 A JP S59188988A
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optical waveguide
waveguide layer
current
semiconductor laser
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Kazuhisa Kaede
楓　和久
Hiroyoshi Rangu
博義 覧具
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NEC Corp
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    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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    • H01S3/137—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
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    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発振周波数を安定化した半導体レーザおよびそ
の駆動方法に関する。
近年、半導体レーザおよび光フアイバ特性の著しい向上
に伴い光通信方式の一つとして半導体レーザを用いたア
ナログ直接変調光ファイバ通信方式が注目されている。
しかし、半導体レーザ特有の性質であるレーザ光の可干
渉性及び光ファイバのモード分散のため光フアイバ内で
スペックルパターンが生じ、これが変調信号に基づく発
振周波数の変動等によって光フアイバ内でゆらぐことに
よりいわゆるモード雑音を引き起こしてアナログ光ファ
イバ通信の障害の一つとなっていた。したがって、品質
の高いアナ光 ログ洸ファイバ通信を行５には発振周波数の安定した半
導体レーザが望まれていた。
従来、半導体レーザとしては第１図に示すように２つの
臂開面１１　、１２により７アプリ・ベロー共振器を構
成し、Ｐ形半導体層１３及びル形半導体層１４に挾まれ
た活性層１５に電極１６　、１７から電流を注入し、活
性層１５において光を放出上、増幅゛させ℃レーザ光を
得るものがあった。しかし、このような半導体レーザに
おいては、レーザ発振光を強度変調させるには活性層１
５に注入するキャリア電子の数を変動させると、自由電
子プラズマ効果や電子のバンド間遷移に関わる屈折率の
分散曲線の変化により光学的な共振器長が変動する結果
、発振周波数が変動するという欠点があった。
本発明の目的は、上述の欠点を除去し、レーザ発振光を
強度変調させるため活性層に注入するキャリア電子の数
を変動させても発振周波数が変動しない半導体レーザと
その駆動方法を提供することにある。
本発明の半導体レーザは、活性層となる第１の光導波路
層と、第１の光導波路層に接続した第２０光導波路層と
、前記第１の光導波路層に電流を注入する手段と、前記
第２の光導波路層に空乏領域を形成する手段とを備えて
おり、またその駆動方法は上記半導体レーザの活性層に
変調信号電流を注入すると共に第２０光導波路層に隣接
しているｐｎ接合部に変調、信号に比例した逆バイアス
電圧を印加する構成となっている。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第２図は本発明による好ましい一実施例の断面を含む斜
視図を示したものである。
第２図において、２０１は５形−Ｍの基板、２０２はル
型Ａｌ１ＧａＡｓの第１のクラッド層、２０３は活性層
となるル型ＧａＡａの第１の光導波路層、２０４はＰ壓
）ＪＧｓＡｓの第２のクラッド層、２０５はｐ”ｍ　Ｇ
ａＡｓのコンタクト層、２０６はＰ型ＩＪＧａＡｓの第
３のクラッド層、２０７はＰ型ＧａＡｓの第２の光導波
路層、２０８はル型Ａ１１ＧｓＡｓの第４のクラッド層
、２０９は高抵抗のＡｌＧａＡｓからなる埋め込み層、
２１０はＡ計侮の共通電極、２１１はＡｕ−Ｚｎからな
るレーザのＰ側電極、２１２は前記第２の光導波路層２
０７と前記第４のクラッド層の境界のｐｎ接合部に逆バ
イアス電圧を印加するためのＡｕ−Ｇ５からなる制御電
極である。
ここで、第１の光導波路層２０３及び第２０光導波路層
２０７の厚さは約０．１５μｍ、これらの層が埋め込み
層２０９に挾まれる幅は約１．５μｍ、第１の光導波路
層２０３の長さは約２００μｍ、第２０光導波路層２０
７の長さは約５０μｍである。
また、基板２０１は基板面の結晶方位が（００１）であ
り、第１の光導波路層２０３及び第２の光導波路層２０
７のストライプ方向は◇１１〉方向である。さらに第３
のクラッド層２０６の不純物濃度は２刈０１８ｃ！Ｌ−
３第２０光導波路層２０７の不純物濃度は１刈０”ｃｍ
−３第４のクラッド層２０８の不純物濃度は２刈０１８
ｃｒ；３である。また、Ｐ側電極２１１の制御電極２１
２の側の端部はコンタクト層２０５と第４のクラッド層
２０８の境界から約ｌＯμｍの位置にあり、制御を極２
１２のＰ側電極２１１の側の端部はコンタクト層２０５
と第４のクラッド層２０８の境界から約５μｍの位置に
ある。
以上の構成において、Ｐ側電極２１１と共通電極２１０
を通じて活性層である第１の光導波路層２０３に電流が
注入されると、第１の労開面２１３及び第２の臂開面２
１４の２つの反射面により構成される７アプリ・ペロー
共振器によりてレーザ発振する。
このとき、レーザ発振光の強度を変調するため注入電流
を変調すると、活性層である第１の光導波路層２０３の
中のキャリア電子の数が変動するため、自由電子プラズ
マ効果や電子のバンド間遷移に関わる屈折率の分散曲線
の変でヒに起因する屈折率変化が生じ、７アプリ・ペロ
ー共振器の光学的長さが変化する。この光学的共振器長
の変化分を補償するため、制御電極２１２と共通電極２
１０を通じ毛、第２の光導波路層２０７と第４のクラッ
ド層２０８の境界のｐｎ接合部に印加する逆バイアス電
圧を前記注入電流に応じて変化させることにより前記逆
バイアス電圧の印加で前記ｐｎ接合部近傍に生じた空乏
層領域の電界及び空乏層領域の厚さを変化させる。この
ととくより電気光学効果に起因する屈折率変化及びキャ
リア電子の出払領域である前記空乏層領域の厚さの変化
に起因する屈折率変化を第２の光導波路層２０７に生じ
させた結果前記注入電流を変調させたことにより生じる
第１の光導波路層２０３の屈折率変化分が補償されて、
前記７アプリ・ペロー共振器の光学的長さは一定に保た
れる。したがって、前記７アプリ・ベロー共振器による
レーザ発振周波数（波長）は一定に保たれる。ここで、
レーザの発振閾値電流は約加ｍＡであり、活性層である
第１の光導波路層２０３に注入される注入電流の直流バ
イアス電流は約３５ｍＡ、変調周波数は１００　ＭＨｚ
　、変調電流のビーク−ピーク値は約１０ｍＡで、変調
電流により注入キャリア電子数が最大になったとき約１
０　　程度の屈折率の減少を生じる。この屈折率変化分
を補償するために第２０光導波路層２０７と第４のクラ
ッド層２０８の境界のＰル接合部に１第１の光導波路層
２０３に注入される変調電流と同じ周波数、かつほぼ同
じ位相で変調された逆バイアス電圧が印加されており、
印加電圧は最大約１．５ｖである。
ここで、本発明の実施例についてその製造法を簡単に述
べる。まず、（００１）を表面にもつｎ型のＧａＡｓ基
板２０１を用意し、液相エピタキシャル成長法によって
ｎ型１’Ｊ　　Ｇａ１−、ｚ　Ａｓ（ｘＨ−０，３）の
第１のクラッド層２０２　、　ｎ型ＧａＡｓの第１の光
導波路層２０３　、　ｐ型ｋｌｙＩＧｍ、−、、Ａｓ（
ｙ＝０．３　）の第２のクラッド層２０４　、　ｐ型Ｇ
ａＡｓのコンタクト層２０５を順次成長させる。次にＳ
ｌへをマスクとして前記第１のクラッド層２０２の一部
にまで達する深さのエツチングを行い、前記各成長層２
０３〜２０５の片半部を除去する。このとき生じる段差
部分の面方向は（０１１）となるようにしている。そし
て、その片半部ＫＰ型ＡＪ、：、Ｇａ＋−ｚ２Ａｇ（ｚ
ｚ＝０３　）の第３のクラッド層２０６゜Ｐ型ＧａＡｓ
の第２の光導波路層２０７　、　ｎ型）Ｊ、、Ｇａ、−
、）ｕ＊（ｙ＊＝０３）の第４のクラッド層２０８を順
次成長させる。ここで、第１の光導波路層２０３と第２
のクラッド層２０４の境界の位置と、第２の光導波路層
２０７と第４のクラッド層の境界の位置は基板２０１の
結晶成長面からほぼ同じ高さになるように成長させる。
次に、前記ｓ　ｉｏｌを除去し、改めて（ｏ　１１＞方
向に延びるＳ　ｉｏｌのストライプを形成した後、これ
をマスクとして前記第３のクラッド層２０６の一部に達
する深さのエツチングを行い、第１の光導波路層２０３
及び第２の光導波路層２０７をストライプ化する。そし
て、前記ストライプ化のためのエツチングにより結晶を
除去した部分に改めて高抵抗の）ｄｌｒ、Ａｓ７．　Ｍ
（ｘｓ　＝＝　０．３　）からなる埋め込み層２０９を
成長させる。最後に、前記ストライプ状の５ｉＯ１を除
去した後、各電極２１０〜２１２を形成する。
以上図面を用いて本発明全説明したが、本実施例におい
【、半導体レーザの組成にＧａＡｓ系を用いたが、これ
に限定されず、ＩｎＧａＡｓＰ系やＰｂ５ｎＴｅ系等他
の組成をも用いることができることは言うまでもない。
また、本実施例において第３のクラッド層２０６゜第２
０光導波路層２０７．第４のクラッドｎ６２０ｇのドー
パントはそれぞれｐ型、ｐ型、ｎ型としたが、これらを
反転させてそれぞれｒＬ型　ｎ　型、　ｐ型とした上で
、これらの層で形成されるｐｎ接合部に逆バイアス電圧
を印加してもよい。
さらに１本実施例においては、成長基板としてｎ型の基
板を用いたが、成長基板にｐ型の基板を用い、かつ本実
施例とは各結晶成長層のドーパントのｐ型とｎ型を反転
させた構造でもよい。
最後に、本発明が有する利点を挙げれば、レーザ発振周
波数が極めて安定であること、半導体レーザの発振周波
数の安定化機構を備えているにもかかわらず従来の半導
体レーザとほとんど同じ大きさであること、半導体レー
ザを利用できる光システムの種類が一層拡大すること等
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の半導体レーザを説明するための説明図、
第２図は本発明の一実施例の断面を含む斜視図である。 第１図において、１１　、１２・・・臂開面、１３・・
・Ｐ型半導体層、１４・・・ｎ型半導体層、１５・・・
活性層、１６　、１７・・・電極であり、第２図におい
て、２０１・・・基板、２０２・・・第１のクラッド層
、２０３・・・活性層となる第１の光導波路層、２０４
・・・第２のクラッド層、２０５・・・コンタクト層、
２０６・・・第３のクラッド層、２０７・・・第２の光
導波路層、２０８・・・第４のクラッド層、２０９・・
・埋め込み層、２１０・・・共通電極、２１１・・・Ｐ
＠電極２１２・・・制御電極、２１３．２１４・・・臂
開面である。また手続補正書（自発） ５　り−７、−４ 昭和　　年　　月　　　日 特許庁長官　殿 １、事件の表示　　　昭和５８年　特許　願第０６３１
８２号２、発明の名称　　　半導体レーザおよびその駆
動方法３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　出　願　人東京都港区芝五
丁［」３３番１舅− （４２３）　　　日本電気株式会社 代表者　関本忠弘 ４、代理人 〒１０８　　東京都港区芝五丁１．１３７番８号　住友
五「１ビル５、補正の対象 （１）明細書の発明の詳細な説明の欄 （２）図面 ６　補正の内容 １）明細書第７頁第１１行目から第１２行目に「はぼ同
じ位相」とあるのを「約９００進んだ位相」と補正する
。 ２）明細書第７頁第１９行目にｒ（ｙ＝０．３　）Ｊと
あるのをｒ（ｙｔ＝０．３　）Ｊと補正する。 ３）明細書第９頁第１７行目の後に次の文を挿入する。 「また、本実施例においては変調周波数を１００ＭＨｚ
としたが、これに限定されず、他の周波数、あるいは多
くの周波数成分を含んでいてもよい。 このとき、変調電流に対する逆バイアス電圧の位相差は
９００の進みに限定されず、各周波数ごとに最適な移相
量を与える。」 ４）本願添付図面の第１図を別紙図面のように補正する
。 ５）本願添付図面の第２図を別紙図面のように補正する
。 代理人　弁理士　内　原　　晋 ７１図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）活性層となる第１の光導波路層と、この第１の光
    導波路層に接続した第２の光導波路層と、前記第１の先
    導波路層に電流を注入する手段と、前記第２の光導波路
    層に空乏領域を形成する手段とを備えていることをｔｌ
    ＃徴とする半導体レーザ。
  2. （２）活性層となる第１の光導波路層と、第１の光導波
    路層に接続し、かつｐｎ接合部を備えた第２０光導波路
    層とを有する半導体レーザの第１０光導波路層に変調信
    号電流を注入すると共に、当該変調信号電流に比例した
    逆ノ（イアスミ圧を前記ｐｎ接合部に印加することを特
    徴とする半導体レーザの駆動方法。
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