JPS60187078A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は同一基板上に半導体レーザと光導波路を集積化
した複合共振器構成の半導体レーザを提案し、本半導体
レーザが光通信や光計測、光ディスク等の情報処理機器
用光源として極めて広い用途において利用されることを
示すものである。
した複合共振器構成の半導体レーザを提案し、本半導体
レーザが光通信や光計測、光ディスク等の情報処理機器
用光源として極めて広い用途において利用されることを
示すものである。
従来例の構成とその問題点
レーザに複合共振器を用いる技術は新しいものではなく
、例えばに、Ｋｏｇｅｌｎｉｋ他、 ” Ｍｏｄｅｓｕ
ｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑ
ｕｅｎ’ｃｙ ｏｐ、ｅｒａｔｉｏｎｉｎ ｇａｓｅｏ
ｕｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｍａｓｅｒＳ”、 ｐｒｏｃ、
ＩＲＥｐ、ｐ、２３６５−２３６６（１９６２）に示
されているようにＨｅ−Ｎｅレーザに対しては唯一本の
縦モードを選択発振させる手段として古くから用いられ
ている。
、例えばに、Ｋｏｇｅｌｎｉｋ他、 ” Ｍｏｄｅｓｕ
ｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑ
ｕｅｎ’ｃｙ ｏｐ、ｅｒａｔｉｏｎｉｎ ｇａｓｅｏ
ｕｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｍａｓｅｒＳ”、 ｐｒｏｃ、
ＩＲＥｐ、ｐ、２３６５−２３６６（１９６２）に示
されているようにＨｅ−Ｎｅレーザに対しては唯一本の
縦モードを選択発振させる手段として古くから用いられ
ている。
同様なことが半導体レーザにおいても試みられておシ、
複合共振器的構成を有する半導体レーザの従来例を第１
図（ａ）〜（ｋ）に示す。
複合共振器的構成を有する半導体レーザの従来例を第１
図（ａ）〜（ｋ）に示す。
第１図（ａ）〜（ｅ）は半導体レーザからの出射レーザ
光を外部に配置した反射機能を有する光学素子を用いて
半導体レーザへ帰還を行なうものである。
光を外部に配置した反射機能を有する光学素子を用いて
半導体レーザへ帰還を行なうものである。
第１図において１は半導体レーザ、２は活性領域、３は
ミラー、４はレンズ、６はグレーディング、６は凹面鏡
、７は光ファイバである。レンズの有無はあるが、基本
的には（ａ）、Φ）、（ｄ）はミラーを外部共振器とし
て用いておシ、また（ｅ）もファイバ７の端面を外部共
振器・ミラーとして用いている。（Ｃ）はグレーティン
グ６を外部共振器として用いている。
ミラー、４はレンズ、６はグレーディング、６は凹面鏡
、７は光ファイバである。レンズの有無はあるが、基本
的には（ａ）、Φ）、（ｄ）はミラーを外部共振器とし
て用いておシ、また（ｅ）もファイバ７の端面を外部共
振器・ミラーとして用いている。（Ｃ）はグレーティン
グ６を外部共振器として用いている。
一方、活性なレーザを２つ光学的に結合させ、複合共振
器を構成する構造も提案されておシ、その例を第１図（
ｆ）〜（ｑ）に示す。
器を構成する構造も提案されておシ、その例を第１図（
ｆ）〜（ｑ）に示す。
第１図（ｆ）は半導体レーザ１の外部にもう１つのレー
ザ８を配置し、それぞれの活性領域２と９を結合し、そ
れぞれの共振器長を選んで複合共振器を構成するもので
あり 、 （ｑ）はこれを同一基板１０上に一体化した
ものである。（ｆ）、（ｃｒ）は２つのレーザを直列に
結合したものであるが、第１図（ｈ）は基板１１の同一
平面上に２つのし〜ザ１２，１３をその共振器長を選ん
で複合共振器としたものである。
ザ８を配置し、それぞれの活性領域２と９を結合し、そ
れぞれの共振器長を選んで複合共振器を構成するもので
あり 、 （ｑ）はこれを同一基板１０上に一体化した
ものである。（ｆ）、（ｃｒ）は２つのレーザを直列に
結合したものであるが、第１図（ｈ）は基板１１の同一
平面上に２つのし〜ザ１２，１３をその共振器長を選ん
で複合共振器としたものである。
以上において基本的な複合共振器構成の半導体レーザの
２つのグループを示した。すなわち１番目のグループは
〔１〕半導体レーザの外部に共振器を配置した複合共振
器であり、２番目のグループは〔２〕半導体レーザ２つ
を光学的に結合させた複合共振器、と考えられる。
２つのグループを示した。すなわち１番目のグループは
〔１〕半導体レーザの外部に共振器を配置した複合共振
器であり、２番目のグループは〔２〕半導体レーザ２つ
を光学的に結合させた複合共振器、と考えられる。
これら複合共振器構成を半導体レーザに適用する目的は
、前述したＨｅ−Ｎｅレーザの場合と同様にレージ“の
縦モードを単一選択発振させるためがほとんどであるが
、上記分類した〔１〕の構成により半導体レーザにおい
てはしばしば観測される、高周波における緩和振動（パ
ル±−ジョン）を強調あるいは抑圧するのにも用いられ
る。
、前述したＨｅ−Ｎｅレーザの場合と同様にレージ“の
縦モードを単一選択発振させるためがほとんどであるが
、上記分類した〔１〕の構成により半導体レーザにおい
てはしばしば観測される、高周波における緩和振動（パ
ル±−ジョン）を強調あるいは抑圧するのにも用いられ
る。
この緩和振動を抑圧するのを目的として半導体レーザに
光導波路を結合した従来例を第１図（りに示す。
光導波路を結合した従来例を第１図（りに示す。
本従来例はＵ、Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ ４，２９７，６５
１ 、 ＪｏｈｎＣ，Ｄｙｍｅｎｔ、 Ｋ、Ｄ、 Ｃｈ
ｉｋ、 ”Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒｓｉｍｕｌｔａｎｅ
ｏｎｓ ５ｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ １ａｓｅｒ
ｐｕｌｓａｔｉｏｋｋａｎｄ ｃｏｎｔｆｎｕｏｎｓ
ｍｏｎｉｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅ
ｒ”に示されているものであり、基板１４上にクラッド
層１６．光導波路１６．レーザ活性層１７．クラッド層
１８を有し電極１９によシミ流注入を行なう。し〜ザ活
性層１７の端面２ｏを傾斜させることにより、レーザ光
を効率よく光導波路１６に結合し、距離が約０．３〜２
ＣＭの位置にある反射面２１からの反射レーザ光を再
びレーザ活性層１７へ再注入している。
１ 、 ＪｏｈｎＣ，Ｄｙｍｅｎｔ、 Ｋ、Ｄ、 Ｃｈ
ｉｋ、 ”Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒｓｉｍｕｌｔａｎｅ
ｏｎｓ ５ｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ １ａｓｅｒ
ｐｕｌｓａｔｉｏｋｋａｎｄ ｃｏｎｔｆｎｕｏｎｓ
ｍｏｎｉｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅ
ｒ”に示されているものであり、基板１４上にクラッド
層１６．光導波路１６．レーザ活性層１７．クラッド層
１８を有し電極１９によシミ流注入を行なう。し〜ザ活
性層１７の端面２ｏを傾斜させることにより、レーザ光
を効率よく光導波路１６に結合し、距離が約０．３〜２
ＣＭの位置にある反射面２１からの反射レーザ光を再
びレーザ活性層１７へ再注入している。
この従来例は緩和振動を抑圧するのを目的として光導波
路部からの反射光を利用しており、複合共振器を形成し
ていない。
路部からの反射光を利用しており、複合共振器を形成し
ていない。
更にレーザに光導波路を結合した他の従来例を第１図０
）に示す。本従来例は特開昭５６−２３７９０号公報に
示されているものであり、レーザ２２のストライブ方向
に活性な領域２３と非活性な領域２４を有することによ
り、端面の光損傷による劣化を避けることを目的とし、
領域２３と領域２４の屈折率を等しくするように桐材を
選択し、複合共振器を構成しないようにしている。
）に示す。本従来例は特開昭５６−２３７９０号公報に
示されているものであり、レーザ２２のストライブ方向
に活性な領域２３と非活性な領域２４を有することによ
り、端面の光損傷による劣化を避けることを目的とし、
領域２３と領域２４の屈折率を等しくするように桐材を
選択し、複合共振器を構成しないようにしている。
更にレーザに光導波路を結合した他の従来例を第１図（
ト））に示す。本従来例は特開昭５６−１１２７８５号
公報に示されているものであり、基体２６上に、クラッ
ド層２６．光導波層２７．活性層２８．活像層２８に対
するクラッド層２９．光導波層２７に対するクラッド層
３０を有している。
ト））に示す。本従来例は特開昭５６−１１２７８５号
公報に示されているものであり、基体２６上に、クラッ
ド層２６．光導波層２７．活性層２８．活像層２８に対
するクラッド層２９．光導波層２７に対するクラッド層
３０を有している。
本従来例の目的は、端面損傷を避けるためと、第１図（
ｋ）に示したようにレーザを３つの共振器の合成とし、
それぞれの共振器長をＬｌ、Ｌ２．Ｌ３とすると、ｔ、
ｍ、ｎを整数として Ｌ１＝ｎＬ３＝冒Ｌ２＝７ （Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）ある
いは Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３〉２Ｌ２ なる関係により複合共振器を構成している。
ｋ）に示したようにレーザを３つの共振器の合成とし、
それぞれの共振器長をＬｌ、Ｌ２．Ｌ３とすると、ｔ、
ｍ、ｎを整数として Ｌ１＝ｎＬ３＝冒Ｌ２＝７ （Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）ある
いは Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３〉２Ｌ２ なる関係により複合共振器を構成している。
本従来例においては上記関係によりレーザの発振縦モー
ドが単一モードになるか、マルチモードになるかが述べ
られているが、両者の構造的な違いは明確でなく、それ
らは上記のような共振器長の関係式によってのみ言及さ
れている。
ドが単一モードになるか、マルチモードになるかが述べ
られているが、両者の構造的な違いは明確でなく、それ
らは上記のような共振器長の関係式によってのみ言及さ
れている。
以上から判断されるが如く、本発明者らに第１図（ｉ）
〜（ｋ）を複合共振器構成ではないものも含めて１つの
グループとして考え、〔３〕と示すことにする。本発明
者らの分類による従来例をまとめると次のようになる。
〜（ｋ）を複合共振器構成ではないものも含めて１つの
グループとして考え、〔３〕と示すことにする。本発明
者らの分類による従来例をまとめると次のようになる。
させた複合共振器、〔３〕 半導体レーザに光導波路を
結合した単一共振器あるいは複合共振器である。
結合した単一共振器あるいは複合共振器である。
本発明は、本発明者らが半導体レーザに複合共振器を適
用するに当って極めて詳細に検討を行なった結果に基づ
いて提案するものであり、従来例にて示されている複合
共振器構成にては述べられていない。
用するに当って極めて詳細に検討を行なった結果に基づ
いて提案するものであり、従来例にて示されている複合
共振器構成にては述べられていない。
よシ具体的に述べると、複合共振器構成の半導体レーザ
と言っても、その共振器の光学長及び共振器面の反射率
はレーザの基本的特性に対して極めて大きな影響を及ぼ
すものであシ、これらを制御しない場合には全く所望の
特性は得られないわけである。つまり従来例にては構造
面においての具体的な構成はあまり述べられておらず、
また共振器長や共振器面反射率を制御することを考慮し
ていないため、安定に再現性のある、また量産可能なレ
ーザ素子を作成できない。
と言っても、その共振器の光学長及び共振器面の反射率
はレーザの基本的特性に対して極めて大きな影響を及ぼ
すものであシ、これらを制御しない場合には全く所望の
特性は得られないわけである。つまり従来例にては構造
面においての具体的な構成はあまり述べられておらず、
また共振器長や共振器面反射率を制御することを考慮し
ていないため、安定に再現性のある、また量産可能なレ
ーザ素子を作成できない。
発明の目的
本発明の目的は、同一基板上に半導体レーザと光導波路
の２つの部分を集積化した３つの共振器面を有する複合
共振器構成の半導体レーザを提案し、活性値域の光学長
、先導波路の光学長、活性領域の先導波路に近い端面の
反射率、活性領域から遠い先導波路端面の反射率等が複
合共振器型半導体レーザの特性に極めて大きな影響を与
えることを示し、これらを確実に所定の値に制御できる
デバイスの具体的な構造を示し、所望の特性を安定に再
現性よく提供できることを示すものである。
の２つの部分を集積化した３つの共振器面を有する複合
共振器構成の半導体レーザを提案し、活性値域の光学長
、先導波路の光学長、活性領域の先導波路に近い端面の
反射率、活性領域から遠い先導波路端面の反射率等が複
合共振器型半導体レーザの特性に極めて大きな影響を与
えることを示し、これらを確実に所定の値に制御できる
デバイスの具体的な構造を示し、所望の特性を安定に再
現性よく提供できることを示すものである。
発明の構成
本発明の半導体レーザ装置は、化合物半導体基板と、前
記基板上に部分的に形成された少なくとも活性層および
閉込め層を含む半導体し〜ザの活性領域と、前記活性領
域からの発光を導波し得る光導波路とを有し、前記活性
領域の前記光導波路に近い共振器端面の振幅反射率ｒ１
と、前記光導波路の前記活性領域から遠い端面の反射
率ｒ。と、前記光導波路によって形成される外部共振器
の光学長り。と前記活性領域の共振器の光学長Ｌ１ の
比り。／Ｌ、とを変調方式に応じて所定の値に制御した
ことを特徴とし、さら傾光導波路の活性領域から遠い端
面が、反射膜を被着されたへき開面もしくはエラ升ング
面であってもよく、また活性領域の光導波路に近い端面
と先導波路の活性領域に近い端面とが、光学的結合領域
の全面にわたっては接しておらず、前記光学的結合領域
の一部もしくは全部にわたる空気もしくは絶縁物によっ
て充てんされた間隙を有するものであってもよく、また
光導波路が、この光導波路の実効屈折率を電気的に制御
し得る電極を有するものであってもよい構成である。
記基板上に部分的に形成された少なくとも活性層および
閉込め層を含む半導体し〜ザの活性領域と、前記活性領
域からの発光を導波し得る光導波路とを有し、前記活性
領域の前記光導波路に近い共振器端面の振幅反射率ｒ１
と、前記光導波路の前記活性領域から遠い端面の反射
率ｒ。と、前記光導波路によって形成される外部共振器
の光学長り。と前記活性領域の共振器の光学長Ｌ１ の
比り。／Ｌ、とを変調方式に応じて所定の値に制御した
ことを特徴とし、さら傾光導波路の活性領域から遠い端
面が、反射膜を被着されたへき開面もしくはエラ升ング
面であってもよく、また活性領域の光導波路に近い端面
と先導波路の活性領域に近い端面とが、光学的結合領域
の全面にわたっては接しておらず、前記光学的結合領域
の一部もしくは全部にわたる空気もしくは絶縁物によっ
て充てんされた間隙を有するものであってもよく、また
光導波路が、この光導波路の実効屈折率を電気的に制御
し得る電極を有するものであってもよい構成である。
実施例の説明
以下本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する。
第２図は本発明の一実施例の要部斜視図である。同図に
おいて、ｎ型Ｉｎｐ基板３１上のｎ型１ ｎＧａＡｓ
Ｐ活性層３２（バンド・ギャップＥｇ＝０．９６ｅＶ）
とｐ型ＩｎＰ閉込め層３３ａのｐ型ＩｎＰ層３４ａおよ
びｎ型ＩｎＰ層３５ａよシなる卵込み層３６によって埋
込まれた部分が半導体レーザの活性領域３７となってい
る。一方、光導半路３８なっている以外は活性領域３７
と全く同じ構造で光導波路３９．ｐ型閉込め層３３ｂ、
ｐ型１ｎＰ層３４ｂおよびｎ型ＩｎＰ層３６ｂよりなっ
ている。
おいて、ｎ型Ｉｎｐ基板３１上のｎ型１ ｎＧａＡｓ
Ｐ活性層３２（バンド・ギャップＥｇ＝０．９６ｅＶ）
とｐ型ＩｎＰ閉込め層３３ａのｐ型ＩｎＰ層３４ａおよ
びｎ型ＩｎＰ層３５ａよシなる卵込み層３６によって埋
込まれた部分が半導体レーザの活性領域３７となってい
る。一方、光導半路３８なっている以外は活性領域３７
と全く同じ構造で光導波路３９．ｐ型閉込め層３３ｂ、
ｐ型１ｎＰ層３４ｂおよびｎ型ＩｎＰ層３６ｂよりなっ
ている。
本実施例では、素子作製後に活性領域端面４゜と光導波
路端面４１をへき開することにより、光導波路３８の光
学長Ｌ０と活性領域３７の光学長Ｌ１ の比り。／Ｌ１
を容易に所定の値に設定することができる。また、光導
波路端面４１に、Ｓ １０２ 。
路端面４１をへき開することにより、光導波路３８の光
学長Ｌ０と活性領域３７の光学長Ｌ１ の比り。／Ｌ１
を容易に所定の値に設定することができる。また、光導
波路端面４１に、Ｓ １０２ 。
Ｓｉ３Ｎ４．Ａｔ２０３等の絶縁膜４２とＡｕ等の金属
膜４３よりなる反射増加膜を被着することにより、先導
波路端面４１の振幅反射率ｒ。を増加させることができ
る。また、絶縁膜のみよりなる反射防止膜を被着すれば
ｒ。は減少するので、Ｔｏの値は任意に変化させること
ができる。なお、このｒ。
膜４３よりなる反射増加膜を被着することにより、先導
波路端面４１の振幅反射率ｒ。を増加させることができ
る。また、絶縁膜のみよりなる反射防止膜を被着すれば
ｒ。は減少するので、Ｔｏの値は任意に変化させること
ができる。なお、このｒ。
け活性領域３７と光導波路３８の光学的結合効率および
光導波路３８中の光学的損失を含んだ活性領域に対する
実効振幅反射率である。さらに、活性領域３７と光導波
路３８の間には間隙４４が設けられておシ、活性領域３
７の共振器端面４６が有効な振幅反射率ｒ１ を有する
構造となっている。
光導波路３８中の光学的損失を含んだ活性領域に対する
実効振幅反射率である。さらに、活性領域３７と光導波
路３８の間には間隙４４が設けられておシ、活性領域３
７の共振器端面４６が有効な振幅反射率ｒ１ を有する
構造となっている。
この間隙部の光路長は半導体レーザの発振波長と比較し
て十分短かいものであり、光学的なエタロンとなる効果
は無視しえる。この間隙４４の部分のみの断面図を第３
図（−）に示すが、同図（ｂ）〜（ｆ）に示すように間
隙部の形状を変化させることでｒｌを変化させることが
できる。第３図（ｂ）、（Ｃ）は間隙４４を形成する溝
の深さを変化させた場合であり、同図（ｄ）〜（ｆ）は
溝を絶縁物４６で充てんした場合である。絶縁物４６と
しては、例えばＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４゜Ａｔ２０３．ポ
リイミド、半絶縁性Ｉｎｐ等を用いればよい。
て十分短かいものであり、光学的なエタロンとなる効果
は無視しえる。この間隙４４の部分のみの断面図を第３
図（−）に示すが、同図（ｂ）〜（ｆ）に示すように間
隙部の形状を変化させることでｒｌを変化させることが
できる。第３図（ｂ）、（Ｃ）は間隙４４を形成する溝
の深さを変化させた場合であり、同図（ｄ）〜（ｆ）は
溝を絶縁物４６で充てんした場合である。絶縁物４６と
しては、例えばＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４゜Ａｔ２０３．ポ
リイミド、半絶縁性Ｉｎｐ等を用いればよい。
本実施例においては、活性層３２のみではなく光導波層
３９も埋込み構造となっておシ、活性領域３７で単−横
モード発振した光が横モード単一のままで光導波路３８
を伝搬する。このことは以下に述べる光帰還した場合の
デバイス特性にと）て有利であシ、光導波路の実効振幅
反射率を大きくしたい場合に効果がある。
３９も埋込み構造となっておシ、活性領域３７で単−横
モード発振した光が横モード単一のままで光導波路３８
を伝搬する。このことは以下に述べる光帰還した場合の
デバイス特性にと）て有利であシ、光導波路の実効振幅
反射率を大きくしたい場合に効果がある。
次に活性領域の光学長Ｌ１．光導波路の光学長Ｌｏ、光
導波路端面の振幅反射率ｒ。、活性領域の光導波路に近
い端面の振幅反射率ｒ１ が変化することにより、本発
明により提案するデバイスの特性がどのように変化する
かを述べる。
導波路端面の振幅反射率ｒ。、活性領域の光導波路に近
い端面の振幅反射率ｒ１ が変化することにより、本発
明により提案するデバイスの特性がどのように変化する
かを述べる。
ＩｎＰ系結晶による半導体レーザの発振波長は約１．３
μｍであシ、その利得幅は約１００人相度ある。それ散
光導波路をもたない通常のレーザの場合には活性領域の
光学長をＬ １＝１ ｍｍとすれば、縦利得内に多数の
縦モードを発振することがある。
μｍであシ、その利得幅は約１００人相度ある。それ散
光導波路をもたない通常のレーザの場合には活性領域の
光学長をＬ １＝１ ｍｍとすれば、縦利得内に多数の
縦モードを発振することがある。
半導体レーザの活性領域の光学長Ｌ１ は活性層の屈折
率ｎ１ と実際の物理長１１ を用いるならば”１””
’１ｔ１と表わせるものである。半導体レーザは電流駆
動される素子であるが、活性層の屈折率ｎ１ け駆動電
流Ｉの変化ΔＩに対して極めて敏感に変化し、屈折率変
化Δｎを生じてしまう。Ｉｎの生じる理由はΔ■の変化
のスピード、すなわち周波数に大きく依存し、高周波数
（＞ｓＯＭＨｚ ）においてはキャリア密度の変化によ
るものであり、低周波数′（（５０ＭＨｚ ）では温度
変化によるものである。Ｉｎが生じると実効的に共振器
長Ｌ１が伸縮したことになり半導体レーザの発振波長は
変化する。
率ｎ１ と実際の物理長１１ を用いるならば”１””
’１ｔ１と表わせるものである。半導体レーザは電流駆
動される素子であるが、活性層の屈折率ｎ１ け駆動電
流Ｉの変化ΔＩに対して極めて敏感に変化し、屈折率変
化Δｎを生じてしまう。Ｉｎの生じる理由はΔ■の変化
のスピード、すなわち周波数に大きく依存し、高周波数
（＞ｓＯＭＨｚ ）においてはキャリア密度の変化によ
るものであり、低周波数′（（５０ＭＨｚ ）では温度
変化によるものである。Ｉｎが生じると実効的に共振器
長Ｌ１が伸縮したことになり半導体レーザの発振波長は
変化する。
これは環境の温度変化に対しても同様に起ることであり
、つまシ半導体レーザの発振波長は極めて変化しやすい
わけである。第４図に半導体レーザ単体における発振波
長（発振周波数）の単位電流当りの変化量（シフト量）
の変調周波数依存性を示す。前述したように、これら発
振周波数変化は高周波においてはキャリア密度変化、低
周波においては温度変化による屈折率変化に誘起されて
いる。
、つまシ半導体レーザの発振波長は極めて変化しやすい
わけである。第４図に半導体レーザ単体における発振波
長（発振周波数）の単位電流当りの変化量（シフト量）
の変調周波数依存性を示す。前述したように、これら発
振周波数変化は高周波においてはキャリア密度変化、低
周波においては温度変化による屈折率変化に誘起されて
いる。
以上は一般的な半導体レーザに対してのことであり、次
に本発明者らが本発明で提案する半導体レーザに光導波
路を集積化した複合共振器構成の半導体レーザの特徴を
述べる。
に本発明者らが本発明で提案する半導体レーザに光導波
路を集積化した複合共振器構成の半導体レーザの特徴を
述べる。
光学長Ｌ１なる活性領域に光学長り。なる光導波路が光
学的に結合されて複合共振器を構成した時、結合部共振
器端面における活性領域から出射するレーザ光の位相と
、活性領域から速い光導波路端面から反射された反射レ
ーザ光の位相が合致し、かつその位相の合致した縦モー
ドの発振に対する利得のしきい値が他の縦モードよりも
小さい時縦単−モード発振を行なう。以下においてはま
ず複合共振器構成の半導体レーザが縦単一モード発振す
るとして話を進める。
学的に結合されて複合共振器を構成した時、結合部共振
器端面における活性領域から出射するレーザ光の位相と
、活性領域から速い光導波路端面から反射された反射レ
ーザ光の位相が合致し、かつその位相の合致した縦モー
ドの発振に対する利得のしきい値が他の縦モードよりも
小さい時縦単−モード発振を行なう。以下においてはま
ず複合共振器構成の半導体レーザが縦単一モード発振す
るとして話を進める。
ただ単に縦単一モード発振と言っても、その発振波長（
発振周波数）の温度変化や変調に対する安定性は実用上
極めて問題となることであり、この安定性を確保するた
めに具体的なデバイス構造を提案することが本発明の目
的でもある。縦単−化された発振モードの変化は活性領
域の屈折率変化Δｎに起因している。以下においては半
導体レーザの発振縦モードの発振周波数をν０と表わし
、屈折率変化Δｎが生じた時のレーザの発振周波数変化
量を、光導波路のない時、またある時に対してそれぞれ
Δν１とΔν２と表わすことにする。複合共振器構成と
することで基本的にはΔｎによるレーザの発振周波数変
化を小さくすることが可能である。つまりΔν２くΔν
１と表わすことができΔν１／ν。−Ｘ、Δν２／ν。
発振周波数）の温度変化や変調に対する安定性は実用上
極めて問題となることであり、この安定性を確保するた
めに具体的なデバイス構造を提案することが本発明の目
的でもある。縦単−化された発振モードの変化は活性領
域の屈折率変化Δｎに起因している。以下においては半
導体レーザの発振縦モードの発振周波数をν０と表わし
、屈折率変化Δｎが生じた時のレーザの発振周波数変化
量を、光導波路のない時、またある時に対してそれぞれ
Δν１とΔν２と表わすことにする。複合共振器構成と
することで基本的にはΔｎによるレーザの発振周波数変
化を小さくすることが可能である。つまりΔν２くΔν
１と表わすことができΔν１／ν。−Ｘ、Δν２／ν。
−ｙとおくと、ここでｙ／ｘ−Δシ２／Δシ１を屈折率
変化Δｎに対する半導体レーザ発振周波数シフトの抑圧
度と呼ぶことにする。Δシ２／Δシ１が小さいほど発振
周波数シフトを抑圧したことになり、つまり発振縦モー
ドの安定性が良くなったことになる。このΔシ２／Δシ
１の値は活性領域の光学長Ｌ１と光導波路の光学長り。
変化Δｎに対する半導体レーザ発振周波数シフトの抑圧
度と呼ぶことにする。Δシ２／Δシ１が小さいほど発振
周波数シフトを抑圧したことになり、つまり発振縦モー
ドの安定性が良くなったことになる。このΔシ２／Δシ
１の値は活性領域の光学長Ｌ１と光導波路の光学長り。
の比り。／Ｌ１．活性領域から遠い光導波路端面の振ｄ
〕反射率ｒ。７活性領域と光導波路結合部における活性
領域端面の振幅反射率ｒ１ に大きく依存することを以
下に示す。
〕反射率ｒ。７活性領域と光導波路結合部における活性
領域端面の振幅反射率ｒ１ に大きく依存することを以
下に示す。
第６図Ｋｒ１＝Ｃ）、４（ｒ１２＝０．１６’）、ｒｏ
＝０．６（ｒｏ’＝０．２５）とした時のｙ対Ｘの関係
をり。／Ｌ１をパラメータとして示す。ｒｌ−０，４と
したのはレーザの活性領域の屈折率ｎ１が約３．６であ
シ、例えばＳ １０２を間隙部に充てんした場合のフレ
ネル反射率による。またｒ。＝ｏ、６としたのは光導波
路端面をへき開面とし、結合部でのロスを見込んだため
である。λ−１，３μｍの時、ν。−２，３Ｘ１０１４
［Ｈｚ）であるから、第６図横軸のｘ＝１０−’は、Δ
ｎによりΔシ１−２．３ｘ１ｏ８［Ｈｚ）が光導波路の
ない時生じていることに対応する。この時、光学長り。
＝０．６（ｒｏ’＝０．２５）とした時のｙ対Ｘの関係
をり。／Ｌ１をパラメータとして示す。ｒｌ−０，４と
したのはレーザの活性領域の屈折率ｎ１が約３．６であ
シ、例えばＳ １０２を間隙部に充てんした場合のフレ
ネル反射率による。またｒ。＝ｏ、６としたのは光導波
路端面をへき開面とし、結合部でのロスを見込んだため
である。λ−１，３μｍの時、ν。−２，３Ｘ１０１４
［Ｈｚ）であるから、第６図横軸のｘ＝１０−’は、Δ
ｎによりΔシ１−２．３ｘ１ｏ８［Ｈｚ）が光導波路の
ない時生じていることに対応する。この時、光学長り。
なる光導波路が結合されると、Ｌｏ／Ｌ１なるノくラメ
ータによるが明らかに縦軸のｙ＝Δν２／ν。の値は小
さくなる。つまシ発振周波シフトを抑圧しているわけで
あるがり。／Ｌ１の値に大きく依存することを注意する
必要がある。
ータによるが明らかに縦軸のｙ＝Δν２／ν。の値は小
さくなる。つまシ発振周波シフトを抑圧しているわけで
あるがり。／Ｌ１の値に大きく依存することを注意する
必要がある。
次に第６図に活性領域屈折率変化Δｎによる発振周波数
シフトの抑圧度Δν２／Δν１の光導波路端面振幅反射
率ｒ０依存性をｒｌ−ｏ、４とし、Ｌｏ／Ｌ１をパラメ
ータとして示す。この図をみれば明らかな如く、発振周
波数シフトの抑圧度はり。／Ｌ１に依存するだけでなく
光導波路端面振幅反射率ｒ。
シフトの抑圧度Δν２／Δν１の光導波路端面振幅反射
率ｒ０依存性をｒｌ−ｏ、４とし、Ｌｏ／Ｌ１をパラメ
ータとして示す。この図をみれば明らかな如く、発振周
波数シフトの抑圧度はり。／Ｌ１に依存するだけでなく
光導波路端面振幅反射率ｒ。
にも大きく依存するわけで、これも本発明者らが本発明
において強調したい点である。すなわち、従来複合共振
器構成を半導体レーザに適用する場合、本発Ｉ明者らが
述べるような共振器光学長の比Ｌｏ／Ｌ１ではないにせ
よ、共振器長に関する話は述べられている場合はあるが
、共振器端面反射率による特性の差異等を考慮されたも
のはない。しかるに本発明において始めて所望の特性、
安定性を有したデバイスを実現できるわけである。すな
わち本発明の一実施例の第２図において示した様に、光
導波路端面に反射増加膜あるいは反射防止膜処理を施し
て始めて発振特性を決定できるわけである。
において強調したい点である。すなわち、従来複合共振
器構成を半導体レーザに適用する場合、本発Ｉ明者らが
述べるような共振器光学長の比Ｌｏ／Ｌ１ではないにせ
よ、共振器長に関する話は述べられている場合はあるが
、共振器端面反射率による特性の差異等を考慮されたも
のはない。しかるに本発明において始めて所望の特性、
安定性を有したデバイスを実現できるわけである。すな
わち本発明の一実施例の第２図において示した様に、光
導波路端面に反射増加膜あるいは反射防止膜処理を施し
て始めて発振特性を決定できるわけである。
次に活性領域と光導波路の結合部における活性領域の共
振器端面振幅反射率ｒ１ が、複合共振器構成の半導体
レーザ特性に与える影響について述隙部の溝の深さ及び
充てんする物質を選択することにより任意に設定するこ
とが可能である。
振器端面振幅反射率ｒ１ が、複合共振器構成の半導体
レーザ特性に与える影響について述隙部の溝の深さ及び
充てんする物質を選択することにより任意に設定するこ
とが可能である。
第７図に活性領域の屈折率変化Δｎによる発振周波数シ
フトの抑圧度Δν２／Δν１の光導波路に近い活性領域
共振器端面振幅反射率ｒ。依存性を、ｒｏ ＝’ Ｏ−
５とし、Ｌｏ／Ｌ１をノくラメータとして示すこの図を
見れば明らかな如く、発振周波数シフトの抑圧度Δν２
／Δν１はｒｌ にも大きく依於し、ｒｌを小さくする
ほどΔシ２／Δシ１を小さくできることがわかる。すな
わち本発明の一実施例の第２図で述べた方法によシ活性
領域の共振器端面振幅反射率を制御しなければ、所望の
発振特性を安定に得ることはできないわけである。
フトの抑圧度Δν２／Δν１の光導波路に近い活性領域
共振器端面振幅反射率ｒ。依存性を、ｒｏ ＝’ Ｏ−
５とし、Ｌｏ／Ｌ１をノくラメータとして示すこの図を
見れば明らかな如く、発振周波数シフトの抑圧度Δν２
／Δν１はｒｌ にも大きく依於し、ｒｌを小さくする
ほどΔシ２／Δシ１を小さくできることがわかる。すな
わち本発明の一実施例の第２図で述べた方法によシ活性
領域の共振器端面振幅反射率を制御しなければ、所望の
発振特性を安定に得ることはできないわけである。
以上においては、複合共振器構成の半導体レーザが縦単
一モード発振するとして、その特性に対する影響の各種
パラメータによる違いを示してきた。前述した際、縦単
一モード発振する為の条件として、結合部共振器端面に
おける活性領域から出射するレーザ光の位相と活性領域
から遠い光導波路端面から反射された反射レーザ光の位
相が合致し、かつその位相の合致した縦モードの発振に
対する利得のしきい値が他の縦モードよりも小さい時で
あるとした。
一モード発振するとして、その特性に対する影響の各種
パラメータによる違いを示してきた。前述した際、縦単
一モード発振する為の条件として、結合部共振器端面に
おける活性領域から出射するレーザ光の位相と活性領域
から遠い光導波路端面から反射された反射レーザ光の位
相が合致し、かつその位相の合致した縦モードの発振に
対する利得のしきい値が他の縦モードよりも小さい時で
あるとした。
このことは逆の観点から眺めると、他の縦モードも位相
が合致しており、かつそのモードの利得の゛しきい値が
ほぼ等しいならば複数の縦モードで発振させることが可
能であることを示している。
が合致しており、かつそのモードの利得の゛しきい値が
ほぼ等しいならば複数の縦モードで発振させることが可
能であることを示している。
すなわち半導体レーザに複合共振器構成を適用するに際
して縦単一モード化だけでなく、縦マルチモード化も可
能であシ、これもやはシ活性領域の光学長と光、導波路
の光学長の比Ｌ０／Ｌ１．各端面の振幅反射率ｒ。及び
ｒｌ を選択することにより始めて制御可能となシ、本
発明において初めて明らかＫするところである。
して縦単一モード化だけでなく、縦マルチモード化も可
能であシ、これもやはシ活性領域の光学長と光、導波路
の光学長の比Ｌ０／Ｌ１．各端面の振幅反射率ｒ。及び
ｒｌ を選択することにより始めて制御可能となシ、本
発明において初めて明らかＫするところである。
以下にこれらを詳しく説明すると、複合共振器構成によ
り位相の合致した主縦モードＡと、隣り合う副縦モード
Ｂの発振に対する利得のしきい値をそれぞれＧＧＡ）及
びＧ（Ｂ）と呼ぶことにする。実際にはより複数本の縦
モードを考慮せねばならないが、ここでは説明を簡略化
するため２つのモードのみを考える。利得のしきい値が
小さいほど発振しやすいわけであるから、前に述べた縦
単一モード発振している状態はＧ＾＜Ｇ（Ｂ）により主
縦モードＡのみが発振していたわけである。しかしなが
ら隣り合う副縦モードＢの利得のしきい値が主縦モード
Ａのそれと差がなくなってきた時、すなわちＧ（５）＝
Ｇ （Ｂ）の場合には両方のモードが発振することに
なる。
り位相の合致した主縦モードＡと、隣り合う副縦モード
Ｂの発振に対する利得のしきい値をそれぞれＧＧＡ）及
びＧ（Ｂ）と呼ぶことにする。実際にはより複数本の縦
モードを考慮せねばならないが、ここでは説明を簡略化
するため２つのモードのみを考える。利得のしきい値が
小さいほど発振しやすいわけであるから、前に述べた縦
単一モード発振している状態はＧ＾＜Ｇ（Ｂ）により主
縦モードＡのみが発振していたわけである。しかしなが
ら隣り合う副縦モードＢの利得のしきい値が主縦モード
Ａのそれと差がなくなってきた時、すなわちＧ（５）＝
Ｇ （Ｂ）の場合には両方のモードが発振することに
なる。
つまり縦単一モード化するためにはＧ（Ｂ）／Ｇ（５）
〈１とせねばならないが、逆に縦マルチモード化するた
めにはＧ（Ｂ）／Ｇ（５）く１とすればよい。
〈１とせねばならないが、逆に縦マルチモード化するた
めにはＧ（Ｂ）／Ｇ（５）く１とすればよい。
第８図に上で説明した２つの縦モードのしきい値利得の
比Ｇ（Ｂ）／Ｇ（５）のｒ 依存性ｒ＝０．５ と１
０ し、Ｌｏ／Ｌ１をパラメータとして示す。第８図を見れ
ば明らかな如く、Ｌｏ／Ｌ１やｒｏにも依存するが、ｒ
が大きい場合にはＣｉ （Ｂ） ／ Ｇ（５）〈１で
あす るが、ｒ が小さくなるとＧ（Ｂ）／Ｇ（〜はだんだん
と１に近づいてくる。つまり例えばｒｌ を小さくする
と縦マルチモード発振しやすくなる。
比Ｇ（Ｂ）／Ｇ（５）のｒ 依存性ｒ＝０．５ と１
０ し、Ｌｏ／Ｌ１をパラメータとして示す。第８図を見れ
ば明らかな如く、Ｌｏ／Ｌ１やｒｏにも依存するが、ｒ
が大きい場合にはＣｉ （Ｂ） ／ Ｇ（５）〈１で
あす るが、ｒ が小さくなるとＧ（Ｂ）／Ｇ（〜はだんだん
と１に近づいてくる。つまり例えばｒｌ を小さくする
と縦マルチモード発振しやすくなる。
第７図においては活性領域の屈利率変化Δｎによる発振
周波数シフトの抑圧度Δν２／Δν１のｒ１依存性を示
し、ｒｌ が小さいほどΔシ２／Δシ１を小さくできる
ことを示したが、第８図を考慮すれば例えばｒ をあま
り小さくすると縦マルチモード化することがわかる。
周波数シフトの抑圧度Δν２／Δν１のｒ１依存性を示
し、ｒｌ が小さいほどΔシ２／Δシ１を小さくできる
ことを示したが、第８図を考慮すれば例えばｒ をあま
り小さくすると縦マルチモード化することがわかる。
すなわち活性領域と光導波路の結合部における活性領域
の端面反射率ｒ１ は複合共振器構成の半導体レーザの
特性に極めて大きな影響を及ばずものであり、従来例に
ては述べられておらず、本発明の一実施例として示した
第２図のような構造及び方法によっ、て確実にまた完全
に制御できるわけである。
の端面反射率ｒ１ は複合共振器構成の半導体レーザの
特性に極めて大きな影響を及ばずものであり、従来例に
ては述べられておらず、本発明の一実施例として示した
第２図のような構造及び方法によっ、て確実にまた完全
に制御できるわけである。
以上において、半導体レーザと光導波路を同−基板上例
集積化した複合共振器構成の半導体レーザについてり。
集積化した複合共振器構成の半導体レーザについてり。
／Ｉ、１１ ｒＯＩ ｒｌを構造的に任意の値に制御で
きることを示し、所望の値に設定することにより、その
発振特性を縦単一モード化及び縦マルチモード化するこ
とが可能であり、変調を行なった際に生ずる発振周波数
シフトも十分抑圧することができ、また対環境温度変化
に対しても安定化ができることを示した。
きることを示し、所望の値に設定することにより、その
発振特性を縦単一モード化及び縦マルチモード化するこ
とが可能であり、変調を行なった際に生ずる発振周波数
シフトも十分抑圧することができ、また対環境温度変化
に対しても安定化ができることを示した。
次に本発明の一実施例に示したデバイスを実際どのよう
に利用するかを説明する。半導体レーザを利用するに当
ってＤＣで駆動するかあるいは変調を行なうかはもちろ
ん用途による。変調と言っても強度変調（ＩＭ）、周波
数変調（ＦＭ）等があり、強度変調にもデジタル方式及
びアナログ方式がある。本発明ではＤＣ駆動の場合も含
めてこれらを変調方式と称している。また、例えば光通
信に利用する場合には光ファイバと結合するが、その光
ファイバにも単一モードファイバ、マルチモードファイ
バがある。
に利用するかを説明する。半導体レーザを利用するに当
ってＤＣで駆動するかあるいは変調を行なうかはもちろ
ん用途による。変調と言っても強度変調（ＩＭ）、周波
数変調（ＦＭ）等があり、強度変調にもデジタル方式及
びアナログ方式がある。本発明ではＤＣ駆動の場合も含
めてこれらを変調方式と称している。また、例えば光通
信に利用する場合には光ファイバと結合するが、その光
ファイバにも単一モードファイバ、マルチモードファイ
バがある。
極めて当り前のことを本発明者らは述べているが、言わ
んとすることは、各種システムにおいて望凍れる半導体
レーザに対する要求は様々であるが、本発明において提
案するデバイスは変調方式に応じた様々な特性のものを
制御性よく容易に製作できるため、極めて多岐に渡る分
野で利用可能なことである。すなわちシステム側からの
要望により縦単一モード発振するものかあるいは縦マル
チモード発振するものか、また発振周波数安定度をどの
程度に設定するのかが決定されれば、容易に所望の特性
のものをデバイス構造面から実現できる。
んとすることは、各種システムにおいて望凍れる半導体
レーザに対する要求は様々であるが、本発明において提
案するデバイスは変調方式に応じた様々な特性のものを
制御性よく容易に製作できるため、極めて多岐に渡る分
野で利用可能なことである。すなわちシステム側からの
要望により縦単一モード発振するものかあるいは縦マル
チモード発振するものか、また発振周波数安定度をどの
程度に設定するのかが決定されれば、容易に所望の特性
のものをデバイス構造面から実現できる。
第９図に発振周波数シフトの抑圧度Δν２／Δν１をあ
る値に設定した際、その値を満足する条件をＬＯ／Ｌ１
とｒｏの関係に対して等高線で示す。この図においては
ｒ １ ＝０ 、４ とした。例えば第１の例としてＰ
で示される等高線はΔシ２／Δシ１、すなわち変調や温
度変化に対する発振周波数シフトを％に設定できる・こ
とを示している。例として等高線Ｐ上の２点を考えると
、ｒ １＝ Ｏ−４に対してり。／′ｌ−１＝２．５．
ｒｏ＝０．５ となる。活性領域の光学長Ｌ１は活性領
域の屈折率ｎ１ とその物理長ｔ１ を用いて”１””
１ｔ１と表わせることを示したが、同様に光学長り。な
る光導波路も、光導波路の屈折率ｎ。
る値に設定した際、その値を満足する条件をＬＯ／Ｌ１
とｒｏの関係に対して等高線で示す。この図においては
ｒ １ ＝０ 、４ とした。例えば第１の例としてＰ
で示される等高線はΔシ２／Δシ１、すなわち変調や温
度変化に対する発振周波数シフトを％に設定できる・こ
とを示している。例として等高線Ｐ上の２点を考えると
、ｒ １＝ Ｏ−４に対してり。／′ｌ−１＝２．５．
ｒｏ＝０．５ となる。活性領域の光学長Ｌ１は活性領
域の屈折率ｎ１ とその物理長ｔ１ を用いて”１””
１ｔ１と表わせることを示したが、同様に光学長り。な
る光導波路も、光導波路の屈折率ｎ。
及びその物理長ｔ。を用いてり。−”Ｏ’Ｏ（！：表わ
せる。例えばｎ１＝３．５．ｎｏ＝３．２． ｔ１＝２
００ｚ１ｍとすれば、この例の場合には光導波路の実際
の寸法はｔ。：５５０μｍとなる。前述したようにｒｌ
−（１４は結合部の間隙にＳｉＯ２を埋め込むことによ
り達成でき、ｒｏ＝０ 、５ も結合効率のわずかなロ
スがあっても光導波路端面からの反射で実現できる。
せる。例えばｎ１＝３．５．ｎｏ＝３．２． ｔ１＝２
００ｚ１ｍとすれば、この例の場合には光導波路の実際
の寸法はｔ。：５５０μｍとなる。前述したようにｒｌ
−（１４は結合部の間隙にＳｉＯ２を埋め込むことによ
り達成でき、ｒｏ＝０ 、５ も結合効率のわずかなロ
スがあっても光導波路端面からの反射で実現できる。
第２例としてＱで示される等高線は発振周波数シフトを
％に低減できる等高線を示しており、例としてｑ点を考
えるとＬ□／Ｌ １ ”＝ ２０ 、 ｒ ｏ ＝ ０
、８となる。前例と同様に活性領域、光導波路の屈折
率をｎｌ ＝３．５ 、ｎｏ＝３．２とし、例えばｔ、
＝７０／１ｍとすれば、光導波路の実際の寸法はｔ。−
１，６喘となる。ｒｏ ＝０ 、８ なる値は光導波路
端面に反射膜コーティングを施すことによシ実現できる
。
％に低減できる等高線を示しており、例としてｑ点を考
えるとＬ□／Ｌ １ ”＝ ２０ 、 ｒ ｏ ＝ ０
、８となる。前例と同様に活性領域、光導波路の屈折
率をｎｌ ＝３．５ 、ｎｏ＝３．２とし、例えばｔ、
＝７０／１ｍとすれば、光導波路の実際の寸法はｔ。−
１，６喘となる。ｒｏ ＝０ 、８ なる値は光導波路
端面に反射膜コーティングを施すことによシ実現できる
。
以上示したものはあくまで代表例であるが、第９図は、
システムイ１（１からの要望に対し、具体的にデバイス
構造を決定する為の設計指針であシ、所望の等特を有す
る半導体し〜ザを提供できる。
システムイ１（１からの要望に対し、具体的にデバイス
構造を決定する為の設計指針であシ、所望の等特を有す
る半導体し〜ザを提供できる。
第１ｏ図に便宜上３つの領域（Ｉ） 、 （ＩＩ） 、
＠）に分割した図を示す。内容は第１０図に示したも
のと同じであり、（Ｉ）はΔシ２／Δシ１＜０．２．（
ＩＩ）は０．２くΔν２／Δｖ１くｏ、ｓ、＠）は０．
８くΔシ２／Δシ１である。すなわち領域（１）は発振
周波数安定度が極めて要求される場合に適しており、例
えば干渉計用。
＠）に分割した図を示す。内容は第１０図に示したも
のと同じであり、（Ｉ）はΔシ２／Δシ１＜０．２．（
ＩＩ）は０．２くΔν２／Δｖ１くｏ、ｓ、＠）は０．
８くΔシ２／Δシ１である。すなわち領域（１）は発振
周波数安定度が極めて要求される場合に適しており、例
えば干渉計用。
分光計用あるいは光七ンサー用光源として用いる場合に
は有効である。また光ヘテロダイン通信を行なう、鴨今
に発振周波数安定度の要求される局部発振光源として用
いると有効であり、捷た信号源として用いてもよい。
は有効である。また光ヘテロダイン通信を行なう、鴨今
に発振周波数安定度の要求される局部発振光源として用
いると有効であり、捷た信号源として用いてもよい。
領域（Ｉｔ）は例えばマルチモードファイバを用いた通
信に適用させることができる。通常半導体レーザをマル
チモードファイバと結合し例えばアナログ強度変調に、
より信号伝送を行なうと、レーザの発信波長変動に起因
した歪が大きく発生したり、また発振波長変動によシマ
ルチモードファイバを伝搬する光の伝搬モードが変化し
、結果的にスペックルが変動し、ファイバのスプライス
部やコネクタ一部で空間フィルタリング効果を生じてし
まったりする。しかしながら領域（ＩＩ）の範囲にデバ
イス構造を決定すれば、もちろん領域（１）を含んで良
いが、それらの信号伝送品質の劣化要因を軽減あるいは
除去することができる。
信に適用させることができる。通常半導体レーザをマル
チモードファイバと結合し例えばアナログ強度変調に、
より信号伝送を行なうと、レーザの発信波長変動に起因
した歪が大きく発生したり、また発振波長変動によシマ
ルチモードファイバを伝搬する光の伝搬モードが変化し
、結果的にスペックルが変動し、ファイバのスプライス
部やコネクタ一部で空間フィルタリング効果を生じてし
まったりする。しかしながら領域（ＩＩ）の範囲にデバ
イス構造を決定すれば、もちろん領域（１）を含んで良
いが、それらの信号伝送品質の劣化要因を軽減あるいは
除去することができる。
領域＠）はさほど発振周波数シフトの抑圧が要求されず
唯単に縦単一モード発振をすれば良い場合に適用すれば
良い。例えば単一モードファイバを用いたデジタル強度
変調により信号伝送を行なう場合や、多波長多重通信用
の発振波長の固定化された光源として用いれば良い。
唯単に縦単一モード発振をすれば良い場合に適用すれば
良い。例えば単一モードファイバを用いたデジタル強度
変調により信号伝送を行なう場合や、多波長多重通信用
の発振波長の固定化された光源として用いれば良い。
第１０図はｒ １ ＝ ０ 、４ Ｋ関して示されてい
るが、例えばｒｌ を小さくすることにより縦マルチモ
ード発振するレーザは、光デイスク用光源として反射光
の影響を受けにくい特性のものとして最適であり、−１
だ前例で示したマルチモードファイバによる信号伝送に
用いれば、可干渉の悪いスペックル変動のない光源とし
ても適している。
るが、例えばｒｌ を小さくすることにより縦マルチモ
ード発振するレーザは、光デイスク用光源として反射光
の影響を受けにくい特性のものとして最適であり、−１
だ前例で示したマルチモードファイバによる信号伝送に
用いれば、可干渉の悪いスペックル変動のない光源とし
ても適している。
以上において本発明の詳しい内容を一実施例を用いて説
明したが、もちろＸ７半導体レーザと光導波路を同一基
板上に複合共振器構成をもつ半導体レーザとして考えた
場合、これに限定されるものではない。以下に基本概念
は同じであるため詳しい説明は省略するが他の実施例を
いくつか示す。
明したが、もちろＸ７半導体レーザと光導波路を同一基
板上に複合共振器構成をもつ半導体レーザとして考えた
場合、これに限定されるものではない。以下に基本概念
は同じであるため詳しい説明は省略するが他の実施例を
いくつか示す。
第２の実施例の断面図を第１１図に示す。本実施例にお
いては活性層３２と光導波層３９が積層構造となってお
り、活性層３２が除去された部分が光導波路３８となっ
ている。本実施例において活性領域３７の共振器端面４
５の振幅反射率ｒ１を制御するためには、共振器端面４
６に反射膜を被着すればよい。
いては活性層３２と光導波層３９が積層構造となってお
り、活性層３２が除去された部分が光導波路３８となっ
ている。本実施例において活性領域３７の共振器端面４
５の振幅反射率ｒ１を制御するためには、共振器端面４
６に反射膜を被着すればよい。
第３の実施例の断面図を第１２図に示す。本実施例の構
成は基本的にＩ′ｉ第２の実施例と同じであるが、活性
層３２と光導波層３３の間にｎ型ＩｎＰ分離層４７を設
けた点が異なっている。
成は基本的にＩ′ｉ第２の実施例と同じであるが、活性
層３２と光導波層３３の間にｎ型ＩｎＰ分離層４７を設
けた点が異なっている。
第４の実施例の断面図を第１３図に示す。本実施例にお
いては、活性層３２と光導波層３９がＩｎＰ 表ＩｎＧ
ａＡｓＰ の多重量子井戸構造を有する同一の薄膜によ
って形成されている。多重量子井戸構造の活性層を有す
る半導体し〜ザからの誘導放出光は、活性層と同じ構造
の光導波層においてほとんど吸収されない。従って、本
実施例のように、活性層３２と光導波層３９が同じ多重
量子井戸構造であっても、本発明の目的は達し得る。
いては、活性層３２と光導波層３９がＩｎＰ 表ＩｎＧ
ａＡｓＰ の多重量子井戸構造を有する同一の薄膜によ
って形成されている。多重量子井戸構造の活性層を有す
る半導体し〜ザからの誘導放出光は、活性層と同じ構造
の光導波層においてほとんど吸収されない。従って、本
実施例のように、活性層３２と光導波層３９が同じ多重
量子井戸構造であっても、本発明の目的は達し得る。
第５の実施例の断面図を第１４図に示す。本実施例の基
本構成ｔｒｉ第１の実施例（！ｌ：Ｆｌしであるが、活
性領域３７に半導体レーザ駆動電流を流す電極４８の他
に、光導波層３８の実効屈折率を制御する電極４９を設
けている。光導波層３８の実効屈折率を変化させるため
には例えば電極４９に逆バイアスを印加してポッケルス
効果を用いるか、電流を注入してプラズマ振動効果を用
いればよい。
本構成ｔｒｉ第１の実施例（！ｌ：Ｆｌしであるが、活
性領域３７に半導体レーザ駆動電流を流す電極４８の他
に、光導波層３８の実効屈折率を制御する電極４９を設
けている。光導波層３８の実効屈折率を変化させるため
には例えば電極４９に逆バイアスを印加してポッケルス
効果を用いるか、電流を注入してプラズマ振動効果を用
いればよい。
つ１り複合共振器構成により半導体レーザ発振周波数シ
フトの抑圧が可能であることは第１の実施例において詳
しく述べた通りであるが、更に抑圧度を上げたい場合に
は光導波路の屈折率を変化させることにより発振周波数
を固定化することが可能である。
フトの抑圧が可能であることは第１の実施例において詳
しく述べた通りであるが、更に抑圧度を上げたい場合に
は光導波路の屈折率を変化させることにより発振周波数
を固定化することが可能である。
以上に示しゾこ実施例以外にも本発明の発想を有するも
のはもちろん本発明に含捷れるものであり、また応用例
に関しても幾つか示したが、それ以外にも非常に広い分
野にて利用可能である。また化合物半導体としてＩｎＰ
を用いたデバイスを示したがこれに限ったものではなく
、Ａ ｔＧ ａ Ａ ｇ系あるいはその他の利訓を用い
てもよい。特に光ディスクに利用する時には短波長化の
ため他の材料を用いる。
のはもちろん本発明に含捷れるものであり、また応用例
に関しても幾つか示したが、それ以外にも非常に広い分
野にて利用可能である。また化合物半導体としてＩｎＰ
を用いたデバイスを示したがこれに限ったものではなく
、Ａ ｔＧ ａ Ａ ｇ系あるいはその他の利訓を用い
てもよい。特に光ディスクに利用する時には短波長化の
ため他の材料を用いる。
また不発ＦｆＪは半導体レーザと光導波路を複合共振器
構成と［２かガ、これを光集積回路の一部として、更に
検出器９分波器１分岐器等と集積化しても良い。−！、
た活性領域の光導波路から遠い端面も外部への取り出し
光の外部用・子効率を制御するために反射膜処理を施し
ても良い。
構成と［２かガ、これを光集積回路の一部として、更に
検出器９分波器１分岐器等と集積化しても良い。−！、
た活性領域の光導波路から遠い端面も外部への取り出し
光の外部用・子効率を制御するために反射膜処理を施し
ても良い。
発明の効果
以上詳しく説明したように、本発明は同一の化合物半導
体基板上に活性領域と先導波路を集積化して複合共振器
構成とし、活性領域の光学長、光導波路の光学長、先導
波路の活性領域から遠い端面の反射率、活性領域と光導
波路の結合部の活性領域の端面反射率を所定の値に制御
するために構造並びに製作方法を工夫し、半導体レーザ
の特性。
体基板上に活性領域と先導波路を集積化して複合共振器
構成とし、活性領域の光学長、光導波路の光学長、先導
波路の活性領域から遠い端面の反射率、活性領域と光導
波路の結合部の活性領域の端面反射率を所定の値に制御
するために構造並びに製作方法を工夫し、半導体レーザ
の特性。
特に発振縦モードの単一化あるいはマルチ化を明確に区
別して実現でき、更に半導体レーザ光の発振周波数の変
調や対環境温度変化に対する安定化を施し、様々な分野
において利用されることを可能としている。これは従来
提案されている構造のデバイスでは実現できず、本発明
のような構造においてはじめて制御性、再現性、量産性
」：〈所定の特性の半導体レーザを提供できることより
、効果は極めて大である。
別して実現でき、更に半導体レーザ光の発振周波数の変
調や対環境温度変化に対する安定化を施し、様々な分野
において利用されることを可能としている。これは従来
提案されている構造のデバイスでは実現できず、本発明
のような構造においてはじめて制御性、再現性、量産性
」：〈所定の特性の半導体レーザを提供できることより
、効果は極めて大である。
第１図（ａ）〜（ｅ）は半導体レーザの外部に共振器を
配置した複合共振器を示す図、第１図（ｆ） ＝ （ｈ
）は半導体１／−ザ２つを光学的に結合させた複合共振
器を示す図、第１図（す〜朱）は半導体レーザに光導波
路を結合した単一共振器あるいは複合共振器を示す図、
第２図は本発明の具体的な一実施例の半導体レーザ装置
の部分断面斜視図、第３図（、）〜（ｆ）は第２図に示
した一実施例の一部の部分断面図、第４図は単体半導体
レーザの単位電流当りの発振周波数シフトの変調周波数
依存性を示す図、第５図は発振周波数シント朧が活性領
域光学長と光導波路光学長の比り。／Ｌ、に依存するこ
とを示す図、第６図、第７図は発振周波数シフトの抑圧
度がＬｏ／Ｌ１だけでなく、光導波路の活性領域から遠
い端面の振幅反射率ｒ１及び光導波路と活性領域の結合
部の活性領域端面の振幅反射率ｒ１ に大きく依存する
ことを示す図、第８図は位相の合致した２つの縦モード
の利得のしきい値がｒｌ に依存することを示す図、第
９図は発振周波数シフトの抑圧度の設定値を満足するＩ
。／Ｌ１及びｒ。の関係を示す図、第１ｏ図は第９図と
同じで発振周波数シフトの抑圧度に対し３つの領域に分
割したことを示す図、第１１図〜第１４図は本発明の具
体的な他の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。 ３１・・・・・化合物半導体基板、３２・・・・・・活
性層、３３ａ・・・・・・閉込め層、３７・・・・・活
性領域、３８・・・・・光導波路、４４・・・・・間隙
、４６・・・・・絶縁物。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （どｌ−ン （ｅ−〕 （ｂン び） （リ （卸 第１図 （Ｌ） ３ （−ｂ） 第４図 ｆ 桐 二 ｔｏｏ＊ ＩＭ （ｏＭＬＯＯＭ ／（７１０ｂ変調周
波数 ト む１２７ 第５図 ＬＶ。 疋−ＶＶ。 第８図 第９図 １′ ｏ、ｏｏ ｒ ｏ、ＯｌＯ，ｔ ｏ、５ ”’ １第１
Ｏ図 第１１図 第１２図 第１４図
配置した複合共振器を示す図、第１図（ｆ） ＝ （ｈ
）は半導体１／−ザ２つを光学的に結合させた複合共振
器を示す図、第１図（す〜朱）は半導体レーザに光導波
路を結合した単一共振器あるいは複合共振器を示す図、
第２図は本発明の具体的な一実施例の半導体レーザ装置
の部分断面斜視図、第３図（、）〜（ｆ）は第２図に示
した一実施例の一部の部分断面図、第４図は単体半導体
レーザの単位電流当りの発振周波数シフトの変調周波数
依存性を示す図、第５図は発振周波数シント朧が活性領
域光学長と光導波路光学長の比り。／Ｌ、に依存するこ
とを示す図、第６図、第７図は発振周波数シフトの抑圧
度がＬｏ／Ｌ１だけでなく、光導波路の活性領域から遠
い端面の振幅反射率ｒ１及び光導波路と活性領域の結合
部の活性領域端面の振幅反射率ｒ１ に大きく依存する
ことを示す図、第８図は位相の合致した２つの縦モード
の利得のしきい値がｒｌ に依存することを示す図、第
９図は発振周波数シフトの抑圧度の設定値を満足するＩ
。／Ｌ１及びｒ。の関係を示す図、第１ｏ図は第９図と
同じで発振周波数シフトの抑圧度に対し３つの領域に分
割したことを示す図、第１１図〜第１４図は本発明の具
体的な他の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。 ３１・・・・・化合物半導体基板、３２・・・・・・活
性層、３３ａ・・・・・・閉込め層、３７・・・・・活
性領域、３８・・・・・光導波路、４４・・・・・間隙
、４６・・・・・絶縁物。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （どｌ−ン （ｅ−〕 （ｂン び） （リ （卸 第１図 （Ｌ） ３ （−ｂ） 第４図 ｆ 桐 二 ｔｏｏ＊ ＩＭ （ｏＭＬＯＯＭ ／（７１０ｂ変調周
波数 ト む１２７ 第５図 ＬＶ。 疋−ＶＶ。 第８図 第９図 １′ ｏ、ｏｏ ｒ ｏ、ＯｌＯ，ｔ ｏ、５ ”’ １第１
Ｏ図 第１１図 第１２図 第１４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）化合物半導体基板と、前記基板上に部分的に形成
された少なくとも活性層および閉込め層を含む半導体レ
ーザの活性領域と、前記活性領域に近接して前記基板上
に形成された前記活性領域からの発光を導波し得る光導
波路とを有し、前記活性領域の前記光導波路に近い共振
器端面の振幅反射率ｒ１ と、前記光導波路の前記活性
領域から遠い端面の振幅反射率ｒ。と、前記光導波路に
よって形成される外部共振器の光学長Ｌ０と前記活性領
域の共振器の光学長Ｌ１ の比り。／Ｌ１ とを変調方
式に応じて所定の値に制御したことを特徴とする半導体
レーザ装置。 （２）光導波路が半導体レーザの活性領域のバンドギャ
ップより大きくなる組成物質によって構成されており、
かつ単一モードのみを伝搬することを特徴とする特π「
請求の範囲第１項記載の半導体し一ザ装置。 （３）光導波路の活性領域から遠い端面が、反射膜を被
着されたへき開面もしくはエツチング面であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体
レーザ装置。 （４）活性領域の光導波路に近い端面と光導波路の活性
領域に近い端面とが、光学的結合領域の全面にわたって
は接しておらず、前記光学的結合領域の一部もしくは全
部にわたる空気もしくは絶縁物によって充てんされた間
隙を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
第２項又は第３項記載の半導体レーザ装置。 （６）光導波路が、前記光導波路の実効屈折率を電気的
に制御し得る電極を有するものであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体レーザ装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4330184A JPS60187078A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 半導体レ−ザ装置 |
| US06/708,848 US4794608A (en) | 1984-03-06 | 1985-03-05 | Semiconductor laser device |
| US07/276,763 US4899360A (en) | 1984-03-06 | 1988-11-08 | Semiconductor laser device having monolithically formed active and passive cavities on the same substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4330184A JPS60187078A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60187078A true JPS60187078A (ja) | 1985-09-24 |
| JPH0311554B2 JPH0311554B2 (ja) | 1991-02-18 |
Family
ID=12659966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4330184A Granted JPS60187078A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60187078A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6362388A (ja) * | 1986-09-03 | 1988-03-18 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| US4895615A (en) * | 1988-03-09 | 1990-01-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Monolithic fabrication techniques for front face optoelectronic couplers and/or optical components including ridge structured waveguides |
| FR2826789A1 (fr) * | 2001-07-02 | 2003-01-03 | Cit Alcatel | Laser integre a cavite de fabry perot |
| WO2002031863A3 (en) * | 2000-10-11 | 2003-10-23 | Nat Univ Ireland | A single frequency laser |
| JP2006270003A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Hitachi Cable Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2007200942A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-09 | Fujitsu Ltd | 光モジュール |
| JP2008227010A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Nec Corp | 光源装置 |
| JP2022506323A (ja) * | 2018-11-05 | 2022-01-17 | 華為技術有限公司 | 外部反射戻り光耐性レーザ |
| WO2022012988A1 (de) * | 2020-07-13 | 2022-01-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zu dessen herstellung |
-
1984
- 1984-03-06 JP JP4330184A patent/JPS60187078A/ja active Granted
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6362388A (ja) * | 1986-09-03 | 1988-03-18 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| US4895615A (en) * | 1988-03-09 | 1990-01-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Monolithic fabrication techniques for front face optoelectronic couplers and/or optical components including ridge structured waveguides |
| WO2002031863A3 (en) * | 2000-10-11 | 2003-10-23 | Nat Univ Ireland | A single frequency laser |
| FR2826789A1 (fr) * | 2001-07-02 | 2003-01-03 | Cit Alcatel | Laser integre a cavite de fabry perot |
| WO2003005511A3 (fr) * | 2001-07-02 | 2003-05-15 | Cit Alcatel | Laser integre a cavite de fabry perot |
| US7065120B2 (en) * | 2001-07-02 | 2006-06-20 | Avanex Corporation | Integrated laser with Perot-Fabry cavity |
| JP2006270003A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Hitachi Cable Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP4612448B2 (ja) * | 2005-03-25 | 2011-01-12 | 日立電線株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JP2007200942A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-09 | Fujitsu Ltd | 光モジュール |
| JP2008227010A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Nec Corp | 光源装置 |
| JP2022506323A (ja) * | 2018-11-05 | 2022-01-17 | 華為技術有限公司 | 外部反射戻り光耐性レーザ |
| WO2022012988A1 (de) * | 2020-07-13 | 2022-01-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zu dessen herstellung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0311554B2 (ja) | 1991-02-18 |
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