JPS60242690A - 周波数変調型半導体レ−ザ素子 - Google Patents
周波数変調型半導体レ−ザ素子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】
く技術分野〉
、本発明は発振波長を制御することのできる半導ぴ鋲従
来技術〉 現在、半導体レーザを光通信用光源として使用した場合
には信号光の変調方式として振幅変調(AM)方式が採
用されている。しかしながら、更に大容量で高速の光通
信を実現するためには周波数変調(FM)方式を採用す
ることが望ましく、このため、通信用光源としてより広
い波長(周波数)変調範囲を有しかつ大きな変調率を有
する周波数変調型半導体レーザ素子の確立が通信技術の
分野で切望されている。
来技術〉 現在、半導体レーザを光通信用光源として使用した場合
には信号光の変調方式として振幅変調(AM)方式が採
用されている。しかしながら、更に大容量で高速の光通
信を実現するためには周波数変調(FM)方式を採用す
ることが望ましく、このため、通信用光源としてより広
い波長(周波数)変調範囲を有しかつ大きな変調率を有
する周波数変調型半導体レーザ素子の確立が通信技術の
分野で切望されている。
周波数変調型半導体レーザ素子としては例えば第2図に
示すような複合共振器を利用したものがある。第2図は
基板上に積層されたレーザ発振用多層結晶を有するレー
ザ素子を上方より見た平面図であシ、1は共振器長(L
l +L2 )の直線状共振器を有するファプリ・ベロ
ー型半導体レーザ動作部、2は共振器長(Ll +L3
)のL字状共振器を有する変調器部、3は半導体レー
ザ動作部1の導波路と変調器部2の導波路とを電気的に
分離する溝、4,5.6は各々骨間法で形成されたフッ
鵞゛す・ペロー共振器を構成する共振面であり、共振面
4は半導体レーザ動作部1と変調器部2の双方の共振器
の共振面となる。半導体レーザ動作部1に電流11+変
調器部2に電流工2を流すことによシ、図中に矢印で示
すレーザ発振状態を持続させ、次に、変調器部2に流す
電流■2を変化させることにより、2つの共振器の干渉
効果によって発振しているレーザ光の単−縦モードの波
長が連続的に変化することとなる。しかしながら、この
レーザ素子は波長変調範囲が数10Aの非常に狭い範囲
であり、変調率がIA/mA程度で小さく充分な変調効
果が得られないといった欠点があった。
示すような複合共振器を利用したものがある。第2図は
基板上に積層されたレーザ発振用多層結晶を有するレー
ザ素子を上方より見た平面図であシ、1は共振器長(L
l +L2 )の直線状共振器を有するファプリ・ベロ
ー型半導体レーザ動作部、2は共振器長(Ll +L3
)のL字状共振器を有する変調器部、3は半導体レー
ザ動作部1の導波路と変調器部2の導波路とを電気的に
分離する溝、4,5.6は各々骨間法で形成されたフッ
鵞゛す・ペロー共振器を構成する共振面であり、共振面
4は半導体レーザ動作部1と変調器部2の双方の共振器
の共振面となる。半導体レーザ動作部1に電流11+変
調器部2に電流工2を流すことによシ、図中に矢印で示
すレーザ発振状態を持続させ、次に、変調器部2に流す
電流■2を変化させることにより、2つの共振器の干渉
効果によって発振しているレーザ光の単−縦モードの波
長が連続的に変化することとなる。しかしながら、この
レーザ素子は波長変調範囲が数10Aの非常に狭い範囲
であり、変調率がIA/mA程度で小さく充分な変調効
果が得られないといった欠点があった。
〈発明の目的〉
本発明は上述の問題点に鑑み、周波数(波長)変調可能
範囲が充分に広く大きな変調率を有する複合共振器型半
導体レーザ素子を提供することを。
範囲が充分に広く大きな変調率を有する複合共振器型半
導体レーザ素子を提供することを。
目的とするものである。
〈基本的構成及び効果〉
本発明は複合共振器を有する周波数変調型半導体レーザ
素子に於いて、出力レーザ光を取り出すだめの共振器を
有するレーザ動作部と該レーザ動作部の共振器の一方の
端面を共有する共振器を有する変調器部の各共振面に誘
電膜を被覆し、各共振面反射率を適宜の値に設定制御し
たものである。
素子に於いて、出力レーザ光を取り出すだめの共振器を
有するレーザ動作部と該レーザ動作部の共振器の一方の
端面を共有する共振器を有する変調器部の各共振面に誘
電膜を被覆し、各共振面反射率を適宜の値に設定制御し
たものである。
即ち、レーザ動作部に於いて出力レーザ光を取り出す共
振器端面は低反射率に、他方の共振器共有端面及び変調
器部に於ける他方の共振器端面は高反射率になるように
誘電膜の膜厚を選定する。例えば低反射率を要する共振
器端面には5iOzまだはA tz 03等の金属酸化
膜を単層で被覆し、その膜厚を発振波長λに対して2/
乃至2/2の範囲に設定することにより0乃至0.3
2程度の反射率が得られる。高反射率を要する共振器端
面には5i(h4たはA t 203等の金属酸化膜と
アモルファスシリコン(a−8i)膜を各々2/の膜厚
に設定して交互に積層し、2層または4層構造の保護膜
とすることにより0.32乃至1.00の反射率が得ら
れる。
振器端面は低反射率に、他方の共振器共有端面及び変調
器部に於ける他方の共振器端面は高反射率になるように
誘電膜の膜厚を選定する。例えば低反射率を要する共振
器端面には5iOzまだはA tz 03等の金属酸化
膜を単層で被覆し、その膜厚を発振波長λに対して2/
乃至2/2の範囲に設定することにより0乃至0.3
2程度の反射率が得られる。高反射率を要する共振器端
面には5i(h4たはA t 203等の金属酸化膜と
アモルファスシリコン(a−8i)膜を各々2/の膜厚
に設定して交互に積層し、2層または4層構造の保護膜
とすることにより0.32乃至1.00の反射率が得ら
れる。
レーザ動作部に駆動電流を注入してその共振器でレーザ
動作を開始し、また変調器部には変調電流を注入してそ
の共振器も同時にレーザ動作状態とする。変調器部の共
振器は両共振面が高反射率に設定されているため外部へ
出力されるレーザ光は少なく大部分が共振器内へ閉じ込
められて内部光子密度が高くなる。一方、レーザ動作部
の共振器は一方の共振面が低反射率に設定されているた
めこの共振面よりレーザ光が取り出され、内部光子密度
は低くなる。従って、レーザ動作部と変調、器部で共有
される部分の共振器(その共振器長をLlとする)は高
い光子密度P’+を有し、レーザ動作部単独で用いられ
る部分の共振器(その共振器長をL2とする)は低い光
子密度P2を有する。このようにレーザ動作部の共振器
は光子密度の異なる導波路を連結°したものとなる。光
子密度の高い部分の利得をgz低い部分の利得をg2と
するとレーザ動作部の共振器の実効的利得geffはg
eff −(g+PtL+ + gzPzLz )/(
PILI +P2L2) で表わされる。発振波長λはgeffの大きさによって
決定されるため、光子密度P1を変調器部に流す変調電
流によって制御することによシレーザ動作部よシ出力さ
れるレーザ光の波長即ち周波数を変調することができる
。
動作を開始し、また変調器部には変調電流を注入してそ
の共振器も同時にレーザ動作状態とする。変調器部の共
振器は両共振面が高反射率に設定されているため外部へ
出力されるレーザ光は少なく大部分が共振器内へ閉じ込
められて内部光子密度が高くなる。一方、レーザ動作部
の共振器は一方の共振面が低反射率に設定されているた
めこの共振面よりレーザ光が取り出され、内部光子密度
は低くなる。従って、レーザ動作部と変調、器部で共有
される部分の共振器(その共振器長をLlとする)は高
い光子密度P’+を有し、レーザ動作部単独で用いられ
る部分の共振器(その共振器長をL2とする)は低い光
子密度P2を有する。このようにレーザ動作部の共振器
は光子密度の異なる導波路を連結°したものとなる。光
子密度の高い部分の利得をgz低い部分の利得をg2と
するとレーザ動作部の共振器の実効的利得geffはg
eff −(g+PtL+ + gzPzLz )/(
PILI +P2L2) で表わされる。発振波長λはgeffの大きさによって
決定されるため、光子密度P1を変調器部に流す変調電
流によって制御することによシレーザ動作部よシ出力さ
れるレーザ光の波長即ち周波数を変調することができる
。
上記構成によれば、光子密度を制御することによる変調
効果が顕著となり即ち変調率が高くなって出力されるレ
ーザ光の周波数を容易に変調することができる。また変
調可能範囲も光子密度の許容変動値に応じて飛躍的に広
くなる。従って、FM変調方式の光通信用光源として非
常に優れた特性を有する半導体レーザ素子が得られる。
効果が顕著となり即ち変調率が高くなって出力されるレ
ーザ光の周波数を容易に変調することができる。また変
調可能範囲も光子密度の許容変動値に応じて飛躍的に広
くなる。従って、FM変調方式の光通信用光源として非
常に優れた特性を有する半導体レーザ素子が得られる。
〈実施例〉
第1図は本発明の1実施例を示す周波数変調型半導体レ
ーザ素子の平面構成図である。また第3図は第1図に示
す半導体レーザ素子Ωレーザ動作部の詳細を示す断面構
成図である。
ーザ素子の平面構成図である。また第3図は第1図に示
す半導体レーザ素子Ωレーザ動作部の詳細を示す断面構
成図である。
本実施例の周波数変調型半導体レーザ素子は第2図と同
様にレーザ動作部1と変調器部2より構成され、レーザ
動作部1と変調器部2は分離溝3によって電気的に分離
されている。レーザ動作部1はレーザ光を出力するだめ
の直線状共振器を有し、この共振器はレーザ光を取り出
すだめの前面側共振面5とこれに対向する背面側の共振
面4で構成される。一方、変調器部2は光密度を制御し
て周波数変調するだめのL字状に蛇行した共振器を有し
、この共振器は上記レーザ動作部1の前面側共振面5に
直交する方向の共振面6と上記レーザ動作部1の背面側
の共振面4を共有して構成され、両共振器は共振面4よ
り共振器長Llの部分を共有してそれぞれの共振面5,
6の方向へ分岐されている。従ってレーザ動作部1の共
振器長は共有部分L1と単独部分L2の和(Ll +L
2 )となり、変調器部2の共振器長は共有部分L1と
単独部分L3の和(L、+ + L 3 )となる。各
共振器は利得導波形でもよいが単−縦モードが得られ易
いという点で屈折率導波形の導波路を利用することが望
ましい。各共振器の共振面4,5.6には反射率゛を設
定するだめの保護膜7,8.9が被覆される。
様にレーザ動作部1と変調器部2より構成され、レーザ
動作部1と変調器部2は分離溝3によって電気的に分離
されている。レーザ動作部1はレーザ光を出力するだめ
の直線状共振器を有し、この共振器はレーザ光を取り出
すだめの前面側共振面5とこれに対向する背面側の共振
面4で構成される。一方、変調器部2は光密度を制御し
て周波数変調するだめのL字状に蛇行した共振器を有し
、この共振器は上記レーザ動作部1の前面側共振面5に
直交する方向の共振面6と上記レーザ動作部1の背面側
の共振面4を共有して構成され、両共振器は共振面4よ
り共振器長Llの部分を共有してそれぞれの共振面5,
6の方向へ分岐されている。従ってレーザ動作部1の共
振器長は共有部分L1と単独部分L2の和(Ll +L
2 )となり、変調器部2の共振器長は共有部分L1と
単独部分L3の和(L、+ + L 3 )となる。各
共振器は利得導波形でもよいが単−縦モードが得られ易
いという点で屈折率導波形の導波路を利用することが望
ましい。各共振器の共振面4,5.6には反射率゛を設
定するだめの保護膜7,8.9が被覆される。
レーザ光を取り出すだめの前面側の共振面5には反射率
を低く設定するため、At203の単層膜を電子ビーム
蒸着法によシ厚さ2/2(λ:発振波長)程度となるよ
うに被着する。これによってこの共振面の反射率は約0
.30となる。他の共振面4゜6には反射率を高く設定
するため、At 203とa−8iの各膜を厚さ2/4
に設定して交互に電子ビーム蒸着法で積層し計4層構造
の保護膜とする。これによってこの共振面の反射率は約
095となる。
を低く設定するため、At203の単層膜を電子ビーム
蒸着法によシ厚さ2/2(λ:発振波長)程度となるよ
うに被着する。これによってこの共振面の反射率は約0
.30となる。他の共振面4゜6には反射率を高く設定
するため、At 203とa−8iの各膜を厚さ2/4
に設定して交互に電子ビーム蒸着法で積層し計4層構造
の保護膜とする。これによってこの共振面の反射率は約
095となる。
次に、レーザ発振を行なうだめの多層結晶構造について
説明する。本実施例では屈折率導波形のGaAs−Ga
AtAs系VS I S (V −channe I
edSubstrate Inner 5tripe
)レーザ素子を用いた。
説明する。本実施例では屈折率導波形のGaAs−Ga
AtAs系VS I S (V −channe I
edSubstrate Inner 5tripe
)レーザ素子を用いた。
p−GaAs基板11上にn−GaAsから成る電流阻
止層12を堆積し、電流阻止層12表面よりGaAs基
板11に達するV字状のストライプ溝をエツチング加工
することによシミ流通路を開通させる。
止層12を堆積し、電流阻止層12表面よりGaAs基
板11に達するV字状のストライプ溝をエツチング加工
することによシミ流通路を開通させる。
即ち、ストライプ溝によシミ流阻止層12が基板11か
ら除去された部分のみに電流が流れるストライプ構造が
形成される。この上に順次液相エピタキシャル成長法に
よってp−Ga07Ato3Asから成るクラッド層1
3.p(又はn、ノンドープ)GaO,95At0.0
5ASから成る活性層14 + n−Ga 07AtO
,3Asから成るクラッド層15 、n −GaAsか
ら成るキャップ層16が積層され、活性層14が基板1
1側へ湾曲されて屈折率分布が付与されたレーザ発振用
ダブルへテロ接合型多層構造が形成されている。GaA
s基板11の裏面にはAu −Znを蒸着した後、加熱
合金比して得られるp側電極17.キャップ層16上に
はAu−Ge−Niを蒸着した後、加熱合金比して得ら
れるn側電極18が蒸着形成されている。
ら除去された部分のみに電流が流れるストライプ構造が
形成される。この上に順次液相エピタキシャル成長法に
よってp−Ga07Ato3Asから成るクラッド層1
3.p(又はn、ノンドープ)GaO,95At0.0
5ASから成る活性層14 + n−Ga 07AtO
,3Asから成るクラッド層15 、n −GaAsか
ら成るキャップ層16が積層され、活性層14が基板1
1側へ湾曲されて屈折率分布が付与されたレーザ発振用
ダブルへテロ接合型多層構造が形成されている。GaA
s基板11の裏面にはAu −Znを蒸着した後、加熱
合金比して得られるp側電極17.キャップ層16上に
はAu−Ge−Niを蒸着した後、加熱合金比して得ら
れるn側電極18が蒸着形成されている。
p側電極17及びn側電極18を介して直流電流を注入
するとGaAs基板1に設けられたストライプ溝の領域
に集中して電流が流れ、ストライプ溝直上の活性層4で
レーザ発振が開始される。出力されるレーザ光は横モー
ドが安定なスポット状となり、共振端面より反射率に応
じて放射される。
するとGaAs基板1に設けられたストライプ溝の領域
に集中して電流が流れ、ストライプ溝直上の活性層4で
レーザ発振が開始される。出力されるレーザ光は横モー
ドが安定なスポット状となり、共振端面より反射率に応
じて放射される。
こととなる。即ち、レーザ動作部1及び変調器部2に於
ける各共振器はこのGaAs基板11に設けられたスト
ライプ溝に対応する直上の活性層4に相当するものであ
シ、第1図に示すようなレーザ動作部1と変調器部2に
於いてその一部を共有する各々の共振器は第3図に示す
ストライプ溝を電流阻止層12表面よりGaAs基板1
1へ達する深さ迄刻設し、直線状及び途中分岐されたL
字状の溝として電流通路を開通させた後、レーザ発振用
多層結晶をエピタキシャル成長させることにより得られ
るものである。また共振面は結晶を襞間することによ多
形成される。レーザ動作部1と変調器部2を電気的に分
離するにはp側電極17とn側電極18の少なくとも一
方に分離溝3を刻設する。これによって各々に独立して
電流が注入される。
ける各共振器はこのGaAs基板11に設けられたスト
ライプ溝に対応する直上の活性層4に相当するものであ
シ、第1図に示すようなレーザ動作部1と変調器部2に
於いてその一部を共有する各々の共振器は第3図に示す
ストライプ溝を電流阻止層12表面よりGaAs基板1
1へ達する深さ迄刻設し、直線状及び途中分岐されたL
字状の溝として電流通路を開通させた後、レーザ発振用
多層結晶をエピタキシャル成長させることにより得られ
るものである。また共振面は結晶を襞間することによ多
形成される。レーザ動作部1と変調器部2を電気的に分
離するにはp側電極17とn側電極18の少なくとも一
方に分離溝3を刻設する。これによって各々に独立して
電流が注入される。
レーザ動作部1のみに駆動電流■1を流すと閾値電流I
th=35mAで発振波長λ=819OAのレーザ光1
0が出力された。レーザ光はレーザ動作部1の共振器共
振面4.5に於いて、反射率の低い前面側の共振面5よ
シ・出力される。次に変調器部2に変調電流■2を流し
、その電流値を40mAから52 Aに変化させると、
変調器部2の共振器は共振面4,6が双方とも高反射率
に設定されているため内部光子密度が高<I2の電流値
に応じて光子密度が変化し、これによってレーザ動作部
1の共振器で干渉効果が生じ、出力される。゛ レーザ光の発振波長λは8220Aがら8340A迄連
続的に変化した。これを第4図に示す。以上によシ変調
範囲12 OA (5300GHz )、変調率レーザ
素子が得られる。
th=35mAで発振波長λ=819OAのレーザ光1
0が出力された。レーザ光はレーザ動作部1の共振器共
振面4.5に於いて、反射率の低い前面側の共振面5よ
シ・出力される。次に変調器部2に変調電流■2を流し
、その電流値を40mAから52 Aに変化させると、
変調器部2の共振器は共振面4,6が双方とも高反射率
に設定されているため内部光子密度が高<I2の電流値
に応じて光子密度が変化し、これによってレーザ動作部
1の共振器で干渉効果が生じ、出力される。゛ レーザ光の発振波長λは8220Aがら8340A迄連
続的に変化した。これを第4図に示す。以上によシ変調
範囲12 OA (5300GHz )、変調率レーザ
素子が得られる。
第5図は本発明の他の実施例を示す周波数変調型半導体
レーザ素子の平面構成図である。本実施例は、第1図の
実施例に於ける変調器部2の共振器の共振面を、レーザ
動作部lの共振器の共振面と同−弁開面に形成したもの
である。レーザ動作部1の共振器は共振面4.5を結ぶ
直線状に形成され、変調器部2の共振器はレーザ動作部
1の共振器から途中分岐され、屈曲蛇行されてレーザ動
′作部の共振器の共振面5と同−弁開面で共振面を構成
している。従ってこの弁開面にはレーザ動作部1の共振
器の共振面5に対応する部分に屈折率の低いAt203
膜21、変調器部2の共振器の共振面に対応する部分に
屈折率の高いAt20s膜とa−8t膜の4層膜22が
2種類被覆されていることとなる。他方の弁開面には第
1図同様に屈折率の高い保護膜7が被覆されている。本
実施例に於いても第1図と同様な特性が得られた。
レーザ素子の平面構成図である。本実施例は、第1図の
実施例に於ける変調器部2の共振器の共振面を、レーザ
動作部lの共振器の共振面と同−弁開面に形成したもの
である。レーザ動作部1の共振器は共振面4.5を結ぶ
直線状に形成され、変調器部2の共振器はレーザ動作部
1の共振器から途中分岐され、屈曲蛇行されてレーザ動
′作部の共振器の共振面5と同−弁開面で共振面を構成
している。従ってこの弁開面にはレーザ動作部1の共振
器の共振面5に対応する部分に屈折率の低いAt203
膜21、変調器部2の共振器の共振面に対応する部分に
屈折率の高いAt20s膜とa−8t膜の4層膜22が
2種類被覆されていることとなる。他方の弁開面には第
1図同様に屈折率の高い保護膜7が被覆されている。本
実施例に於いても第1図と同様な特性が得られた。
尚、本発明は上述しだGaAs−GaAtAs系に限定
されるものではなく、InP−InGaAsP系等の半
導体材料やその他の化合物半導体に適用することができ
る。また、共振器を構成する導波路には光ガイド層等を
付設する構成としても良い。
されるものではなく、InP−InGaAsP系等の半
導体材料やその他の化合物半導体に適用することができ
る。また、共振器を構成する導波路には光ガイド層等を
付設する構成としても良い。
第1図は本発明の1実施例を示す周波数変調型半導体レ
ーザ素子の平面構成図である。第2図は従来の周波数変
調型半導体レーザ素子を示す平面構成図である。第3図
は第1図に示す半導体レーザ素子の断面構成図である。 第4図は変調電流■2と発振波長の関係を示す特性図で
ある。第5図は本発明の他の実施例を示す周波数変調型
半導体レーザ素子の平面構成図である。 1・・・に−ザ動作部 2・・・変調器部 3・・・分
離溝4.51滴・・・共振面 7,8,9,21.22
・・保護膜 14・・・活性層 代理人 弁理士 福 士 愛 彦(他2名)!$3図
ーザ素子の平面構成図である。第2図は従来の周波数変
調型半導体レーザ素子を示す平面構成図である。第3図
は第1図に示す半導体レーザ素子の断面構成図である。 第4図は変調電流■2と発振波長の関係を示す特性図で
ある。第5図は本発明の他の実施例を示す周波数変調型
半導体レーザ素子の平面構成図である。 1・・・に−ザ動作部 2・・・変調器部 3・・・分
離溝4.51滴・・・共振面 7,8,9,21.22
・・保護膜 14・・・活性層 代理人 弁理士 福 士 愛 彦(他2名)!$3図
Claims (1)
- 1、 レーザ発振用共振器を有するレーザ動作部と、該
レーザ動作部の共振器と一端部を共有し途中分岐された
共振器を有する変調器部と、該変調器部と前記レーザ動
作部に独立して電流を注入する給電手段と、を具備して
成り、前記レーザ動作部の共有部分の共振器の共振面を
高反射率に、他方の共振面を低反射率に、前記変調器部
の他方の共振面を高反射率に、それぞれ設定する保護膜
を選択被覆したことを特徴とする周波数変調型半導体レ
ーザ素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9931984A JPS60242690A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 周波数変調型半導体レ−ザ素子 |
US06/734,091 US4737962A (en) | 1984-05-16 | 1985-05-15 | Compound resonator type semiconductor laser device |
DE8585303412T DE3571899D1 (en) | 1984-05-16 | 1985-05-15 | A compound resonator type semiconductor laser device |
EP85303412A EP0162660B1 (en) | 1984-05-16 | 1985-05-15 | A compound resonator type semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9931984A JPS60242690A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 周波数変調型半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60242690A true JPS60242690A (ja) | 1985-12-02 |
Family
ID=14244316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9931984A Pending JPS60242690A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 周波数変調型半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60242690A (ja) |
-
1984
- 1984-05-16 JP JP9931984A patent/JPS60242690A/ja active Pending
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