JPS61242092A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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Publication number
JPS61242092A
JPS61242092A JP60083892A JP8389285A JPS61242092A JP S61242092 A JPS61242092 A JP S61242092A JP 60083892 A JP60083892 A JP 60083892A JP 8389285 A JP8389285 A JP 8389285A JP S61242092 A JPS61242092 A JP S61242092A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resonator
semiconductor laser
phase shift
center
laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP60083892A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruhisa Soda
晴久 雙田
Yuji Kotaki
小滝 裕二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP60083892A priority Critical patent/JPS61242092A/ja
Publication of JPS61242092A publication Critical patent/JPS61242092A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers

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】 〔概要〕 位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザであっ
て、その位相シフト領域を共振器の中心から25%以内
ずらせるように構成し、共振器内の光分布に非対称性を
持たせ、光分布の大きな端面から光を取出す。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、分布帰還型(DFB型)半導体レーザに係夛
、特に単一モードの発根が可能で且つ高効率化するに適
する構造に関する。
〔従来の技術〕
近年、DFB型半導体レーザは、ファブリ・ペロー型半
導体レーザに比して単一モードの発根に好適な構造をも
つことから開発が進められている。
第四図に従来のDFB型半導体レーザの断面構成を示し
ており、半導体基板1(例えばn−InP)上にコルゲ
ーション5が一様に形成された光ガイド層2(例えばn
  InGaAsP )が形成され、さらに活性層3(
例えばInGaAsP ) +及び上部のクラッド層4
(例えばp−InP)が頭に!見られてなる0なお、コ
ンタクト層や電極が形成されるが、図示していない。ま
た、レーザの端面7には絶縁膜(Sins)20と、高
反射率にする金属21(例えばAu)とが付着され、一
方レーザの他端面8にはSiN等の反射防止膜nが付着
されている。この構造によれば、レーザの光の取出し端
面8と他端面7とに反射率の差を設けているので、取出
し効率を向上させたDFB型半導体レーザが得られる。
ところが、このようなりFB型半導体レーザでは、理論
的には、数百(Mb/秒〕の高速で変調を行っても単一
波長の発振を維持できるとされているが、実際には困難
である。
その理由は、第り図のようにコルゲーション5が一様に
形成され、所謂、対称DFB型半導体レーザとなってい
て、2モ一ド発振したり、コルゲーションの周期に合っ
たブラッグ波長から士に同じ波長分だけ僅かにずれた二
つの共振モード間で発振が移行するなど不安定な動作を
することによる。
また、他の理由として、高反射率化した端面7において
、コルゲーション5がその周期のどの位置で切れるかに
よシ端面反射の影響が現われ、特性が不安定になること
があげられる。コルゲージ目ン5のピッチAは2000
〜4000 Xと微細であ夛、ヘキ開による端面7の位
置を、ピッチ幅の中で制御することは、困難であシ、レ
ーザの閾値、効率が変動し不安定になることは避けられ
ない。
これに対して、本発明者が先に提案し九π72シフト領
域をレーザの共振器長りの中心に配設するDFB型半導
体レーザ(特願昭59−210588号)がある。第四
図にその構成を示してちゃ、共振器長りの中心、すなわ
ちL/2の位置に等価的に屈折率を変えた位相シフト領
域6(ハツチング部)を設け、その屈折率変化分と位相
シフト領域の長さLmとを調整することにより、ちょう
どπ/2だけ位相がシフトするように構成している。そ
の結果、コルゲーションの周期に合ったブラッグ波長上
で安定に発振する単一モードのDFB半導体レーザが提
供される。ところが、この位相シフト型のDFB半導体
レーザにおいては、左右対称型であるから、共振器内の
光分布が対称であり、そのため端面8からの光の取出し
効率が良くないという問題がある。
そして、取出し効率の向上のために他端面を第U図と同
様に高反射率化すると、前述の高反射率な共振器端面の
コルゲーションの位相によル、閾値或いは効率が変動し
不安定になるという問題が生じてしまう。なお、第13
図に関して先の第四図と対応部の記号を共通にしている
ので、特にこれらを説明しない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、以上のように従来のDFB型牛型体導体レー
ザ面に反射率差を設ける方式による光取出し効率向上に
おいては、高反射率共振器端面のコルゲーションの位相
による特性変動(端面位相の影響)が不可避であるとい
う問題を解決するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、第1図(A)に示すごとく、位相シ
フト領域を有するDFB半導体レーザにおいて、該位相
シフト領域6をその中心がレーザの共振器の中心からΔ
ノだけ離れた位置に設けるように構成する。第1図(A
)において、その他の構成は先の第13図と同様であり
、1がn−InP等の半導体(基板)、2はコルゲーシ
ョン5が設けられた光ガイド層(n  InGaAsP
 )、3がInGaAsP等の活性層、4がp  In
P等のクラッド層、7,8が端面である。
〔作用〕
第1図に示されるよう位相調整性DFBレーザは、位相
シフト領域の左右に利得をもった分布反射器(i)、(
ii)が設けられたものとみなすことができる。
第1図(A)では分布反射器(i)の方がその長さが(
ii )より短いために、その反射率γiは(i)のも
のよフ小さくなる。
第1図(B)、第1図(A)に示されたDFBレーザ中
の電界強度を示す。
このようにして端面8側よシ放出されるレーザ光は端面
7よシのものよシ大きくなシ、高効率レーザが実現され
る。
第2図に、位相シフト領域の中心からのずれΔlの共振
器長りに対する割合と、位相シフト領域をずらした側の
端面からの光の取出し効率の関係を示している。但し、
各条件は次のとおシである。
共振器長        L=400μm活性層におけ
る吸収損   α。= 140 amクラッド層におけ
る吸収損 α。x=20cm−1端面反射率     
  R= 0.0位相シフト領域における位相シフト量
 π/2結合定数        k 図において、IICLにより光の取出し効率に違いがで
るが、いずれにおいても位相シフト領域が中心位置から
ずれる程度が大なる根先取出し効率が向上する。
ところが、一方、位相シフト領域が共振器中心位置から
ずれると、中心モードと隣接モードとの電力利得差がと
れなくなる問題が生ずる。第3図にこれを示してお9、
Δl/Lが小さい場合にはんLが大な程隣接モードとの
電力利得差がとれて安定であるが、Δ11/Lが大きく
なるにつれて/cLが大な場合の方が相対的に大きな割
合いで隣接モードとの電力利得差が減少している。ここ
で、中心モードと隣接モードとの電力利得差が5 am
−’以上あれば、高速変調時においても安定である〔F
、Koyama+ Y、Suematsu+ 5−Ar
ai+ and T、Taubun−ek+ −1−5
〜1.6μm GaInAsP/ InP dynam
ic−sin−gle−mode (DSM) 1as
srs with distributed Bra−
gg  raflector  ”  *    IB
BE  J、Quantum  Electronsv
ol、 QE−19,pp、1042−1051. J
une 1983.  等の論文参照〕。
したがって、第3図によれば/cLによって多少の違い
はあるが、はぼΔl/Lが25%程度以内においては高
速変調時においても安定に単一モード性が保たれる。
以上のことから、本発明は、DFB半導体レーザにおい
て、位相シフト領域を共振器の中心から5チ以内ずらし
た所に設けることによって生ずる光とコルゲーションと
の位相差の非対称性を利用するもので、共振器内の光分
布に非対称性を持たせ、光分布の大きい端面よシ光を取
出し、高効率化が可能になる。この発明では、特に端面
の反射率の非対称性は必要でなく、両端面ARコート聾
として、反射率を低減することにより端面位相の影響を
受け、ない構造にできる。
なお、もちろん端面の一方7を高反射率化することを行
なえば、光分布の非対称性に反射率の非対称性の効果が
加わることになるものでアシ、本発明はこれも含む。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を第4図〜第10図により説明す
る。
(実施例1) 第4図、第5図は本発明の第1の実施例を説明するため
の要部切断斜面図、及び要部側断面図を示している。
図において、1はn”  InP基板、11はn  I
nPバッファ層、戎はInPクラッド層、5はコルゲー
ション、2はnInGaAsPガイド層、3はInGa
AaP活性層、3Aは活性層3の拡幅部分、4はp−I
nPクラッド層、14はp −InGaAsPコンタク
ト層、16はp側電極、17はn側電極である。また、
βl及びβ!は伝播定数、Lは活性層3の長さ、即ち共
振器長、IJ8は拡幅部分3Aの長さ、即ち位相シフト
領域の長さ、Llは活性層3がなだらかに“拡幅されて
いる部分の長さ、Wlは活性層3の幅、W2は拡幅部分
3人の幅を各々示している。
本実施例では、活性層3の中心(端面7からLl2の位
置)からΔlだけずらして、位相シフト領域の拡幅部分
3AがLsの長さに形成されて゛いる。
これによシ、光導波領域における伝播定数がβlからβ
鵞に変化し、実効的に屈折率を変化させることができる
ので、伝播する位相をずらすことができる。
こ\、で、ブラッグ波長をλ1、実効的な屈折率を”o
ffとすると で表わされ、また伝播定数Δβは、 Δβ=β鵞−β1 で表わされ、本実施例の場合、−意くβ1であるからl
βは正である。
光の伝播定数を変化させて位相をずらせるために変化さ
せるべき実効的な屈折率をΔnとし、これと伝播定数を
異にする部分の長さLとの関係は、自由空間の発振波長
をλとして、 で与えられる。したがって、この弐に発振波長λ及び変
化させるべき実効的な屈折率差Δnを入れることによシ
、伝播定数を異にする部分の長さLを求めることができ
る。また、 2πΔn Δβ=□ λ であるから、 ΔβL=±−±mπ (mは整数) とな夛、この式を満足させることにより、ブラッグ波長
λbでの発振が可能となる。
具体的寸法例は、Wl = 1.8 pm + Wl 
= 2.5 pm*L=400μm、Ls=60pm、
Ll=5〜lOμmである。
本実施例で位相シフト領域6の中心位置(L/2)とな
り、第2図からにLm2.0の場合、35チという高い
光取出し効率が得られる。そして、第3図によシ明らか
なようにこの時中心モードと隣接モードとの利得差はi
oam””であシ、安定に単一モード発振が可能な限界
5 am−”を上回っておシ、高速変調時においても安
定に単一モード性を保つことができる。
(実施例2) 第6図は本発明の第2の実施例の要部側断面図であシ、
第4図、第5図に関して説明した部分と同部分は同記号
で指示しである。
図において、2Aはガイド層2が他より厚くなっている
場合、Lmは伝播定数が異なる部分の長さくガイド層3
の厚い部分2人の長さ)、Δノは領域2人の中心とレー
ザの共振器長りの中心との距離を示す。
この実施例では、活性層3には拡幅部分がなく、その代
わシ光導波路領域の一部をなすガイド層2を局所的に厚
く形成した部分2人を備えることによシ伝播定数異なら
せている。
こ\でΔβは正であシ、λ= 1.3 (μm〕、 Δ
n: 0.01とした場合、伝播定数を異にする部分の
長さLは33〔μm〕にすると良い。
本実施例における諸寸法例を次に示す。
L = 400  [pm) 活性層3の厚み     0.15 Cμm〕ガイド層
2の厚み    0.15 Cμm〕コルゲーションの
周期  0.399 Cμm〕ガイド層2の厚い部分2
人の厚み 0.2〔μm〕コルゲーション5の高さくピ
ーク・ピーク)o、i(μm〕(実施例3) 第7図は本発明における第30笑施例を示す側断面図で
あシ、第4図、第5図に関して説明した部分と同部分は
同記号を付している。
この実施例では、第6図の実施例と異なり、ガイド層2
が厚く形成され、光導波領域の伝播定数を異にする部分
では2Bで指示しであるように薄くなされている。なお
、この場合、Δβは負になる。
(第4の実施例) 第8図は本発明における第4の実施例の側断面図でちゃ
、第4図、第5図に関して説明した部分と同部分は同記
号を付している。
この実施例では、活性層3に薄い部分3Bを形成するこ
とによ〕光の伝播定数を異ならしめている。なお、この
実施例におけるΔβLは−π/2となる。
(第5の実施例) 第9図は本発明における第5の実施例の側断面図であシ
、第4図及び第5図に関して説明した部分と同部分は同
記号で示している。
この実施例では、活性層3に厚い部分3Cを形成するこ
とによシ光の伝播定数を異ならしめている。なお、この
実施例におけるΔβLはπ/2 となる。
(第6の実施例) 第10図は本発明における第6の実施例の側断面図であ
り、第4図、第5図に関して説明した部分と同部分は同
記号で示している。
この実施例では、ガイド層2の外に第2のガイド層10
2を活性層3上に形成し、その第2のガイド層102に
選択的に厚い部分102Aを形成して伝播定数を異なら
しめている。
(第7の実施例) 第11図は本発明における第7の実施例を示す要部側断
面図であ夛、第4図及び第5図に関して説明した部分と
同部分は同記号で示しである。
この実施例では、第10図に見られる実施例と同様に第
2のガイド層102を活性層3上に形成しているが、そ
の第2のガイド層102に選択的に組成を異にする部分
102Bを形成することによシ、伝播定数を異ならしめ
ている。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の分布帰還型半導体レーザでは、
π/2位相シフト領域を共振器の中心から25%以内ず
らした所に設けることによって、共振器内の光分布に非
対称性を持たせ、光分布の大きな端面より光を取出すこ
とにより、光取出し効率を向上させることができる。そ
して、特に端面の反射率の非対称性は必要でないから、
両端面とも反射防止膜(ARコート)を形成し、反射率
を低減することによシ、共振器断面のコルゲーションの
位相による特性の変動を防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、(B)は本発明の原理を示す図、第2図
及び第3図はそれぞれ本発明の作用を示す図、 第4図及び第5図は本発明の実施例1の要部り断斜面図
及び要部側断面図、 第6図乃至第11図は本発明のそれぞれ実施例2乃至実
施例7の側断面図、 第U図及び第1図はそれぞれ従来例1及び2の概要図(
!!部部面面図である。 主な符号 1・・・基板 2・・・ガイド層 3・・・活性層 4・・・クラッド層 5・・・コルゲーション 6・・・位相シフト領域 7.8・・・端面 。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 コルゲーシヨンを有する光導波領域に伝播定数を異にす
    る部分を選択的に形成せしめてなる位相シフト領域が形
    成され、該位相シフト領域とその他の部分との伝播定数
    差をΔβとなし、且つ位相シフト領域の長さをLsとし
    て ΔβLs=±π/2±mπ(mは整数) なる式を満足するものとした半導体レーザにおいて、 該半導体レーザの前記光導波領域の全長Lの中央と前記
    位相シフト領域の中心との距離がΔlであり、 且つ、 0<Δl/L≦0.25 となるように形成されてなることを特徴とする半導体レ
    ーザ。
JP60083892A 1985-04-19 1985-04-19 半導体レ−ザ Pending JPS61242092A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0269983A (ja) * 1988-09-06 1990-03-08 Toshiba Corp 分布帰還型レーザ
EP1191651A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-27 Nec Corporation Distributed feedback semiconductor laser
JP2007227560A (ja) * 2006-02-22 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 利得結合型分布帰還型半導体レーザ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0269983A (ja) * 1988-09-06 1990-03-08 Toshiba Corp 分布帰還型レーザ
EP1191651A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-27 Nec Corporation Distributed feedback semiconductor laser
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