JPS63241978A - 分布帰還型半導体レ−ザ - Google Patents
分布帰還型半導体レ−ザInfo
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- JPS63241978A JPS63241978A JP7569187A JP7569187A JPS63241978A JP S63241978 A JPS63241978 A JP S63241978A JP 7569187 A JP7569187 A JP 7569187A JP 7569187 A JP7569187 A JP 7569187A JP S63241978 A JPS63241978 A JP S63241978A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 28
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims 1
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 6
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- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 11
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/12—Construction 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
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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〕
この発明は、光フアイバ通信や光情報処理の光源として
使用する分布帰還形半導体レーザに関するものである。
使用する分布帰還形半導体レーザに関するものである。
第４図は例えばＹ、イタヤらによるエレクトロニクスレ
ターズ１８巻、２３号、 １００６頁（１９８２年）（
Ｙ、ＩＬａｙａ ｅｔ、ａｌ、＋Ｅ］ｅｃｔｒｏｎ Ｌ
ｅｔｔ、、ｖｏｌ、１８ Ｎｏ、２３ｐ、 １００６
（１９８２） ）に示された分布帰還形（Ｄ Ｆ Ｂ）
半導体レーザを示す断面図であり、図において１はｎ−
ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰｎチク９フ、３はｎ−１ｎ
ＧａＡｓＰ活性層、１４はｐ−１ｎＧａＡｓＰガイド層
、６はｐ−ＩｎＰｎチク９フ、７はｐ”−１ｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層、８はｎ電極、９はｎ電極であり、ガイ
ドＮ１４とクラッドＮ６の間に周期的な回折格子が形成
されている。
ターズ１８巻、２３号、 １００６頁（１９８２年）（
Ｙ、ＩＬａｙａ ｅｔ、ａｌ、＋Ｅ］ｅｃｔｒｏｎ Ｌ
ｅｔｔ、、ｖｏｌ、１８ Ｎｏ、２３ｐ、 １００６
（１９８２） ）に示された分布帰還形（Ｄ Ｆ Ｂ）
半導体レーザを示す断面図であり、図において１はｎ−
ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰｎチク９フ、３はｎ−１ｎ
ＧａＡｓＰ活性層、１４はｐ−１ｎＧａＡｓＰガイド層
、６はｐ−ＩｎＰｎチク９フ、７はｐ”−１ｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層、８はｎ電極、９はｎ電極であり、ガイ
ドＮ１４とクラッドＮ６の間に周期的な回折格子が形成
されている。
次に動作について説明する。従来のＤＦＢレーザは上記
のような構造であり、ｎ電極８と、ｎ電極９の間に順方
向バイアスを加えると、ｎ電極８からは正孔が、ｎｔ電
極からは電子が注入され活性層３で再結合がおこり発光
する。この素子は屈折率の大きな活性層３やガイド層１
４を、屈折率の小さなｎ−１ｎＰクラッド層２とｐ−１
ｎＰクラッド層６ではさんだ導波路構造になっているた
め、発光した光は活性層３とガイド層１４内およびその
近傍を、層に平行な方向に伝搬する。また、ガイド層１
４は、周期的に膜厚が変化しているため、実効的な屈折
率も周期的に変化している。この回折格子の周期を、発
光した光がブラッグ（Ｂｒａｇｇ）反射を受ける周期に
しておけば、そのブラッグ反射条件を満たす波長の光の
みが導波路構造の中で反射をくりかえしレーザ発振する
。しかし、このような、屈折率の周期的変化による光の
分布帰還を行っているＤＦＢレーザは、ブラッグ波長で
の発振モードはなく、ブラッグ波長から、少し、長波長
側と短波長側にずれた波長で、それぞれ等しい発振利得
をもった発振モードが存在する。つまり原理的には２波
長で発振するわけであるが、理想状態からのずれ、つま
り活性層３やガイド層重４の膜厚の不均一性などにより
ある割合でもって単一波長で発振する。
のような構造であり、ｎ電極８と、ｎ電極９の間に順方
向バイアスを加えると、ｎ電極８からは正孔が、ｎｔ電
極からは電子が注入され活性層３で再結合がおこり発光
する。この素子は屈折率の大きな活性層３やガイド層１
４を、屈折率の小さなｎ−１ｎＰクラッド層２とｐ−１
ｎＰクラッド層６ではさんだ導波路構造になっているた
め、発光した光は活性層３とガイド層１４内およびその
近傍を、層に平行な方向に伝搬する。また、ガイド層１
４は、周期的に膜厚が変化しているため、実効的な屈折
率も周期的に変化している。この回折格子の周期を、発
光した光がブラッグ（Ｂｒａｇｇ）反射を受ける周期に
しておけば、そのブラッグ反射条件を満たす波長の光の
みが導波路構造の中で反射をくりかえしレーザ発振する
。しかし、このような、屈折率の周期的変化による光の
分布帰還を行っているＤＦＢレーザは、ブラッグ波長で
の発振モードはなく、ブラッグ波長から、少し、長波長
側と短波長側にずれた波長で、それぞれ等しい発振利得
をもった発振モードが存在する。つまり原理的には２波
長で発振するわけであるが、理想状態からのずれ、つま
り活性層３やガイド層重４の膜厚の不均一性などにより
ある割合でもって単一波長で発振する。
従来のＤＦＢレーザは以上のように構成されており、屈
折率の周期的な変化により分布帰還を行っているため、
２波長で発振する可能性があった。
折率の周期的な変化により分布帰還を行っているため、
２波長で発振する可能性があった。
またその分布帰還の強さは、素子の形状によって決めら
れ、素子作製後制御することができないなどの問題があ
った。
れ、素子作製後制御することができないなどの問題があ
った。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、原理的に単一波長で発振し、分布帰還の強
さを外部から制御できる分布帰還型半導体レーザを得る
ことを目的とする。
れたもので、原理的に単一波長で発振し、分布帰還の強
さを外部から制御できる分布帰還型半導体レーザを得る
ことを目的とする。
この発明に係る分布帰還型半導体レーザは、基板上に順
次形成された第１の導電型の第１のクラッド層と、該第
１のクラッド層より禁制帯幅の小さい活性層と、該活性
層より禁制帯幅の大きい第２の導電型の第２のクラッド
層とを有する半導体レーザにおいて、上記第２のクラッ
ド層中の活性層近傍の活性層に対して平行な面内にクラ
ッド層とは異なる導電型のストライプ状のゲート層を光
の伝搬方向に周期的に設け、かつそのゲート層に、半導
体レーザのｎ電極およびｎｔｔＭとは独立した電極を具
備したものである。
次形成された第１の導電型の第１のクラッド層と、該第
１のクラッド層より禁制帯幅の小さい活性層と、該活性
層より禁制帯幅の大きい第２の導電型の第２のクラッド
層とを有する半導体レーザにおいて、上記第２のクラッ
ド層中の活性層近傍の活性層に対して平行な面内にクラ
ッド層とは異なる導電型のストライプ状のゲート層を光
の伝搬方向に周期的に設け、かつそのゲート層に、半導
体レーザのｎ電極およびｎｔｔＭとは独立した電極を具
備したものである。
なるゲート層を設けかつ該ゲート層に独立にバイアスを
加えられる電極を設けた構成としたから、注入されたキ
ャリアは該ゲート層を通過できず、ゲート層のない部分
に集中し、そのキャリアの分布は活性層においても保た
れ、発光利得の周期的な分布が生じる。このような利得
の周期構造によっても分布帰還が起こるが、屈折率の周
期構造を持つ場合とは異なりブラッグ波長にいちばん発
振しやすいモードを有するため単一波長で発振する。
加えられる電極を設けた構成としたから、注入されたキ
ャリアは該ゲート層を通過できず、ゲート層のない部分
に集中し、そのキャリアの分布は活性層においても保た
れ、発光利得の周期的な分布が生じる。このような利得
の周期構造によっても分布帰還が起こるが、屈折率の周
期構造を持つ場合とは異なりブラッグ波長にいちばん発
振しやすいモードを有するため単一波長で発振する。
さらにゲート層に設けた電極に電圧をかけることによっ
て利得の分布を制御することができる。
て利得の分布を制御することができる。
第１図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザの構造を説明するためその一部分を切除したものを
示す斜視図であり、第２図は動作原理を説明するための
第１図Ａ−Ａ ’での断面図である。図において第４図
と同一符号は同一あるいは相当部分であり、４はｐ−Ｉ
ｎＰ層、５はｎ−ＴｎＰゲート層、１０は制御電極、１
１は正孔、１２は電子、１３は空乏領域である。
ーザの構造を説明するためその一部分を切除したものを
示す斜視図であり、第２図は動作原理を説明するための
第１図Ａ−Ａ ’での断面図である。図において第４図
と同一符号は同一あるいは相当部分であり、４はｐ−Ｉ
ｎＰ層、５はｎ−ＴｎＰゲート層、１０は制御電極、１
１は正孔、１２は電子、１３は空乏領域である。
以下、その製造過程を述べることによって構造を説明す
る。ｎ−１ｎＰ基板１上に、ｎ−１ｎＰクラッド層２、
ｎ−１ｎＰＧａＡｓＰ活性層３、ｐ−ｒｎＰ層４、ｎ−
ＩｎＰゲート層５を順次結晶成長させる。次に三光束干
渉法等により回折格子パターン形成後、化学エツチング
等でゲートＦＪ５より深くエツチングを行なう。ここで
レーザ部分以外のゲート層５はエツチングを行なわずに
制御電極ＩＯとのオーミックコンタクトをとりやすくし
たり、ゲート層５で半導体レーザの横方向のキャリアの
閉じ込めを行なうような構造にしてもよい。次に、ｐ−
ＩｎＰクラッド層６、ｐ”−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層７を結晶成長させる。
る。ｎ−１ｎＰ基板１上に、ｎ−１ｎＰクラッド層２、
ｎ−１ｎＰＧａＡｓＰ活性層３、ｐ−ｒｎＰ層４、ｎ−
ＩｎＰゲート層５を順次結晶成長させる。次に三光束干
渉法等により回折格子パターン形成後、化学エツチング
等でゲートＦＪ５より深くエツチングを行なう。ここで
レーザ部分以外のゲート層５はエツチングを行なわずに
制御電極ＩＯとのオーミックコンタクトをとりやすくし
たり、ゲート層５で半導体レーザの横方向のキャリアの
閉じ込めを行なうような構造にしてもよい。次に、ｐ−
ＩｎＰクラッド層６、ｐ”−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層７を結晶成長させる。
制御電極１０を設けるために、コンタクト層７、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層６をエツチングし、ゲート層５が一部露
出するようにする。なおここでゲートＮ５に５ｉ０２等
で一部カバーしておいて、選択的にｐ−ＩｎＰクラッド
層６、コンタクト層７を成長させてもよい。最後に、ｐ
電極８、ｎ電極９、制御電極１０を形成して完成する。
ｎＰクラッド層６をエツチングし、ゲート層５が一部露
出するようにする。なおここでゲートＮ５に５ｉ０２等
で一部カバーしておいて、選択的にｐ−ＩｎＰクラッド
層６、コンタクト層７を成長させてもよい。最後に、ｐ
電極８、ｎ電極９、制御電極１０を形成して完成する。
次に動作について説明する。上記のように構成された分
布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極８とｎｉｉ極９
の間に順方向バイアスを加えると、第２図に示すように
、ｐ電極８からは正孔１１が、ｎ電極９からは電子１２
が活性層３に注入される。
布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極８とｎｉｉ極９
の間に順方向バイアスを加えると、第２図に示すように
、ｐ電極８からは正孔１１が、ｎ電極９からは電子１２
が活性層３に注入される。
しかしゲート層５の部分はｐ−ｎ−ｐ接合となっている
ので、ゲート層５およびそのまわりの空乏領域１３を、
正孔１１は通過できない。そこで正孔１１はゲート層５
の間に集中し、ゲート層５と活性層３が十分近くにあれ
ば、活性層３における正孔１１の分布もゲート層の周期
構造と同じ周期の分布を持つ。活性層３に注入された正
孔１１゜電子１２はそこで再結合し、発光するが、注入
される正孔１１が周期的な分布を持っているため発光利
得にも周期性が生じる。このように利得に周期性がある
場合も、従来のＤＦＢレーザのような屈折率の周期性を
持っている場合と同様に分布帰還を受は発振する。ここ
で利得に周期性がある場合、ブラッグ波長にいちばん発
振しやすいモードがあり原理的に単一波長で発振する。
ので、ゲート層５およびそのまわりの空乏領域１３を、
正孔１１は通過できない。そこで正孔１１はゲート層５
の間に集中し、ゲート層５と活性層３が十分近くにあれ
ば、活性層３における正孔１１の分布もゲート層の周期
構造と同じ周期の分布を持つ。活性層３に注入された正
孔１１゜電子１２はそこで再結合し、発光するが、注入
される正孔１１が周期的な分布を持っているため発光利
得にも周期性が生じる。このように利得に周期性がある
場合も、従来のＤＦＢレーザのような屈折率の周期性を
持っている場合と同様に分布帰還を受は発振する。ここ
で利得に周期性がある場合、ブラッグ波長にいちばん発
振しやすいモードがあり原理的に単一波長で発振する。
次に、制御電極１０を通してゲート層５にバイアスを加
えると、バイアス値に応じて空乏領域１３の拡がりが変
化するので、発光利得の分布それに伴う分布帰還の強さ
を制御することができる。
えると、バイアス値に応じて空乏領域１３の拡がりが変
化するので、発光利得の分布それに伴う分布帰還の強さ
を制御することができる。
さらに大きなバイアスを加えることにより正孔の注入を
遮断することも可能で、制御電極１０によって光の変調
ができる。
遮断することも可能で、制御電極１０によって光の変調
ができる。
なお上記実施例では導電性ｎ−ＩｎＰ基板を使用したＤ
ＦＢ半導体レーザについて述べたが、半絶縁性ＩｎＰ基
板あるいはｐ−１ｎＰ基板を用いた素子に適用してもよ
い。その他ＧａＡｓ材料など他の材料を使用した素子に
適用できることは言うまでもない。
ＦＢ半導体レーザについて述べたが、半絶縁性ＩｎＰ基
板あるいはｐ−１ｎＰ基板を用いた素子に適用してもよ
い。その他ＧａＡｓ材料など他の材料を使用した素子に
適用できることは言うまでもない。
また、上記実施例ではゲート層５としてｎ−１ｎＰ層を
用いたものを示したが、ゲート層５としてｎ−１ｎＧａ
ＡｓＰ層を用いてもよい。このような構成にすると、発
光利得の周期性だけではなく屈折率にも周期性が生じ異
なった動作特性を示す。また、第３図に示す本発明の他
の実施例のようにゲート層５をキャビティ方向に対して
２分割以上し、それぞれの領域に独立してバイアスが加
えられるように制御電極１０を形成することによって、
結合定数に空間分布をもたせ発振条件の最適化を行なう
ことができる。その他、それぞれの領域への注入電流量
の違いにより、波長チューニングの効果も期待できる。
用いたものを示したが、ゲート層５としてｎ−１ｎＧａ
ＡｓＰ層を用いてもよい。このような構成にすると、発
光利得の周期性だけではなく屈折率にも周期性が生じ異
なった動作特性を示す。また、第３図に示す本発明の他
の実施例のようにゲート層５をキャビティ方向に対して
２分割以上し、それぞれの領域に独立してバイアスが加
えられるように制御電極１０を形成することによって、
結合定数に空間分布をもたせ発振条件の最適化を行なう
ことができる。その他、それぞれの領域への注入電流量
の違いにより、波長チューニングの効果も期待できる。
以上のように、この発明によれば基板上に順次形成され
た第１の導電型の第１のクラッド層と、該第１のクラッ
ド層より禁制帯幅の小さい活性層と、該活性層より禁制
帯幅の大きい第２の導電型の第２のクラッド層とを有す
る半導体レーザにおいて、上記第２のクラッド層中の活
性層近傍の活性層に対して平行な面内に、クラッド層と
は異なる導電型のゲート層を光の伝搬方向に周期的に設
は活性層内での発光利得に周期的分布を形成させ、かつ
該ゲート層に独立した電極を形成し該電極に電圧を印加
することで上記利得の分布を変化させる構成としたから
、単一波長で発振し、さらに光との結合定数を制御でき
る分布帰還型半導体レーザが得られる効果がある。
た第１の導電型の第１のクラッド層と、該第１のクラッ
ド層より禁制帯幅の小さい活性層と、該活性層より禁制
帯幅の大きい第２の導電型の第２のクラッド層とを有す
る半導体レーザにおいて、上記第２のクラッド層中の活
性層近傍の活性層に対して平行な面内に、クラッド層と
は異なる導電型のゲート層を光の伝搬方向に周期的に設
は活性層内での発光利得に周期的分布を形成させ、かつ
該ゲート層に独立した電極を形成し該電極に電圧を印加
することで上記利得の分布を変化させる構成としたから
、単一波長で発振し、さらに光との結合定数を制御でき
る分布帰還型半導体レーザが得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザを示す斜視図であり、第２図はその動作を説明する
ための断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す斜視
図、第４図は従来の分布帰還型半導体レーザを示す断面
図である。 ３はｎ−１ｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ−１ｎＰ層、５
はｎ−１ｎＰゲ一ト層、６はｐ−１ｎＰクラッド層、８
はｐ電極、９はｎ電極、１０は制御電極である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
ーザを示す斜視図であり、第２図はその動作を説明する
ための断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す斜視
図、第４図は従来の分布帰還型半導体レーザを示す断面
図である。 ３はｎ−１ｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ−１ｎＰ層、５
はｎ−１ｎＰゲ一ト層、６はｐ−１ｎＰクラッド層、８
はｐ電極、９はｎ電極、１０は制御電極である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (5)
- （１）基板上に順次形成された第１の導電型の第１のク
ラッド層と、該第１のクラッド層より禁制帯幅の小さい
活性層と、該活性層より禁制帯幅の大きい第２の導電型
の第２のクラッド層とを有する半導体レーザにおいて、 上記第２のクラッド層中の活性層近傍の活性層に対して
平行な面内に、第１の導電型のゲート層が光の伝搬方向
に周期的に形成され、 該ゲート層上に半導体レーザのｐ電極およびｎ電極とは
独立した電極が設けられていることを特徴とする分布帰
還形半導体レーザ。 - （２）上記第１の導電型のゲート層は、導電型関与不純
物以外は実質的に上記第２のクラッド層と同一組成の半
導体層であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の分布帰還型半導体レーザ。 - （３）上記第１の導電型のゲート層は、上記第２のクラ
ッド層より禁制帯幅の小さい半導体層であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の分布帰還形半導体レ
ーザ。 - （４）上記第１の導電型のゲート層は、上記第２のクラ
ッド層より禁制帯幅の大きい半導体層であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の分布帰還型半導体レ
ーザ。 - （５）上記第１の導電型のゲート層は、複数の領域に分
割され、それぞれの領域に独立した電極を具備したもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分
布帰還形半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075691A JP2606838B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075691A JP2606838B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63241978A true JPS63241978A (ja) | 1988-10-07 |
| JP2606838B2 JP2606838B2 (ja) | 1997-05-07 |
Family
ID=13583478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62075691A Expired - Lifetime JP2606838B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2606838B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2684498A1 (fr) * | 1991-11-21 | 1993-06-04 | Mitsubishi Electric Corp | Laser a semiconducteurs a reaction repartie. |
| EP0614254A1 (en) * | 1993-03-01 | 1994-09-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Gain-coupling distributed feedback semiconductor laser and method of producing the same |
| EP0895323A1 (en) * | 1997-08-01 | 1999-02-03 | Lucent Technologies Inc. | Distributed feedback laser with loss coupling |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58196088A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-15 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ素子 |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62075691A patent/JP2606838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS58196088A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-15 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ素子 |
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| US6072812A (en) * | 1997-08-01 | 2000-06-06 | Lucent Technologies Inc. | Distributed feedback laser with loss coupling |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2606838B2 (ja) | 1997-05-07 |
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