JPS63246884A - 単一波長半導体レ−ザ - Google Patents
単一波長半導体レ−ザInfo
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- JPS63246884A JPS63246884A JP62081567A JP8156787A JPS63246884A JP S63246884 A JPS63246884 A JP S63246884A JP 62081567 A JP62081567 A JP 62081567A JP 8156787 A JP8156787 A JP 8156787A JP S63246884 A JPS63246884 A JP S63246884A
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- Japan
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 16
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- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 2
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
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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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
-
- 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
- H01S5/1206—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 having a non constant or multiplicity of periods
- H01S5/1215—Multiplicity of periods
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Engineering & Computer Science (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）
本発明は狭スペクトル線幅で発振する単一波長半導体レ
ーザに関する。
ーザに関する。
（従来の技術）
光フアイバ通信は伝送媒体である光ファイバの低損失化
に伴い伝送可能距離が飛躍的に延びた。
に伴い伝送可能距離が飛躍的に延びた。
近年単一波長で発振する半導体レーザ、例えば分布帰還
型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザと称する）等の出現
により、伝送方式も光源である半導体レーザを直接強度
変調する方式から、一層の長距離伝送が可能な光コヒー
レント伝送、即ち光の波長や位相に信号を乗せる光ヘテ
ロダイン通信に移行しつつある。光ヘテロダイン通信で
は光源である半導体レーザに対し、単一波長動作の他、
狭スペクトル線幅での発振が要求される。特に最も長距
離伝送が可能なＰＳＫヘテロダイン方式（光の位相に信
号を乗せる方式）などでは、ＩＭＨｚ以下の狭い発振ス
ペクトル線幅が要求される。
型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザと称する）等の出現
により、伝送方式も光源である半導体レーザを直接強度
変調する方式から、一層の長距離伝送が可能な光コヒー
レント伝送、即ち光の波長や位相に信号を乗せる光ヘテ
ロダイン通信に移行しつつある。光ヘテロダイン通信で
は光源である半導体レーザに対し、単一波長動作の他、
狭スペクトル線幅での発振が要求される。特に最も長距
離伝送が可能なＰＳＫヘテロダイン方式（光の位相に信
号を乗せる方式）などでは、ＩＭＨｚ以下の狭い発振ス
ペクトル線幅が要求される。
ところで実際のデバイスではどの程度の発振スペクトル
線幅が得られているがというと、例えば文献１（水戸他
、昭和５８年秋季応用物理学会学術講演会、講演予稿集
第２９ｐ−Ｐ−１４番）で述べられているように、単体
デバイスでは数〜数１０ＭＨｚ程度が一般的である。ス
ペクトル線幅を狭くする方法とじてＤＦＢレーザなどの
単一波長光源にパッシブな光導波路とその終端に反射鏡
をモノリシックに集積化したデバイスが提案されている
。例えば文献２（村田他、昭和６０年秋季応用物理学会
学術講演会、講演予稿集第１ｐ−Ｍ−６番）で示されて
いる集積デバイスにおいては最も狭いスペクトル線幅と
して１．２ＭＨｚが得られている。
線幅が得られているがというと、例えば文献１（水戸他
、昭和５８年秋季応用物理学会学術講演会、講演予稿集
第２９ｐ−Ｐ−１４番）で述べられているように、単体
デバイスでは数〜数１０ＭＨｚ程度が一般的である。ス
ペクトル線幅を狭くする方法とじてＤＦＢレーザなどの
単一波長光源にパッシブな光導波路とその終端に反射鏡
をモノリシックに集積化したデバイスが提案されている
。例えば文献２（村田他、昭和６０年秋季応用物理学会
学術講演会、講演予稿集第１ｐ−Ｍ−６番）で示されて
いる集積デバイスにおいては最も狭いスペクトル線幅と
して１．２ＭＨｚが得られている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしこの構造の欠点は、ＤＦＢレーザに電流注入を行
った場合、注入電流の変化に伴い外部鏡モード間でのモ
ードジャンプが生じ易く、従って前述の様な狭いスペク
トル線幅が得られる領域が狭いことである。
った場合、注入電流の変化に伴い外部鏡モード間でのモ
ードジャンプが生じ易く、従って前述の様な狭いスペク
トル線幅が得られる領域が狭いことである。
本発明の目的は、上述の様なモードジャンプを生じるこ
となく狭スペクトル線幅で単一波長発振する半導体レー
ザを提供することにある。
となく狭スペクトル線幅で単一波長発振する半導体レー
ザを提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明による半導体レーザの特徴は、半導体基板上に光
を発光する活性層とこの活性層の近くに第１の回折格子
を有する活性領域と、前記活性層の延長線上に前記活性
層で発光した光を導波する光ガイド層とこの光ガイド層
に沿って第２の回折格子を有する分布反射領域とを有し
、前記活性領域には前記活性層に電流注入する手段を備
え、かつ、前記第１の回折格子の周期で定まる発振波長
よりも前記第２の回折格子のブラッグ波長の方が長くな
るように前記第１、第２の回折格子の周期を定めたこと
である。
を発光する活性層とこの活性層の近くに第１の回折格子
を有する活性領域と、前記活性層の延長線上に前記活性
層で発光した光を導波する光ガイド層とこの光ガイド層
に沿って第２の回折格子を有する分布反射領域とを有し
、前記活性領域には前記活性層に電流注入する手段を備
え、かつ、前記第１の回折格子の周期で定まる発振波長
よりも前記第２の回折格子のブラッグ波長の方が長くな
るように前記第１、第２の回折格子の周期を定めたこと
である。
（作用）
単体のＤＦＢレーザに外部鏡を付加した時のスペクトル
線幅についてまず簡単に説明する。第２図（ａ）にＤＦ
Ｂレーザから外部共振器側を見た時の等測的な反射率ｒ
の周波数（ω）依存性を示す。ＤＦＢレーザが最も低閾
値電流で且つ安定な単一軸モード動作を示、すのは、反
射率ｒが最大となる図中−Ａ点に発振モードがある場合
である。文献３（Ｅ、 ＰＡＴＺＡＫｅｔａｌ。
線幅についてまず簡単に説明する。第２図（ａ）にＤＦ
Ｂレーザから外部共振器側を見た時の等測的な反射率ｒ
の周波数（ω）依存性を示す。ＤＦＢレーザが最も低閾
値電流で且つ安定な単一軸モード動作を示、すのは、反
射率ｒが最大となる図中−Ａ点に発振モードがある場合
である。文献３（Ｅ、 ＰＡＴＺＡＫｅｔａｌ。
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌第１９巻、
１０２６〜１０２７頁）によればこの様な条件下におい
て、発振スペクトル線幅Δｖｅ、１ｍは単体デバイスの
時のスペクトル線幅Δｖ□よりも狭くなり両者の関係は
次式の様になる。
１０２６〜１０２７頁）によればこの様な条件下におい
て、発振スペクトル線幅Δｖｅ、１ｍは単体デバイスの
時のスペクトル線幅Δｖ□よりも狭くなり両者の関係は
次式の様になる。
ここでＬＱはＤＦＢレーザの共振器長、ＬはＤＦＢレー
ザ及び外部共振器を含めたトータルの共振器長である。
ザ及び外部共振器を含めたトータルの共振器長である。
この様にスペクトル線幅はトータルの共振器長りの２乗
に逆比例して狭くなる。従ってＤＦＢレーザに外部共振
器を付加し、トータルの共振器長を長くすることは狭い
スペクトル線幅を得るための゛有効な手段と言える。
に逆比例して狭くなる。従ってＤＦＢレーザに外部共振
器を付加し、トータルの共振器長を長くすることは狭い
スペクトル線幅を得るための゛有効な手段と言える。
更に文献３では次の様なことを示唆している。発振モー
ドが図中Ａ点からずれた場合のスペクトル線幅ΔＶは次
の様な式で与えられる。
ドが図中Ａ点からずれた場合のスペクトル線幅ΔＶは次
の様な式で与えられる。
但しＤド±Ｉｍ（十壺）、１３２＝ ＋Ｒｅ（’ｒ 曹
）ここでαは半導体レーザのスペクトル線幅増大係数で
通常２〜７程度の値となる。ＩはＤＦＢレーザ内を光が
往復するのに要する時間である。（２）式右辺の分母が
１以上であるとき発振スペクトル線幅は図中点Ａの場合
よりも更に狭くなることが予想される。（２）式分母の
うち最も影響力のあるのは第３項の（−０１３２）であ
る。従って図中点Ｂの様に、址が負となる領域に発振モ
ードが存在する場合、発振スペクトル線幅は点Ａの場合
よりも狭くなる。実際この様な現象は文献４（Ｒ，ＷＹ
ＡＴＴ、 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌
、第２１巻、６５８〜６５９頁）において確認されてい
る。
）ここでαは半導体レーザのスペクトル線幅増大係数で
通常２〜７程度の値となる。ＩはＤＦＢレーザ内を光が
往復するのに要する時間である。（２）式右辺の分母が
１以上であるとき発振スペクトル線幅は図中点Ａの場合
よりも更に狭くなることが予想される。（２）式分母の
うち最も影響力のあるのは第３項の（−０１３２）であ
る。従って図中点Ｂの様に、址が負となる領域に発振モ
ードが存在する場合、発振スペクトル線幅は点Ａの場合
よりも狭くなる。実際この様な現象は文献４（Ｒ，ＷＹ
ＡＴＴ、 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌
、第２１巻、６５８〜６５９頁）において確認されてい
る。
以上述べた様に、半導体レーザにおいて狭いスペクトル
線幅を得るためには、外部共振器を付加し、且つ発振モ
ートをｒが最大となる点より「；が負となる領域に位置
させることが重要である。しかしながら、前述の様な外
部鏡構成では第２図（ａ）に見られるように反射率ｒは
ωに対して周期的に変化するため、石が負となる領域が
狭く且つモードジャンプを生じ易い。この様な問題は外
部共振器の部分を回折格子による分布反射領域に置き換
えることにより解決できる。第２図（ｂ）にＤＦＢレー
ザに分布反射領域を付加した場合の分布反射領域の反対
重ｒの周波数ω依存性を示す。この場合ｒは単峰の特性
を示すため酉が負となる領域が広く、且つモードジャン
プを生じない。発振モードを羽が負となる領域に位置さ
せるためには分布反射領域の回折格子の周期によって決
まるブラッグ波長（ｒの最大値を与える波長）を発振波
長よりも長波長側（低周波側）に設定すればよいことが
判る。
線幅を得るためには、外部共振器を付加し、且つ発振モ
ートをｒが最大となる点より「；が負となる領域に位置
させることが重要である。しかしながら、前述の様な外
部鏡構成では第２図（ａ）に見られるように反射率ｒは
ωに対して周期的に変化するため、石が負となる領域が
狭く且つモードジャンプを生じ易い。この様な問題は外
部共振器の部分を回折格子による分布反射領域に置き換
えることにより解決できる。第２図（ｂ）にＤＦＢレー
ザに分布反射領域を付加した場合の分布反射領域の反対
重ｒの周波数ω依存性を示す。この場合ｒは単峰の特性
を示すため酉が負となる領域が広く、且つモードジャン
プを生じない。発振モードを羽が負となる領域に位置さ
せるためには分布反射領域の回折格子の周期によって決
まるブラッグ波長（ｒの最大値を与える波長）を発振波
長よりも長波長側（低周波側）に設定すればよいことが
判る。
ここで波長１．５５ｐｍ帯のＤＦＢレーザに分布反射領
域を集積化した場合を考える。但し分布反射領域には活
性層は含まないものとする。ＤＦＢレーザ内の光が感じ
る等側屈折率は約３．２３であり、分布反射領域の等側
屈折率は約３．１５である。ＤＦＢレーザ内の回折格子
の周期は１次の回折格子の場合Δ１＝１゜５５μｍ１３
．２３＝２４００人となる。ここで分布反射領域のブラ
ッグ波長を発振波長の１．５５μｍよりも長く設定する
ためには、分布反射領域の回折格子の周期Δ２を１．５
５ｐｍ／３．１５＝２４６０人よりも長く設定すればよ
い。
域を集積化した場合を考える。但し分布反射領域には活
性層は含まないものとする。ＤＦＢレーザ内の光が感じ
る等側屈折率は約３．２３であり、分布反射領域の等側
屈折率は約３．１５である。ＤＦＢレーザ内の回折格子
の周期は１次の回折格子の場合Δ１＝１゜５５μｍ１３
．２３＝２４００人となる。ここで分布反射領域のブラ
ッグ波長を発振波長の１．５５μｍよりも長く設定する
ためには、分布反射領域の回折格子の周期Δ２を１．５
５ｐｍ／３．１５＝２４６０人よりも長く設定すればよ
い。
（実施例）
以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明の実施例である半導体レーザを製作工程
順に説明する図である。（ａ）図ではｎ−ＩｎＰ基板１
の表面の領域１に周期２４００人の回折格子１１、領域
２に周期２４７０人の回折格子１２を干渉露光法及び化
学エツチング法により形成する。（ｂ）図では回折格子
１１．１２の上全面に波長組成１．３ｐｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層２、ｎ−ＩｎＰ中間層３、波長組成
１゜５５ｐｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層４、ｐ
−ＩｎＰ第１のクラッド層５を順に厚さ０．１ｐｍ、０
．０２ｐｍ、 ０．１ｐｍ、０゜３ｐｍにエピタキシャ
ル成長する。（ｅ）図では領域２の活性層４及び第１の
クラッド層５を選択的に除去した後、全面にｎ−ＩｎＰ
第２のクラッド層６及び波長組成１゜２１１ｍのｐ”−
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７をそれぞれ厚さ３ｉｍ、
０．５１１ｍにエピタキシャル成長する。（ｄ）図では
領域２のコンタクト層７の上部に厚さ３０００人の５ｉ
０２絶縁膜８、その上に全面にＣｒ／Ａｕからなる電極
９を形成する。更にｎ−ＩｎＰ基板１の下にＡｕＧｅＮ
ｉからなる電極１０を形成し所望の半導体レーザが得ら
れる。素子長は領域１が３００１１ｍ、領域２が５００
ｐｍである。
順に説明する図である。（ａ）図ではｎ−ＩｎＰ基板１
の表面の領域１に周期２４００人の回折格子１１、領域
２に周期２４７０人の回折格子１２を干渉露光法及び化
学エツチング法により形成する。（ｂ）図では回折格子
１１．１２の上全面に波長組成１．３ｐｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層２、ｎ−ＩｎＰ中間層３、波長組成
１゜５５ｐｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層４、ｐ
−ＩｎＰ第１のクラッド層５を順に厚さ０．１ｐｍ、０
．０２ｐｍ、 ０．１ｐｍ、０゜３ｐｍにエピタキシャ
ル成長する。（ｅ）図では領域２の活性層４及び第１の
クラッド層５を選択的に除去した後、全面にｎ−ＩｎＰ
第２のクラッド層６及び波長組成１゜２１１ｍのｐ”−
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７をそれぞれ厚さ３ｉｍ、
０．５１１ｍにエピタキシャル成長する。（ｄ）図では
領域２のコンタクト層７の上部に厚さ３０００人の５ｉ
０２絶縁膜８、その上に全面にＣｒ／Ａｕからなる電極
９を形成する。更にｎ−ＩｎＰ基板１の下にＡｕＧｅＮ
ｉからなる電極１０を形成し所望の半導体レーザが得ら
れる。素子長は領域１が３００１１ｍ、領域２が５００
ｐｍである。
このＤＦＢレーザに電極９．１０を通じて電流を注入す
ると、電流は領域１の活性層４にのみ効果的に注入され
、回折格子１１の周期で決まる波長１．５５０ｐｍで単
一波長で発振した。領域２は分布反射領域であり、回折
格子１２のブラッグ波長はこの素子の場合約１．５５６
ｐｍであった。
ると、電流は領域１の活性層４にのみ効果的に注入され
、回折格子１１の周期で決まる波長１．５５０ｐｍで単
一波長で発振した。領域２は分布反射領域であり、回折
格子１２のブラッグ波長はこの素子の場合約１．５５６
ｐｍであった。
第３図に従来のＤＦＢレーザと、本発明によるＤＦＢレ
ーザのスペクトル線幅を測定した結果を示す。スペクト
ル線幅は従来の素子に比べ約１１５に低減され、最も狭
いところでΔｖ＝０．９ＭＨｚが得られた。
ーザのスペクトル線幅を測定した結果を示す。スペクト
ル線幅は従来の素子に比べ約１１５に低減され、最も狭
いところでΔｖ＝０．９ＭＨｚが得られた。
尚本発明の実施例ではレーザの埋め込み構造について言
及しなかったが、本発明はいかなる埋め込み構造のＤＦ
Ｂレーザについても有効である。また用いる半導体材料
もＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限らず、例えばＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＰ、 ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ等であっても
よい。
及しなかったが、本発明はいかなる埋め込み構造のＤＦ
Ｂレーザについても有効である。また用いる半導体材料
もＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限らず、例えばＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＰ、 ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ等であっても
よい。
（発明の効果）
本発明による狭スペクトル線幅ＤＦＢレーザは光コヒー
レント伝送用の光源として極めて有効である他、計測器
用の光源として極めて有望である。
レント伝送用の光源として極めて有効である他、計測器
用の光源として極めて有望である。
また変調特性においても従来のＤＦＢ ＬＤに比べ変調
時の発振周波数のチャーピングが小さく、直接強度変調
用の光源としても優れている。
時の発振周波数のチャーピングが小さく、直接強度変調
用の光源としても優れている。
第１図は本発明の実施例である半導体レーザをその製作
工程順に説明する図であり、１はｎ−ＩｎＰ基板、２は
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、３はｎ：ＩｎＰ中間層
、４はノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、５，６はｎ−
ＩｎＰクラッド層、７はｐ”−ＩｎＧａＡｓ ：７ンタ
クト層、８は絶縁膜、９゜１０は電極、１１．１２は回
折格子である。 第２図（ａ）、 （ｂ）は本発明の詳細な説明する図、
第３図は従来の素子と本発明の素子のスペクトル線幅を
比第１図 領域１ 領域２ （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ）
工程順に説明する図であり、１はｎ−ＩｎＰ基板、２は
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、３はｎ：ＩｎＰ中間層
、４はノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、５，６はｎ−
ＩｎＰクラッド層、７はｐ”−ＩｎＧａＡｓ ：７ンタ
クト層、８は絶縁膜、９゜１０は電極、１１．１２は回
折格子である。 第２図（ａ）、 （ｂ）は本発明の詳細な説明する図、
第３図は従来の素子と本発明の素子のスペクトル線幅を
比第１図 領域１ 領域２ （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ）
Claims (1)
- 半導体基板上に光を発光する活性層とこの活性層の近く
に第１の回折格子を有する活性領域と、前記活性層の延
長線上に前記活性層で発光した光を導波する光ガイド層
とこの光ガイド層に沿って第２の回折格子を有する分布
反射領域とを有し、前記活性領域には前記活性層に電流
を注入する手段を備え、かつ、前記第１の回折格子の周
期で定まる発振波長よりも前記第２の回折格子のブラッ
グ波長の方が長くなるように前記第１、第２の回折格子
の周期を定めたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62081567A JPS63246884A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 単一波長半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62081567A JPS63246884A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 単一波長半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63246884A true JPS63246884A (ja) | 1988-10-13 |
Family
ID=13749870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62081567A Pending JPS63246884A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 単一波長半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63246884A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013046037A (ja) * | 2011-08-26 | 2013-03-04 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2013140834A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-18 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2019121691A (ja) * | 2018-01-05 | 2019-07-22 | 富士通株式会社 | 集積レーザ光源、及びこれを用いた光トランシーバ |
-
1987
- 1987-04-01 JP JP62081567A patent/JPS63246884A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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