KR20180069717A

KR20180069717A - 반도체 레이저, 광원 유닛, 통신 시스템 및 파장 다중 광 통신 시스템

Info

Publication number: KR20180069717A
Application number: KR1020170170533A
Authority: KR
Inventors: ?스께 노즈; 요시하루 무로야
Original assignee: 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2018-06-25
Also published as: TW201826650A; US20180175589A1; CN108233174A; EP3340405A1; JP2018098419A

Abstract

양호한 단일 모드 수율과 높은 발광 효율이 얻어지는, 위상 시프트부를 갖는 분포 귀환형 반도체 레이저를 제공한다. 회절 격자(105)는 저반사막(111)이 형성된 단부면과, 고반사막(110)이 형성된 단부면 사이에, 공진기의 도파 방향으로 연장되도록 형성된다. 회절 격자(105)에는, 저반사막(111)이 형성된 단부면 이격한 소정의 범위에, 회절 격자(105)의 위상을 불연속으로 변화시키는 복수개의 위상 시프트부(106)가 형성된다.

Description

반도체 레이저, 광원 유닛, 통신 시스템 및 파장 다중 광 통신 시스템{SEMICONDUCTOR LASER, LIGHT SOURCE UNIT, COMMUNICATION SYSTEM, AND WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 반도체 레이저, 광원 유닛, 통신 시스템 및 파장 다중 광 통신 시스템에 관한 것이다.

차세대의 광 통신용 광원으로서, 분포 귀환형(DFB : Distributed Feed Back)반도체 레이저의 개발이 진전되고 있다. DFB 레이저의 중요한 설계 파라미터로서, 공진기 길이 L과, 도파광과 회절 격자의 결합의 강도의 지표인 결합 계수 κ를 승산한 κL이 사용된다. 차세대 광 통신에 요구되는 25Gbps 이상에서의 고속 동작을 얻기 위해서는, 공진기 길이 L을 짧게 또한 κL을 크게(κ를 크게) 하는 것이 일반적으로 생각되고 있다.

DFB 레이저(예를 들어, 특허문헌 1)에 대하여 설명한다. 전형적인 DFB 레이저의 일례에 있어서는, 저반사 단부면과 고반사 단부면 사이에 회절 격자가 형성되고, 회절 격자의 일부에는 위상 시프트부가 1개 형성되어 있다. 회절 격자는, 예를 들어 활성층 상에 형성된 가이드층과 클래드층을 포함하는 요철 구조를 포함한다. 위상 시프트부는, 회절 격자의 피치가 파장 λ의 4분의 1만큼 어긋난 λ/4 위상 시프트부로서 형성된다. 이에 의해, 이 DFB 레이저는, 회절 격자의 주기에 의해 결정되는 브래그 파장 근방의 파장에서 단일 모드 발진한다. 또한, 위상 시프트부를 갖는 DFB 레이저는, 신호광을 출력하는 전방 단부면을 저반사, 모니터광을 출력하는 후방 단부면을 고반사로 함으로써, 양 단부면을 저반사로 한 경우에 비해 효율적으로 신호광을 취출할 수 있어, 높은 광 출력과 높은 발광 효율이 얻어진다.

단, 고반사 단부면을 갖는 DFB 레이저에는, 양호한 단일축 모드 특성을 얻는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 그 원인으로서는, 한쪽의 단부면이 고반사인 DFB 레이저는, 고반사 단부면에 있어서의 회절 격자의 위상의 변동에 기인하여, 공진기 내의 전계 강도 분포 및 각 모드의 발진 조건에 변화가 발생하는 것을 들 수 있다.

이에 반해, 특허문헌 1에서 개시된 반도체 레이저에서는, 위상 시프트부를 공진기 내의 적절한 위치에 형성함으로써, 단부면에서의 위상의 변동의 영향을 저감하여, 단일 모드 수율이 개선된다고 하고 있다.

일본 특허 공개 소61-216383호 공보 일본 특허 공개 평1-239892호 공보 일본 특허 공개 평06-85398호 공보 일본 특허 공개 평5-175597호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 위상 시프트부를 갖는 DFB 레이저에서는, 공진기의 축 방향을 따른 광의 전계 강도 분포가 불균일해진다. 일반적으로, 광의 전계 강도가 높을수록, 유도 방출에 의한 캐리어의 재결합 확률이 증가되어, 캐리어가 보다 많이 소비된다. 그 때문에, 공진기 내에서의 캐리어 밀도가 불균일해지는 공간적 홀 버닝이 발생한다. 이 공간적 홀 버닝은, 큰 전류를 주입할 때에 현저하게 발생하기 때문에, 변조 동작 시에 발진 모드의 불안정화를 초래한다.

도 13에, 상술한 DFB 레이저에 있어서 κL=2.1로 하였을 때의 광 전계 강도 분포의 계산 결과를 도시한다. 도 13에 도시한 전계 분포에 있어서는, 위상 시프트부의 위치 A에 있어서 광 전계 강도가 피크로 되는 것을 알 수 있다. 즉, κL을 크게 하여 높은 광 출력을 얻고자 하면, 전계 강도가 높은 영역에서는 공간적 홀 버닝이 발생하기 쉬워, 대전류를 주입하는 경우의 발진 모드가 불안정화되고, 다모드 발진이 발생한다.

또한, 광 전계 강도가 높은 영역에서는, 높은 광 밀도에 의한 소자의 열화가 촉진되어, 국소적 광 손상(COD : Catastrophic Optical Damage)에 의한 소자의 우발 고장이 증가하고, 마모 열화가 촉진되어, 소자 수명이 악화될 우려가 있다.

이와 같은 위상 시프트부의 위치에서의 전계 강도의 집중에 대해서는, 위상 시프트부를 복수 형성함으로써 전계 강도를 분산하는 것이 제안되어 있다. 예를 들어 특허문헌 2에서는, 양 단부면이 저반사인 DFB 레이저에 있어서, 복수의 위상 시프트부를 형성함으로써, 전계 강도 분포가 평활화되는 것이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에 기재된 양 단부면이 저반사인 DFB 레이저에서는, 고반사 단부면과 저반사 단부면을 갖는 DFB 레이저에 비해, 충분히 높은 광 출력이 얻어지지 않는다.

또한 특허문헌 3에서는, 저반사 단부면과 고반사 단부면을 갖는 DFB 레이저에 있어서, 복수의 위상 시프트를 형성하는 구조가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 3에 기재된 DFB 레이저에서는, 복수의 위상 시프트부를 형성한 경우, 양호한 단일 모드 수율이 얻어지지 않았다.

이상으로부터, 양호한 단일 모드 수율과 높은 발광 효율이 얻어지는, 위상 시프트부를 갖는 분포 귀환형 반도체 레이저가 요망되고 있다.

그 밖의 과제와 신규 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.

일 실시 형태에 따른 분포 귀환형 반도체 레이저는, 저반사의 제1 공진기 단부면과, 고반사의 제2 공진기 단부면과, 공진기의 도파 방향으로 연장되도록 형성된 회절 격자를 갖고, 상기 회절 격자에는, 상기 제1 공진기 단부면으로부터 이격한 소정의 범위에, 상기 회절 격자의 위상을 불연속으로 변화시키는 복수개의 위상 시프트부가 형성되는 것이다.

일 실시 형태에 따르면, 양호한 단일 모드 수율과 높은 발광 효율이 얻어지는, 위상 시프트부를 갖는 분포 귀환형 반도체 레이저를 제공할 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저의 단면 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 2는 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저에 있어서의 광의 전계 강도 분포의 계산 결과의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 평균의 역치 이득차가 상이한 조건에서의 단일 모드 수율의 결과를 도시하는 도면.
도 4는 거리 L2를 0.9×L로 하였을 때의, 역치 이득차의 거리 L1 의존성의 계산 결과를 도시하는 도면.
도 5는 거리 L1을 0.5×L로 하였을 때의, 역치 이득차의 거리 L2 의존성의 계산 결과를 도시하는 도면.
도 6은 역치 이득차의 위상 시프트수 의존성을 도시하는 도면.
도 7은 피크 전계 강도의 위상 시프트수 의존성의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 실시 형태 2에 따른 DFB 레이저의 단면 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 9는 실시 형태 2에 따른 DFB 레이저에 있어서의 광의 전계 강도 분포의 계산 결과의 일례를 도시하는 도면.
도 10은 실시 형태 3에 따른 광원 유닛의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 11은 실시 형태 4에 따른 광 통신 시스템의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 12는 실시 형태 5에 따른 파장 다중 광 통신 시스템의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 13은 일반적인 DFB 레이저에 있어서 κL=2.1로 하였을 때의 광의 전계 강도 분포의 계산 결과를 도시하는 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어서는, 동일 요소에는 동일한 부호가 붙여져 있고, 필요에 따라서 중복 설명은 생략된다.

실시 형태 1

실시 형태 1에 따른 분포 귀환형(DFB : Distributed Feed Back) 반도체 레이저에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 DFB 레이저(100)는, 예를 들어 InP(인듐인)나 InGaAsP(인듐-갈륨-비소-인) 등의 재료계를 포함하는 1.3㎛대 또는 1.5㎛대의 반도체 레이저로서 구성된다. 도 1에, 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저(100)의 단면 구성을 모식적으로 도시한다.

본 실시 형태에 따른 DFB 레이저(100)는 n형 기판(101), n형 가이드층(102), 활성층(103), p형 가이드층(104), p형 클래드층(107), p전극(108), n전극(109), 고반사막(110) 및 저반사막(111)을 갖는다.

각각 반도체 결정층인 n형 가이드층(102), 활성층(103), p형 가이드층(104), p형 클래드층(107)은 n형 기판(101) 상에 순차적으로 적층되어 있다. 반도체 결정층의 적층에는, 예를 들어 MOVPE(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)법을 사용할 수 있다.

p형 클래드층(107) 상에는 p전극(108)이 형성되어 있다. p전극(108)은 예를 들어 진공 증착 등에 의해 Cr/Au층을 퇴적함으로써 형성할 수 있다. 또한, n형 기판(101)의 이면에는, n전극(109)이 형성되어 있다. n전극(109)은 예를 들어 진공 증착 등에 의해 AuGe/Au층을 퇴적함으로써 형성할 수 있다.

DFB 레이저(100)의 도파 방향에 있어서의 공진기 단부면은, 예를 들어 DFB 레이저(100)의 공진기 길이가 L로 되도록 벽개됨으로써 형성되는 공진기 단부면에는, 공진기 단부면의 반사율을 조정하기 위한 저반사막(111)과 고반사막(110)이 형성된다. 저반사막(111) 및 고반사막(110)은 예를 들어 스퍼터링에 의해 Al₂O₃나 SiO₂ 등의 절연막을 퇴적함으로써 형성된다. 여기에서는, 저반사막(111)의 반사율은 5％, 고반사막(110)의 반사율은 85％이다. 또한, 저반사막이 형성되는 단부면을 제1 공진기 단부면, 고반사막이 형성되는 단부면을 제2 공진기 단부면이라고도 칭한다.

이하, DFB 레이저(100)에 형성된 회절 격자(105)와 위상 시프트부(106)에 대하여 설명한다. p형 가이드층(104)과 p형 클래드층(107)은 서로 요철 구조를 갖고, 회절 격자(105)를 형성하고 있다. 회절 격자(105)는, 예를 들어 p형 가이드층(104)의 표면에, 전자빔 노광 및 에칭에 의해 요철을 형성하고, 그 후 p형 클래드층(107)에 의해 매립함으로써 형성한다.

회절 격자(105)의 주기는 발진 파장에 따라서 결정된다. 예를 들어 발진 파장이 1.3㎛인 경우에는, 회절 격자(105)의 주기는 200㎚ 정도로 된다. 이 경우, 도 1에 도시한 DFB 레이저(100)의 도파 방향의 공진기 길이 L을 200㎛로 하면, 회절 격자의 요철 구조가 공진기 내에 약 1000개 포함되게 된다. 본 실시 형태에서는, p형 가이드층과 p형 클래드층으로 회절 격자를 형성하고 있지만, 이것은 일례에 지나지 않고, 이 구조에 한정되는 것은 아니다.

회절 격자(105)에는, 회절 격자(105)의 위상을 불연속으로 변화시키는 위상 시프트부(106)가 형성되어 있다. 위상 시프트부(106)는 발진 파장 λ의 1/4(회절 격자 주기 Λ의 1/2)분만큼 위상이 시프트한 λ/4 위상 시프트부이며, 복수개 또한 홀수개만 형성된다. 예로서, 본 실시 형태에서는, 위상 시프트부(106)가 5개 형성되어 있는 것으로서 설명한다. DFB 레이저(100)에 있어서는, 위상 시프트부(106)는 공진기의 중앙과 고반사막(110) 사이의, 저반사막(111)으로부터 이격한 위치에 형성된다. 도 1에서는, 일례로서, 저반사막(111)으로부터의 거리가 L1인 위치와, 거리가 L2인 위치 사이에 형성된다. 이 예에서는, 공진기의 전체 길이를 L로 하여, 거리 L1은 0.5L 이상(L1≥0.5×L), 거리 L2는 0.9L 이하(L2≤0.9×L)인 것으로 한다. 예를 들어, 공진기의 전체 길이 L이 200㎛인 경우, 거리 L1은 125㎛, 거리 L2는 165㎛로 된다.

활성층(103)은, 예를 들어 특허문헌 4에서 개시되어 있는 바와 같은 AlGaInAs를 포함하는 왜곡 다중 양자 웰(MQW : Multi Quantum Well) 구조를 구성하고 있다. 또한, 활성층(103)이 n형 가이드층(102)과 p형 가이드층(104) 사이에 끼워짐으로써, 더블 헤테로 구조가 구성된다. 더블 헤테로 구조가 스트라이프 형상으로 되도록 에칭됨으로써, 전류 협착 구조가 형성된다.

계속해서, 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저(100)의 동작에 대하여 설명한다. 도 2에, 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저(100)에 있어서의 광의 전계 강도 분포의 계산 결과의 일례를 도시한다.

DFB 레이저(100)에서는, 상술한 바와 같은 위상 시프트부가 1개만 형성되어 있는 경우(도 13)에 비해, 위상 시프트부(106)에 있어서의 전계 강도가 억제되어, 전계 강도의 피크가 절반 이하로 되어 있다. 이에 의해, 공간적 홀 버닝이 억제되어, 대전류를 주입할 때에도, 안정된 단일 모드 특성이 얻어진다.

또한, 도 2에서는 κL을 2.1로 한 경우의 계산 결과를 도시하고 있지만, 전계 강도의 억제는 κL의 값에 의해 한정되는 것은 아니고, 1≤κL≤4의 범위에서도, 거의 마찬가지로 위상 시프트부(106)가 형성된 위치에 있어서 전계 강도가 억제된다.

다음에, 도 3∼도 5를 사용하여, 복수의 위상 시프트부(106)를 형성하는 위치의 영향에 대하여 설명한다. 도 3에, 평균의 역치 이득차가 상이한 조건에서의 단일 모드 수율의 결과를 도시한다. 역치 이득차가 0.1을 하회하면, 급격하게 단일 모드 수율이 악화된다. 따라서, 생산 비용을 고려하여 안정적으로 생산하기 위해서는, 역치 이득차가 0.1 이상으로 될 필요가 있다.

도 4에, 거리 L2를 0.9×L로 하였을 때의, 역치 이득차의 거리 L1 의존성의 계산 결과를 도시한다. 도 5에, 거리 L1을 0.5×L로 하였을 때의, 역치 이득차의 거리 L2 의존성의 계산 결과를 도시한다. 도 4 및 도 5로부터, 거리 L1이 0.5×L 이상, 거리 L2가 0.9×L 이하일 때에, 역치 이득차가 0.1 이상으로 되어, 안정적으로 양호한 단일 모드 수율이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이것은, 공진기 길이 L의 값에 의존하는 것이 아니라, 예를 들어 50㎛≤L≤300㎛의 범위에서 마찬가지의 결과가 얻어진다. 단, κL의 값을 고려하면, 공진기 길이 L은 200㎛인 것이 바람직하다.

본 실시 형태에서는, 위상 시프트의 수를 5개로 하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 6에 역치 이득차의 위상 시프트수 의존성을 도시하고, 도 7에 피크 전계 강도의 위상 시프트수 의존성의 일례를 도시한다. 도 7에서는, 위상 시프트부가 1개만 형성되어 있는 경우의 피크 전계 강도를 1로 하여, 피크 전계 강도를 규격화하고 있다. 도 6의 파형 W11과 도 7의 파형 W12가, 본 실시 형태에 따른 DFB 레이저(100)에서의 계산 결과를 나타내고 있다.

위상 시프트부의 수가 증가함으로써 피크 전계 강도는 저하되지만, 역치 이득차도 저하된다. 따라서, 역치 이득차 0.1 이상이 얻어지고, 또한 전계 강도를 억제하기 위해서는, 위상 시프트부의 수는 3 이상 13 이하의 홀수개로 하는 것이 바람직하다.

또한, 짝수개의 위상 시프트부를 형성한 경우, 고반사막(110)측에서의 전계 강도가 피크를 갖는 전계 강도 분포로 되어, 고반사 단부면에 있어서의 회절 격자의 위상의 변동의 영향을 강하게 받게 된다. 이에 의해 단일 모드 수율의 악화가 일어나기 때문에, 위상 시프트부의 수는 홀수개로 하는 것이 바람직하다.

또한, 위상 시프트부의 각각의 위상 시프트를 λ/8로 하였을 때의 비교예를, 도 6의 파형 W21 및 도 7의 파형 W22로서 나타냈다. 이 경우, 위상 시프트가 λ/4인 파형 W11 및 파형 W12와 비교하여, 전계 강도의 억제 효과가 얻어지기 어렵고, 역치 이득차도 낮아지기 때문에, 위상 시프트부에서의 위상 시프트는 λ/4가 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 비교예로서, 특허문헌 3에 기재된 위치에 3개의 위상 시프트부를 형성한 경우의 역치 이득차와 규격화 피크광 전계 강도를 계산하였다. 도 6의 관측점 P1 및 도 7의 관측점 P2가 이것에 대응한다. 도 6의 관측점 P1 및 도 7의 관측점 P2가 나타내는 바와 같이, 전계 강도의 집중을 억제할 수 있지만, 역치 이득차는 0.1 미만의 낮은 값으로 된다. 일반적으로, 양호한 단일 모드 수율을 실현하기 위해서는, 역치 이득차는 0.1 이상이 요구되기 때문에, 특허문헌 3이 개시하는 DFB 레이저에서는 충분한 단일 모드 수율이 얻어지지 않는 것을 이해할 수 있다.

이상, 본 구성에 따르면, 공진기의 중앙으로부터 고반사막이 형성된 공진기 단부면의 사이에 복수의 위상 시프트부를 형성함으로써, 안정된 단일 모드 특성이 얻어지고, 또한, 우발 고장을 억제할 수 있는 분포 귀환형 레이저를 실현할 수 있다.

실시 형태 2

실시 형태 2에 따른 DFB 레이저(200)에 대하여 설명한다. 도 8에, 실시 형태 2에 따른 DFB 레이저(200)의 단면 구성을 모식적으로 도시한다. 실시 형태 2에 따른 DFB 레이저(200)의 n형 기판(201), n형 가이드층(202), 활성층(203), p형 가이드층(204), p형 클래드층(207), p전극(208), n전극(209), 고반사막(210) 및 저반사막(211)은, 각각 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저(100)의 n형 기판(101), n형 가이드층(102), 활성층(103), p형 가이드층(104), p형 클래드층(107), p전극(108), n전극(109), 고반사막(110) 및 저반사막(111)에 대응한다.

실시 형태 2에 따른 DFB 레이저(200)는, 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저(100)와 비교하여, 회절 격자(205)가 n형 기판(201)과 n형 가이드층(202)을 포함하고, 또한, 위상 시프트부(206)가 9개 형성되어 있는 점에서 상이하다. DFB 레이저(200)의 그 밖의 구성은, DFB 레이저(100)와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.

또한, 본 실시 형태에서는, n형 기판(201)과 n형 가이드층(202)으로 회절 격자(205)를 형성하고 있지만, 이것은 일례에 지나지 않고, 다른 구성으로 해도 된다. 예를 들어, 실시 형태 1에 있어서와 같이, p형 가이드층(204)과 p형 클래드층(207)으로 회절 격자를 구성해도 되는 것은 물론이다.

또한, 본 실시 형태에서는, 공진기 길이 L을 120㎛, 거리 L1을 60㎛, 거리 L2를 100㎛로 하였다. 그러나, 공진기 길이 L, 거리 L1 및 L2는 이것에 한정되는 것은 아니다.

실시 형태 1에 따른 DFB 레이저(100)의 공진기 길이가 200㎛인 것에 반해, 본 실시 형태에 따른 DFB 레이저(200)의 공진기 길이는 120㎛로 짧게 되어 있다. 이 경우, DFB 레이저(100)와 동등한 광 출력을 얻는 경우, 전계 강도 분포의 집중에 의한 공간적 홀 버닝에 기인하는 단일 모드의 불안정화나 소자 수명의 열화 등의 문제가 보다 현저해진다. 이것은, 짧은 공진기의 이득 영역에 의해, 긴 공진기의 이득 영역과 동일한 이득을 얻을 필요가 있기 때문이다. 즉, 공진기 길이의 DFB 레이저에서는, 공진기 길이가 짧을수록 전계 강도의 집중을 억제해야만 한다.

도 9에, 실시 형태 2에 따른 DFB 레이저(200)에 있어서의 광의 전계 강도 분포의 계산 결과의 일례를 도시한다. 위상 시프트부가 1개인 경우(도 13), 및, 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저(100)와 같이 위상 시프트부가 5개 형성되는 경우(도 2)와 비교하여, 전계 강도의 피크가 더욱 저감되어 있는 것을 이해할 수 있다. 또한, 도 9는 κL이 2.1일 때의 계산 결과이지만, κL의 값에 한정되는 것은 아니고, 1≤κL≤4의 범위에서도 거의 마찬가지로, 위상 시프트부의 위치에 있어서의 전계 강도의 억제 결과가 얻어진다.

이상, 본 구성에 따르면, 위상 시프트부의 수를 증가시킴으로써 광의 전계 강도의 집중을 보다 억제할 수 있다. 이에 의해, 공진기 길이가 짧은 분포 귀환형 반도체 레이저에 있어서 대전류를 주입하는 경우에도, 안정된 단일 모드 특성이 얻어지고, 또한, 우발 고장이 적어 수명이 긴 소자를 얻을 수 있다.

실시 형태 3

실시 형태 3에 따른 광원 유닛(300)에 대하여 설명한다. 광원 유닛(300)은 상술한 실시 형태 1에 따른 DFB 레이저(100)를 광원으로 하는 광원 유닛으로서 구성된다. 도 10은 실시 형태 3에 따른 광원 유닛(300)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 10에 도시한 바와 같이, DFB 레이저(100)는 CAN 패키지(301)의 원반 형상의 금속 스템(306)으로부터, 탑재부(303A)가 CAN 패키지(301)로 돌출되어 있다. 탑재부(303A) 상에는 히트 싱크(302)가 탑재되고, 히트 싱크(302)에는 DFB 레이저(100)가 탑재된다.

금속 스템(306)의 이면으로부터는, 막대 형상의 리드부(303B)가, 이면에 대하여 수직인 방향으로 돌출되어 있다. 또한, 금속 스템(306)의 중앙부를 관통하는 단자(304)가 금속 스템(306)의 이면에 대하여 수직인 방향으로 연장되도록 고정된다. CAN 패키지(301) 내로 돌출되어 있는 단자(304)의 일단은, 와이어(305)를 통해 DFB 레이저(100)와 전기적으로 접속된다.

금속 스템(306)의 표면측에는, 원통 형상의 금속제의 캡(307)이 접합되어 있다. 이에 의해, DFB 레이저(100), 히트 싱크(302), 탑재부(303A), 단자(304)의 단부, 및, 와이어(305)는 캡(307)에 의해 덮인다. 또한, 캡(307)의 광 출사부에는 개구부가 형성되고, 그 개구부에는 DFB 레이저(100)로부터 출사되는 광을 투과하는 커버 유리(308)가 설치되어 있다.

이와 같은 반도체 레이저 장치를, 예를 들어 광 통신용이나 정밀 계측 응용 기기 등에, 광원으로서 탑재함으로써, 고출력 또한 고효율이며, 대전류 주입 시에 있어서도 안정된 단일 모드 특성, 및 높은 소자 수명에 의해, 기기의 고성능화(고속화, 신뢰성의 개선 등)를 도모할 때에 유리해진다는 효과가 얻어진다.

제어 회로(309)가 레이저 구동 회로(310)를 적절히 제어하여, 레이저 구동 회로(310)가 단자(304)에 구동 전압을 인가함으로써, DFB 레이저(100)는 레이저 발진한다.

DFB 레이저(100)로부터 출사된 레이저광은, 예를 들어 렌즈(311) 및 빔 스플리터(312)를 포함하는 광학계(313)를 통해, 광원 유닛(300)으로부터 출력된다. 여기서, 빔 스플리터(312)를 투과한 레이저광은 광원 유닛(300)의 외부로 출력되고, 빔 스플리터(312)에서 반사된 일부의 레이저광은, 광 검출기(314)에 입사한다. 광 검출기(314)는 입사한 레이저광의 강도를 검출하고, 검출 결과를 제어 회로(309)에 출력한다. 이에 의해, 제어 회로(309)는 광 검출기(314)로부터의 검출 결과를 참조함으로써, DFB 레이저(100)로부터 출사되는 레이저광의 강도가 원하는 범위에 들어가도록 피드백 제어할 수 있다.

이상, 본 구성에 따르면, 상술한 실시 형태에 따른 반도체 레이저를 사용한 광원 유닛을 구성하는 것이 가능해진다. 본 실시 형태에 따른 광원 유닛을, 예를 들어 광 통신용이나 정밀 계측 응용 기기 등에 탑재함으로써, 고출력ㆍ고효율이며, 대전류를 주입하는 경우에도 안정된 단일 모드 특성 및 높은 소자 수명에 의해, 기기의 고성능화(고속화, 신뢰성의 개선 등)를 실현할 수 있다.

실시 형태 4

실시 형태 4에 따른 광 통신 시스템(400)에 대하여 설명한다. 여기에서는, 실시 형태 3에 따른 광원 유닛(300)이 탑재된 광 통신 시스템에 대하여 설명한다. 도 11은 실시 형태 4에 따른 통신 시스템(400)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 광 통신 시스템(400)은 송신기(401), 수신기(402), 제1 네트워크 기기(403), 제2 네트워크 기기(404) 및 광 파이버(407)를 갖는다. 송신기(401)는 광원 유닛(300), 구동 회로(405) 및 광 커넥터(406)를 포함한다. 수신기(402)는 수광 유닛(408), 수신 회로(409) 및 광 커넥터(406)를 포함한다.

제1 네트워크 기기(403)로부터 송신기(401)에 전기 신호 S1이 입력되면, 구동 회로(405)를 통해 광원 유닛(300)에 전기 신호 S2가 입력되어, 광 신호 LS가 생성된다. 광 신호 LS는, 렌즈 등을 포함하는 광 커넥터(406)를 통해 광 파이버(407)에 의해 전송되어, 수신기(402)에 입력된다. 그 후, 수신기(402)측의 광 커넥터(406)를 통해, 포토다이오드 등을 포함하는 수광 유닛(408)에 입력되어, 전기 신호 S3으로 된다. 이 전기 신호는 수신 회로(409)를 통해, 전기 신호 S4로서 제2 네트워크 기기(404)에 출력되어, 제1 네트워크 기기(403)와 제2 네트워크 기기(404) 사이의 광 통신이 실현된다.

이상, 본 구성에 따르면, 상술한 실시 형태에 따른 광원 유닛을 사용한 광 통신 시스템을 구성하는 것이 가능해진다. 상술한 광원 유닛(300)은 고출력ㆍ고효율이며, 대전류를 주입하는 경우에도 안정된 단일 모드 특성 및 높은 소자 수명을 갖기 때문에, 광 통신 시스템의 저소비 전력화, 고신뢰화를 실현할 수 있다.

실시 형태 5

실시 형태 5에 따른 파장 다중 광 통신 시스템(500)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 파장 다중 광 통신 시스템(500)은 상술한 실시 형태에 따른 DFB 레이저를 사용한 것이다. 도 12에, 실시 형태 5에 따른 파장 다중 광 통신 시스템의 개략을 도시한다. 파장 다중 광 통신 시스템(500)은 송신기(501), 수신기(502) 및 광 파이버(503)를 갖는다.

송신기(501)는 복수의 DFB 레이저(100)와, 광 합파기(504)를 갖는다. 복수의 DFB 레이저(100)는 각각 구동 회로 등으로부터의 입력 신호를 받아, 상이한 파장의 광 신호(λ0, λ1, λ2, ...)를 출력한다. 이들 복수의 광 신호(도 12에서는, 부호 LS로 표시)는 광 합파기(504)로부터 출력되어, 1개의 광 파이버(503)를 통해, 수신기(502)에 입력된다.

수신기(502)는 광 분파기(505)와, 복수의 수광 소자(506)를 갖는다. 입력된 복수의 광 신호(도 12에서는, 부호 LS로 표시)는 광 분파기(505)에 의해 상이한 파장의 광 신호(λ0, λ1, λ2, ...)로 분파되고, 각각 수광 소자(506)에 의해 전기 신호로 변환된다.

이상, 본 구성에 따르면, 상술한 실시 형태에 따른 DFB 레이저를 사용한 파장 다중 광 통신 시스템을 구성하는 것이 가능해진다. 또한, DFB 레이저(100)는 고출력ㆍ고효율이며, 대전류를 주입하는 경우에도 안정된 단일 모드 특성 및 높은 소자 수명을 갖기 때문에, 파장 다중 광 통신 시스템의 저소비 전력화, 고신뢰화를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정된 것은 아니고, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, InP계 등의 1.3㎛대 또는 1.5㎛대의 분포 귀환형 반도체 레이저의 예에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 재료계로서는, GaAs계, GaN계 등의 다른 화합물 반도체를 베이스로 한 분포 귀환형 반도체 레이저에도 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 파장대에 대해서도, 다른 파장대로 해도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 매립형의 분포 귀환형 반도체 레이저에 대하여 설명하였지만, 예를 들어 리지 스트라이프형 레이저 등의, 다른 구조의 분포 귀환형 반도체 레이저에도 상술한 실시 형태에서 설명한 구조를 적용할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 반도체 레이저의 층 구조에 대하여 설명하였지만, 이 예에 한정되는 것은 아니다. 반도체 레이저로서 동작하는 한에 있어서, 다른 층을 추가하거나, 또는, 일부의 층을 제거해도 된다. 또한, 반도체층의 도전형을 교체하는 것도 가능하다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이미 설명한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다.

100, 200 : DFB 레이저
101, 201 : n형 기판
102, 202 : n형 가이드층
103, 203 : 활성층
104, 204 : p형 가이드층
105, 205 : 회절 격자
106, 206 : 위상 시프트부
107, 207 : p형 클래드층
108, 208 : p전극
109, 209 : n전극
110, 210 : 고반사막
111, 211 : 저반사막
300 : 광원 유닛
301 : CAN 패키지
302 : 히트 싱크
303A : 탑재부
303B : 리드부
304 : 단자
305 : 와이어
306 : 금속 스템
307 : 캡
308 : 커버 유리
309 : 제어 회로
310 : 레이저 구동 회로
311 : 렌즈
312 : 빔 스플리터
313 : 광학계
314 : 광 검출기
400 : 광 통신 시스템
401, 501 : 송신기
402, 502 : 수신기
403 : 제1 네트워크 기기
404 : 제2 네트워크 기기
405 : 구동 회로
406 : 광 커넥터
407, 503 : 광 파이버
408 : 수광 유닛
409 : 수신 회로
500 : 파장 다중 광 통신 시스템
504, 505 : 광 분파기
506 : 수광 소자

Claims

제1 공진기 단부면과,
상기 제1 공진기 단부면보다도 고반사의 제2 공진기 단부면과,
상기 제1 공진기 단부면과 상기 제2 공진기 단부면 사이에 공진기의 도파 방향으로 연장되도록 형성된 회절 격자를 구비하고,
상기 회절 격자에는, 상기 제1 공진기 단부면으로부터 이격한 소정의 범위에, 상기 회절 격자의 위상을 불연속으로 변화시키는 복수개의 위상 시프트부가 형성되는 분포 귀환형 반도체 레이저.
제1항에 있어서,
상기 소정의 범위는, 도파 방향에 있어서의 상기 공진기의 중앙으로부터 상기 제2 공진기 단부면과의 사이의 범위인 분포 귀환형 반도체 레이저.
제2항에 있어서,
상기 소정의 범위는, 상기 공진기의 도파 방향의 길이에 0.5를 곱한 거리 이상 상기 제1 공진기 단부면으로부터 이격한 위치와, 상기 공진기의 도파 방향의 길이에 0.9를 곱한 거리 이내에서 상기 제1 공진기 단부면으로부터 이격한 위치 사이의 범위인 분포 귀환형 반도체 레이저.
제1항에 있어서,
상기 위상 시프트부의 개수는 3 이상 13 이하의 홀수개인 분포 귀환형 반도체 레이저.
제1항에 있어서,
발진 파장을 λ로 하여, 상기 위상 시프트부의 각각에서의 위상 시프트는 λ/4인 분포 귀환형 반도체 레이저.
제1항에 있어서,
상기 공진기의 도파 방향의 길이 L에 결합 계수 κ를 곱한 값 κL은 1 이상 4 이하인 분포 귀환형 반도체 레이저.
제1항에 있어서,
상기 공진기의 도파 방향의 길이는 200㎛ 이하인 분포 귀환형 반도체 레이저.
제1항에 기재된 분포 귀환형 반도체 레이저가 탑재된 광원 유닛.
제8항에 기재된 광원 유닛이 탑재된 광 통신 시스템.
제1항에 기재된 분포 귀환형 반도체 레이저가 탑재된 파장 다중 광 통신 시스템.