WO2006016453A1 - 半導体レーザ、半導体光アンプ、及び光通信装置 - Google Patents

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Kiichi Hamamoto
Jan De Merlier
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Definitions

  • a waveguide type semiconductor laser there are various types of semiconductor lasers, one of which is a waveguide type semiconductor laser.
  • a waveguide semiconductor laser a waveguide structure is designed to satisfy a fundamental mode condition when a signal is placed on light to propagate information or when used as a pumping light source of an optical fiber amplifier. Ru.
  • the reason for the basic mode condition is to avoid the following problems. That is, in general, under the multi-mode condition, it is difficult to efficiently couple the signal light when the signal light is coupled to another optical waveguide or lens such as an optical fiber under the problem of being affected by the multi-mode dispersion. Problems such as
  • Patent Document 1 Patent Document 2
  • the semiconductor lasers according to Patent Document 1 and Patent Document 2 are single-input, ⁇ ( ⁇ is a positive integer) output multi-mode interference waveguide (hereinafter abbreviated as “1 XN- MMI (Multi mode Interference)”) type.
  • Semiconductor laser A fundamental mode waveguide is connected before and after Non-Patent Document 1). Since the waveguide width can be expanded as compared with a conventional waveguide in which only the fundamental mode is allowed, the light output can be increased.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-68242
  • Non-Patent Document 1 Lucas B. Soldano, Journal ob Lightware Technol., Vol. 13 No. 4 p.
  • the optical communication technology that enables high-speed, large-capacity communication is not limited to the backbone information communication network that connects large cities, but also to the so-called metro information communication network that connects urban areas, and to each home and building. It has been applied to all access-related information communication networks. With the progress of optical communication technology to the network-related information communication network and access-related information communication network, the demand for semiconductor lasers and semiconductor optical amplifiers as devices supporting optical communication technology is expected.
  • the present invention has been made in view of such background, and the object of the present invention is to provide a semiconductor laser, a semiconductor optical amplifier, and a semiconductor laser capable of realizing low power consumption characteristics and high light output characteristics. It is to provide an optical communication device equipped with these.
  • a semiconductor laser is a semiconductor laser including an active waveguide, the active waveguide including a plurality of fundamental modes.
  • the semiconductor laser according to the first aspect of the present invention can realize low power consumption characteristics.
  • a semiconductor laser according to a first aspect of the present invention comprises a first waveguide providing a plurality of modes including a fundamental mode, and a second waveguide providing a multimode. Therefore, it is possible to set the width of the waveguide wider than that of an active waveguide providing only the fundamental mode or an active waveguide by combining the fundamental mode waveguide described in Patent Document 1 and a multimode waveguide. it can. As a result, the device resistance is further reduced, and low power consumption characteristics can be realized.
  • the combination of the first waveguide and the second waveguide of the present invention Active waveguides can reduce the ratio of waveguide widths between different waveguides. As a result, it is possible to suppress excess loss occurring in the boundary region between the first waveguide and the second waveguide. As a result, in the active waveguide according to the first aspect of the present invention, the light output characteristics are higher than those of the active waveguide according to the combination of the basic mode waveguide and the multimode waveguide described in Patent Document 1. Can be realized.
  • the first waveguide is provided with a fundamental mode and a first mode
  • the second waveguide is a standing wave with a first mode. It is characterized by using things that are not acceptable.
  • the semiconductor laser of the second aspect of the present invention since the first mode is not permitted as a standing wave in the second waveguide, the first mode is standing in the active waveguide. It can not exist as a wave. As a result, the first order mode can not contribute to laser oscillation. Therefore, the mode emitted as the laser light is only the fundamental mode.
  • the width of the waveguide can be set wider than in the case of using a waveguide providing only the basic mode as the first waveguide. As a result, the device resistance can be reduced, and low power consumption characteristics can be realized.
  • high light output characteristics can be realized.
  • a semiconductor laser adopting a 1-input and N-output type 1 XN (N is a positive integer) multimode interference waveguide as the second waveguide. It is.
  • the waveguide width becomes wider as it approaches the second waveguide between the second waveguide and the first waveguide.
  • a waveguide having such a tapered structure and at least allowing a fundamental mode is connected.
  • the tapered waveguide which at least allows the fundamental mode is provided between the first waveguide and the second waveguide, the different waveguides are provided. Excess loss in the boundary region between the waveguides can be suppressed more effectively. As a result, high light output can be achieved more effectively.
  • a semiconductor optical amplifier is a semiconductor optical amplifier including an active waveguide force, the active waveguide providing a plurality of modes including a fundamental mode.
  • the semiconductor optical amplifier according to the fifth aspect of the present invention can provide a semiconductor optical amplifier that can realize low power consumption characteristics and can also realize high light output characteristics.
  • the semiconductor optical amplifier according to the first aspect of the present invention includes a first waveguide providing a plurality of modes including a fundamental mode, and a second waveguide providing a plurality of modes. Therefore, the width of the waveguide can be set wider than that of an active waveguide which provides only the fundamental mode or an active waveguide formed by combining the fundamental mode waveguide described in Patent Document 1 and a multimode waveguide. As a result, the element resistance is further reduced and power consumption can be reduced.
  • the combination of the first waveguide and the second waveguide of the present invention is also possible.
  • Active waveguides can reduce the ratio of waveguide widths between different waveguides. As a result, it is possible to suppress excess loss occurring in the boundary region between the first waveguide and the second waveguide. That As a result, in the active waveguide according to the first aspect of the present invention, a higher light output is achieved as compared to the active waveguide by the combination of the basic mode waveguide and the multimode waveguide described in Patent Document 1. it can.
  • the semiconductor optical amplifier according to the sixth aspect of the present invention uses the first waveguide providing the fundamental mode and the first mode, and the second waveguide has the first mode standing. It is characterized by using an unacceptable wave.
  • the semiconductor optical amplifier according to the sixth aspect of the present invention since the first mode is not permitted as a standing wave in the second waveguide, the first mode is standing wave in the active waveguide. It can not exist as As a result, the primary mode is not included in the amplified light. Therefore, the light that is amplified and emitted is only the fundamental mode.
  • the semiconductor laser according to the second aspect of the present invention the waveguide width can be set wider than in the case of using a waveguide providing only the fundamental mode as the first waveguide. As a result, the device resistance can be reduced, and low power consumption characteristics can be realized. In addition, since it is possible to suppress excess loss occurring in the boundary region between the first waveguide and the second waveguide, high light output characteristics can be realized.
  • a semiconductor amplifier according to a seventh aspect of the present invention employs a 1-input and N-output type 1 XN (N is a positive integer) multimode interference waveguide as the second waveguide. It is.
  • the waveguide width becomes wider as it gets closer to the second waveguide between the second waveguide and the first waveguide.
  • the fifth aspect of the invention is any one of the fifth to seventh aspects, characterized in that a waveguide having such a tapered structure and at least allowing a fundamental mode is connected.
  • the tapered waveguide is provided between the first waveguide and the second waveguide, the boundary region between different waveguides is provided. Excess loss in the network can be suppressed more effectively. As a result, high light output can be achieved more effectively.
  • An optical communication apparatus is one equipped with the semiconductor laser according to any one of the first to eighth aspects or Z and a semiconductor optical amplifier. Effect of the invention
  • the present invention it is possible to provide a semiconductor laser capable of realizing low power consumption characteristics and high light output characteristics, a semiconductor optical amplifier, and an optical communication device equipped with these. Have an effect.
  • FIG. 1 is a plan view of a semiconductor laser according to an embodiment.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the semiconductor laser taken along line A-A in FIG.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor laser taken along line BB in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an active layer of the semiconductor laser according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor laser according to the embodiment.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor laser according to the embodiment.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process of the semiconductor laser according to the embodiment.
  • FIG. 4D is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process of the semiconductor laser according to the embodiment.
  • FIG. 4E is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process of the semiconductor laser according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view of a semiconductor laser according to Modification 1;
  • FIG. 6 is a plan view of a semiconductor laser according to Modification 2.
  • FIG. 7 is a plan view of a semiconductor laser according to Modification 3.
  • FIG. 8A A cross-sectional view of the semiconductor laser taken along line CC in FIG.
  • FIG. 8B A cross-sectional view of the semiconductor laser taken along line D-D in FIG.
  • FIG. 1 is a plan view of the semiconductor laser according to the present embodiment.
  • 2A is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG.
  • the semiconductor laser according to the present embodiment is an active MMI semiconductor laser 100 and has a buried (BH) structure.
  • Type 1. 48 m band semiconductor laser.
  • the active MMI semiconductor laser 100 has an active waveguide structure including an active layer described later.
  • the active waveguide as shown in FIG. 1, is composed of a first waveguide region D1, a second waveguide region D2, and a third waveguide region D3.
  • the first waveguide region D1 and the third waveguide region D3 are respectively composed of a first pseudo fundamental mode waveguide 1 la and a second pseudo fundamental mode waveguide 21a.
  • the first pseudo fundamental mode waveguide 11a and the second pseudo fundamental mode waveguide 21a are a zeroth mode (fundamental mode) and a first mode tolerant waveguide.
  • the second waveguide region D2 is composed of a single-input single-output type multi-mode interference (hereinafter abbreviated as "1 X l-MMI (Multi mode Interference)”) waveguide 12a.
  • 1 X l-MMI Multi mode Interference
  • the total length (L1 in FIG. 1) of the semiconductor laser 100 is about 600 / z m.
  • the lengths of the first pseudo fundamental mode waveguide 11a and the second pseudo fundamental mode waveguide 21a are each about 90 ⁇ m, and the length of the 1 X 1- MMI waveguide 12a is 420 It is about ⁇ m.
  • the difference between the 1 X 1-MMI waveguide 12a and the first pseudo fundamental mode waveguide 11a and the second pseudo fundamental mode waveguide 21a is the waveguide width.
  • the active MMI semiconductor laser 100 includes an n-InP substrate 71a. Further, on the n-InP substrate 71a, an n-InP cladding layer 72a formed in a mesa shape, an active layer 73a, and a p-InP first cladding layer 74a are provided. In addition, on the n-InP substrate 71a where the active layers 73a and the like are not formed on the side having the active layers 73a and the like (hereinafter, referred to as “main surface”), the p is in contact with the sidewalls of the mesa 75a.
  • the InP current blocking layer 76a and the n-InP current blocking layer 77a are stacked in this order.
  • a p-InP second cladding layer 78a and a p-InGaAs contact layer 79a are laminated in this order on the p-InP first cladding layer 74a and the n-InP current blocking layer 77a (hereinafter referred to as The layers are put together to form a stack 70a. As shown in FIG.
  • the active layer 73a is an InGaAsP-InGaAsP-MQW (multiple quantum well) layer in which quantum wells are stacked in multiple layers on an InGaAsP-first SCH (separate confinement heterostructure) layer 81a. 82a is formed, and an InGaAsP-second SCH layer 83a is formed thereon.
  • a front surface electrode 87a is formed on the top surface of the laminate 70a.
  • a back surface electrode 88a is formed on the surface on the back side of the main surface of the n-InP substrate 71a (hereinafter, simply referred to as "back surface").
  • An anti-reflection film is provided on the front end face of the laminate 70a, and a high reflection film is provided on the rear end face.
  • a high reflection film is provided on the rear end face.
  • an n-InP cladding layer 72a, an active layer 73a, and a p-InP first cladding layer 74a are grown on an n-InP substrate 71a by MOCVD (MO-VPE method) Stack in this order.
  • a SiO film 85 a is formed on the front surface using a thermal chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD thermal chemical vapor deposition
  • the p-InP first cladding layer 74a and the active layer 73a, n-InP cladding which are not covered with the mesa formation mask using inductively coupled plasma (ICP) method Removal of layer 72a forms a mesa 75a as shown in FIG. 4C.
  • the p-InP blocking layer 76a and the n-InP current blocking layer 77a are formed around the mesa 75a using the MO-VPE method, and the mask for mesa formation remaining on the top of the mesa is buffered. Remove with acid. Thus, the ridge mesa can be embedded.
  • the buried layer 86a composed of the p-InP block layer 76a and the n-InP current block layer 77a functions as current constriction.
  • the embedded layer 86a since the embedded layer 86a has a refractive index smaller than that of the active layer, it has a function of confining light in the lateral direction.
  • the p-InP first cladding layer 74a and the n-InP current blocking layer 7 A p-InP cladding layer 78a and a p-InGaAs contact layer 79a are sequentially formed on 7a.
  • a surface electrode 87a is formed on the upper surface by electron beam evaporation.
  • a back surface electrode 88a is formed.
  • a plurality of laser elements are formed on the substrate according to the above manufacturing method. Then, cleavage is performed along the boundary between each laser element to obtain a laser element. An antireflection film 91a is formed on one side of the laser end face formed by cleavage, and a high reflection film 92a is formed on the other laser end face. Through these steps, the active MMI semiconductor laser 100 according to the present embodiment is manufactured.
  • the anti-reflection film and the high reflection film disposed on the end face of the laser device according to the present embodiment are described in the examples of the semiconductor laser in the present embodiment.
  • the antireflective film may be disposed on both end surfaces immediately after the wall opening, so that it can be used as a semiconductor optical amplifier.
  • the central portion of the mesa structure portion limited by the current blocking layer is applied by applying a predetermined bias voltage between the front surface electrode 87 a and the back surface electrode 88 a
  • the current can be supplied to the active layer 73a located in Below the threshold current, spontaneous emission and absorption occur.
  • the threshold current or more, ie, the stimulated emission exceeds the absorption the laser can be oscillated.
  • the light amplified by the stimulated emission propagates as a multimode in the second waveguide region D2 according to the MMI theory (see Non-Patent Document 1 above).
  • the light propagates as the zeroth mode and the first mode.
  • the area length of the M M1 waveguide is designed according to the following equation.
  • L is a region length of the second waveguide
  • n represents a positive integer excluding the multiple of 4
  • n is the waveguide region
  • W is the effective waveguide width in the MMI region
  • ⁇ is the wavelength
  • ⁇ is 1 X N-MMI conduction
  • the region length of the 1 X 1- MMI waveguide 12 a By designing the region length of the 1 X 1- MMI waveguide 12 a to satisfy the above-mentioned conditions 1 and 2, odd modes can not be excited in the 1 X 1- MMI waveguide 12 a. . For this reason, the odd mode can not exist as a standing wave in the active waveguide (in the semiconductor laser cavity). Therefore, even if the first mode occurs in the first pseudo fundamental mode waveguide 11a and the second pseudo fundamental mode waveguide 21a, the first mode can not exist as a standing wave. In addition, since the first pseudo fundamental mode waveguide 11a and the second pseudo fundamental mode waveguide 21a are waveguides that allow only the 0th mode (basic mode) and the 1st mode, laser oscillation light is eventually obtained. Is the basic mode.
  • the quasi-fundamental mode waveguide in the cavity. That is, the 0th-order mode and 1st-order mode tolerance waveguides which are allowed to have a width of about twice the width of the normal fundamental mode waveguide can be connected to the 1 X 1- MMI waveguide.
  • the ratio of the MMI waveguide width to the quasi fundamental mode waveguide is 3.25. If a fundamental mode waveguide is applied instead of the quasi fundamental mode waveguide, the ratio is approximately 6.5. That is, according to the aspect of this embodiment, the ratio can be reduced by 50% as compared to the combination of the fundamental mode waveguide and the 1 ⁇ 1-MMI waveguide. As a result, excess loss in the boundary region between the MMI waveguide and the quasi-basic mode waveguide can be suppressed, and high light output can be achieved.
  • the active MMI semiconductor laser 100 can improve the saturation injection current value, and can achieve high output of the semiconductor laser by high current injection.
  • the threshold current density is significantly reduced because of the structure including the multimode waveguide region where the light confinement is extremely strong.
  • the layer structure of the active MMI semiconductor laser 100 according to the present embodiment is equivalent to the layer structure of a normal semiconductor laser. Therefore, the active MMI type semiconductor laser 100 according to the present embodiment can be manufactured in the same process as the manufacturing process of a normal semiconductor laser. That is, it can be manufactured only by the already established manufacturing method, and can provide excellent reproducibility and yield. Therefore, cost reduction can be achieved.
  • the semiconductor laser structure is a simple buried structure (BH structure), it may be a DC-PBH (Double Channel Planner Buried Heterostrucutre) structure or the like, which is excellent in a ridge structure or current narrowing.
  • the laser wavelength may be replaced with a 1.48 m band to be another wavelength such as a visible light band, a 0.98 / z m band, or a near infrared light band.
  • FIG. 5 is a plan view of an active MMI semiconductor laser 101 according to the first modification.
  • the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.
  • the basic configuration of the active MMI semiconductor laser 101 according to the present modification 1 is the same as that of the above embodiment except for the following points. That is, while the active waveguide according to the above-described embodiment has a structure in which one 1 ⁇ 1-MMI waveguide is sandwiched by two pseudo fundamental mode waveguides, the active waveguide according to the present modification 1 is different.
  • the waveguide is provided with three 1 X 1- MMI waveguides, and the end of each 1 X 1- MMI waveguide is configured to be connected with a quasi-basic mode waveguide, which is different.
  • the active waveguide includes the first waveguide region D1, the second waveguide region D2, and the third waveguide region D3.
  • the active waveguide according to the present modification includes the first waveguide region D4, the second waveguide region D5, the third waveguide region D6, and the fourth waveguide region D6.
  • Waveguide region D7, fifth waveguide region The difference is that it is constituted by D8, the sixth waveguide region D9, and the seventh waveguide region D10.
  • the quasi-basic mode waveguide according to the above-described embodiment includes the first waveguide region D1 (first quasi-basic mode waveguide 11a) and the third waveguide region D3 (second quasi-basic mode waveguide 21a).
  • the quasi-fundamental mode waveguide according to the present modification 1 comprises: a first waveguide region D4 (first quasi-fundamental mode waveguide 1 lb), a third waveguide region D6 (second pseudo fundamental mode waveguide 21b), fifth waveguide D8 (third pseudo fundamental mode waveguide 31 b), and seventh waveguide D10 (fourth pseudo fundamental mode waveguide 41 b) It is different in that it is In addition, the 1 X 1-MMI waveguide according to the above embodiment is disposed in the second waveguide region D2 (1 X 1- MMI waveguide 12a), while the 1 X 1- MMI waveguide according to the first modification is related to this embodiment.
  • the 1 X 1 MMI waveguide has a second waveguide region D5 (first 1 X 1-MMI waveguide 12 b), a fourth waveguide region D 7 (second 1 X 1 MMI waveguide 22 b), a second The difference is that they are disposed in the sixth waveguide region D9 (third 1 ⁇ 1 MMI waveguide 32b).
  • the first 1 ⁇ 1 MMI waveguide 12b, the second 1 ⁇ 1 MMI waveguide 22b, and the third 1 ⁇ 1 M1 waveguide 32b satisfy the above-mentioned numbers 1 and 2, respectively. Designed to be!
  • FIG. 6 is a plan view of an active MMI semiconductor laser 102 according to the first modification.
  • the basic configuration of the active MMI semiconductor laser 102 according to the present modification 2 is the same as that of the above embodiment except for the following points. That is, while the second waveguide according to the above embodiment uses the 1 X 1-MMI waveguide 12a, the second waveguide according to the present modification 1 has 1 X as shown in FIG. The difference is that the 2-MMI waveguide 12c is used. As shown in FIG. 6, this waveguide includes a first waveguide region Dl l, a second waveguide region D12, and a third waveguide region D13.
  • the first waveguide region D1 and the third waveguide region D3 are respectively formed of the first pseudo fundamental mode waveguide 11c, the second pseudo fundamental mode waveguide 21c, and the third pseudo fundamental mode waveguide 31c. It is configured.
  • the 1 X 2-MMI waveguide 12c is, of course, designed to satisfy the above-mentioned numbers 1 and 2!
  • the present invention is not limited thereto.
  • 1 X N-MMI waveguide (N is a positive number) Integer) is applicable.
  • a configuration having a plurality of MMI regions is also applicable.
  • FIG. 7 is a plan view of an active MMI semiconductor laser 103 according to the third modification.
  • 8A is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 7, and
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line D-D in FIG.
  • the semiconductor laser 103 according to the third modification has the same basic configuration as the above embodiment except for the following points. That is, in the active waveguide according to the above-described embodiment, the first pseudo fundamental mode waveguide 1 la and the 1 X 1- MMI waveguide 12 a are directly connected at the end portion, but this is not the case. In the third modification, as shown in FIGS. 7 and 8, the pseudo fundamental mode waveguide and the 1 ⁇ 1-MMI waveguide are connected via a tapered waveguide.
  • the active waveguide includes the first waveguide region D1, the second waveguide region D2, and the third waveguide region D3. While the active waveguide according to the third modification includes the first waveguide region D14, the second waveguide region D15, the third waveguide region D16, and the fourth waveguide region D17, It is different in that it is constituted by the fifth waveguide region D18.
  • the pseudo fundamental mode waveguide according to the above-described embodiment includes the first waveguide region D1 (pseudo fundamental mode waveguide 11a) and the third waveguide region D3 (second The pseudo fundamental mode waveguide according to the third modification is provided in the first waveguide region D14 (first pseudo fundamental mode waveguide l id) while the pseudo fundamental mode waveguide 21a) is disposed in And the fifth waveguide region D18 (the second pseudo fundamental mode waveguide 21d) is different.
  • the 1 X 1-MMI waveguide according to the above embodiment is disposed in the second waveguide region D2 (1 X 1 MMI waveguide 12a)
  • the 1 X 1- MMI waveguide according to the present modification 3 is 1 X
  • the point that the 1- MMI waveguide is disposed in the third waveguide region D16 (1 X 1-MMI waveguide 12 d) is different.
  • the pseudo fundamental mode waveguide and the 1 X 1-MMI waveguide are directly connected, while in the third modification, the first pseudo fundamental mode waveguide l id And a first tapered waveguide 13d is disposed between the 1 ⁇ 1 ⁇ MMI waveguide 12d and a second tapered fundamental mode waveguide 21d and a 1 ⁇ 1 ⁇ MMI waveguide 12d.
  • the two tapered waveguides 23d are disposed, and the difference is different.
  • the junction with the pseudo fundamental mode waveguide matches the pseudo fundamental mode waveguide width. It is designed to widen the waveguide width toward the junction with the 1 X 1- MMI waveguide 12 d.
  • the total length (L4 in FIG. 7) of the active MMI semiconductor laser 103 is about 600 ⁇ m.
  • the lengths of the first pseudo fundamental mode waveguide l id and the second pseudo fundamental mode waveguide 21 d are each about 60 m, and the length of the 1 X 1- MMI waveguide 12 d is about 420 m It is. Further, the lengths of the first tapered waveguide 13 d and the second tapered waveguide 23 d are about 30 ⁇ m.
  • the difference from 23d is in the waveguide width as in the above embodiment.
  • the waveguide width (W4) of the 1 X 1- MMI waveguide 12 d, the first pseudo fundamental mode waveguide l id and the waveguide width (W3) of the second pseudo fundamental mode waveguide 21 d are the same as those of the above embodiment. It was the same.
  • the layer configuration of the active MMI semiconductor laser 103 according to the present modification 3 is the same as that of the above embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8. Also, the manufacturing method can be manufactured by the same method as the above embodiment. The following describes the principle by which the semiconductor laser according to the third modification can achieve high light output as compared with the conventional laser and can achieve low power consumption.
  • the current block layer is limited by applying a predetermined bias voltage between the front surface electrode 87a and the rear surface electrode 88a shown in FIGS. 8A and 8B.
  • a current can be supplied to the active layer 73a located at the center of the mesa structure. Below the threshold current, spontaneous emission and absorption occur. On the other hand, when the threshold current is exceeded, that is, the stimulated emission exceeds the absorption, the laser can be oscillated.
  • the area length of the MMI waveguide is designed in accordance with the above equations (1) and (2).
  • the region length of the 1 X 1- MMI waveguide 12 d By designing the region length of the 1 X 1- MMI waveguide 12 d to satisfy the above-mentioned conditions 1 and 2, odd modes can not be excited in the 1 X 1- MMI waveguide 12 d. . For this reason, the odd mode can not exist as a standing wave in the active waveguide (in the semiconductor laser cavity). Therefore, even if the first mode is generated in the first quasi fundamental mode waveguide l id and the second quasi fundamental mode waveguide 21 d, the first order mode exists as a standing wave because it is an odd mode. I can not do it.
  • the first pseudo fundamental mode waveguide 11 d and the second pseudo fundamental mode waveguide 21 d are waveguides that allow only the 0th mode (basic mode) and the 1st mode, the laser oscillation light is eventually obtained. Will output only the 0th mode (basic mode).
  • the quasi-fundamental mode waveguide and the tapered waveguide can be disposed in the cavity.
  • the first pseudo fundamental mode waveguide l ld and the second pseudo fundamental mode waveguide 21 d are substituted.
  • the length of the tapered region was investigated to ultimately suppress the excess loss similar to that of the third modification. As a result, it was found that the length of the tapered region had to be 120 ⁇ m or more. In this case, there arises a problem that the area length other than the MMI area becomes long.
  • the region in which the taper is provided can be set to about 30 m in order to ultimately suppress the excess loss. Therefore, the ratio of the area length in the active waveguide of 1 ⁇ 1-MMI waveguide 12 d is hardly reduced as compared with the case of applying the fundamental mode waveguide. Therefore, it is possible to provide a laser capable of realizing high light output characteristics while realizing low power consumption characteristics.
  • the layer structure of the active MMI semiconductor laser according to the third modification is equivalent to the layer structure of a normal semiconductor laser.
  • the active MMI semiconductor laser 103 according to the third modification can be manufactured in the same process as the manufacturing process of a normal semiconductor laser. That is, since it is possible to manufacture only by the already established manufacturing method, excellent in reproducibility and yield can be provided. Therefore, low cost can be achieved.
  • the MMI region is 1 ⁇ 1.
  • the present invention is not limited to this, and is also applicable to 1 ⁇ N ⁇ MMI (N is a positive integer). Further, as in the first modification, a configuration having a plurality of MMI regions is also applicable.

Abstract

　低消費電力特性に優れ、かつ、高光出力特性を兼ね備えた半導体レーザ、半導体光アンプ、及びこれらを搭載した光通信装置を提供する。本発明の一態様に係る半導体レーザは、能動導波路を備える半導体レーザ１００であって、前記能動導波路は、基本モードを含む複数のモードを提供する第１の導波路１１ａと、第１の導波路１１ａよりも広い幅であって、多モードを提供する第２の導波路１２ａとを備え、前記能動導波路から発振される発振光として基本モードを提供する。

Description

明 細 書
半導体レーザ、半導体光アンプ、及び光通信装置
技術分野
[0001] 本発明は、導波型の半導体レーザ、半導体光アンプ、及びこれらが搭載された光 通信装置に関する。
背景技術
[0002] 今日、光エレクトロニクス技術は、コンパクトディスクに代表される情報入出力技術、 あるいは、光ファイバ一を使った光通信技術などの様々な分野において適用されて いる。光エレクトロニクス技術を支えるデバイスとして、これまで様々な半導体レーザ や半導体光アンプが開発されてきた。
[0003] 半導体レーザには様々な構造のものがあるが、その一つとして、導波型半導体レー ザがある。一般的に、導波型半導体レーザは、光に信号を載せて情報を伝播させる 場合や、光ファイバ一増幅器の励起光源として用いる場合には、基本モード条件を 満たすように導波路構造が設計される。基本モード条件にする理由は、以下のような 問題を回避するためである。すなわち、一般に、多モード条件では、多モード分散の 影響を受けてしまうという問題、光ファイバ一など他の光導波路やレンズに信号光を 結合する場合に、信号光を効率よく結合することが難しくなるという問題等が生じるた めである。
[0004] 従来、導波型半導体レーザにお!、ては基本モード光を得るために、導波路として 基本モードのみを許容するものが用いられてきた。し力しながら、基本モードのみを 許容する導波路は、導波路幅が狭い（2〜4 /ζ πι程度)ため、半導体レーザに注入で きる電流の大きさが制限されてしまうという問題があった。そして、当該問題により高 光出力化には技術的な限界があった。
[0005] そこで、本出願人は先に、基本モード光を出力可能であって、高光出力化が可能 な半導体レーザを提案した (特許文献 1、特許文献 2)。特許文献 1及び特許文献 2 に係る半導体レーザは、 1入力かつ Ν (Νは正の整数）出力型のマルチモード干渉導 波路（以下、「1 X N— MMI (Multi mode Interference)と略記する）型半導体レーザ ( 非特許文献 1参照)の前後に基本モード導波路が接続された構成となっている。基 本モードのみを許容する導波路のみ力 構成される従来の導波路に比して、導波路 幅を広げることができるため、高光出力化を達成することができる。
特許文献 1 :特開平 11 68241号公報
特許文献 2：特開平 11― 68242号公報
非特許文献 1 : Lucas B. Soldano、ジャーナル ォブ ライトウェア テクノロージ、 Vol. 13 No. 4 第 615〜627頁、 1995
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] ところで、高速大容量通信を可能とする光通信技術は、大都市間を繋ぐ基幹系情 報通信網のみならず、都市圏内を繋ぐいわゆるメトロ系情報通信網、及び各家庭や ビルへと繋ぐ 、わゆるアクセス系情報通信網にまで適用されるようになってきた。メト 口系情報通信網やアクセス系情報通信網への光通信技術化に伴って、光通信技術 を支えるデバイスたる半導体レーザや半導体光アンプ等の需要の拡大が見込まれて いる。
[0007] このため、光通信技術を支えるデバイスたる半導体レーザの低消費電力化を図るこ とが切望されている。その一方で、加入者数の増加を補う目的で、半導体レーザにお いて、より高い光出力特性を実現することが求められている。
[0008] なお、半導体レーザを例に説明したが、半導体光アンプにおいても同様の課題が 生じ得る。
[0009] 本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低 消費電力特性を実現でき、かつ、高光出力特性も実現できる半導体レーザ、半導体 光アンプ、及びこれらを搭載した光通信装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0010] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の態様に係る半導体レーザは、能動導波 路カも構成される半導体レーザであって、該能動導波路は、基本モードを含む複数 のモードを提供する第 1の導波路と、該第 1の導波路よりも広い幅であって、多モード を提供する第 2の導波路を備え、該能動導波路から発振される発振光として基本モ ードを提供するものである。
[0011] 本発明の第 1の態様に係る半導体レーザにおいては、低消費電力特性を実現でき
、かつ、高光出力特性も実現可能な半導体レーザを提供することができる。その理由 は、以下のとおりである。本発明の第 1の態様に係る半導体レーザによれば、基本モ ードを含む複数のモードを提供する第 1の導波路と、多モードを提供する第 2の導波 路とを有して 、るので、基本モードのみを提供する能動導波路や特許文献 1に記載 の基本モード導波路と多モード導波路との組み合わせによる能動導波路に比して導 波路の幅を広く設定することができる。その結果、素子抵抗がより小さくなり低消費電 力特性を実現できる。
[0012] また、特許文献 1に記載の基本モード導波路と多モード導波路との組み合わせの 能動導波路に比して、本件発明の第 1の導波路と第 2の導波路との組み合わせの能 動導波路は、異なる導波路間における導波路幅の比を小さくすることができる。その 結果、第 1の導波路と第 2の導波路との境界領域で生じる過剰損失を抑制できる。そ の結果、本発明の第 1の態様に係る能動導波路においては、特許文献 1に記載の基 本モード導波路と多モード導波路との組み合わせによる能動導波路に比して高光出 力特性を実現できる。
[0013] 本発明の第 2の態様に係る半導体レーザは、上記第 1の導波路として基本モード及 び 1次モードを提供するものを、上記第 2の導波路として 1次モードを定在波として許 容しな 、ものを用いることを特徴とするものである。
[0014] 本発明の第 2の態様に係る半導体レーザによれば、第 2の導波路内において 1次モ 一ドを定在波として許容しないので、能動導波路内において 1次モードを定在波とし て存在させることができない。その結果、 1次モードはレーザ発振には寄与できないこ とになる。従って、レーザ光として出射されるモードは、基本モードのみということにな る。本発明の第 2の態様に係る半導体レーザによれば、第 1の導波路として基本モー ドのみを提供する導波路を用いる場合に比して、導波路幅を広く設定できる。その結 果、素子抵抗を小さくすることができ低消費電力特性を実現できる。また、第 1の導波 路と第 2の導波路との境界領域において生じる過剰損失を抑制できるので、高光出 力特性を実現できる。 [0015] 本発明の第 3の態様に係る半導体レーザは、上記第 2の導波路として、 1入力かつ N出力型である 1 X N (Nは正の整数)マルチモード干渉導波路を採用したものであ る。
[0016] 本発明の第 4の態様に係る半導体レーザは、上記第 2の導波路と上記第 1の導波 路との間に、該第 2の導波路に近づくにつれて導波路幅が広くなるようなテーパー構 造を有し、かつ、基本モードを少なくとも許容する導波路が接続されていることを特徴 とする上記第 1〜3のいずれかの態様に記載のものである。
[0017] 本発明の第 4の態様に係る半導体レーザによれば、第 1の導波路と第 2の導波路と の間に基本モードを少なくとも許容するテーパー導波路を設けているので、異なる導 波路間の境界領域における過剰損失をより効果的に抑制できる。その結果、より効 果的に高光出力化を達成できる。
[0018] 本発明の第 5の態様に係る半導体光アンプは、能動導波路力 構成される半導体 光アンプであって、該能動導波路は、基本モードを含む複数のモードを提供する第 1 の導波路と、該第 1の導波路よりも広い幅であって、多モードを提供する第 2の導波 路を備え、該能動導波路力も発振される発振光として基本モードを提供するものであ る。
[0019] 本発明の第 5の態様に係る半導体光アンプにおいては、低消費電力特性を実現で き、かつ、高光出力特性も実現可能な半導体光アンプを提供することができる。その 理由は、以下のとおりである。本発明の第 1の態様に係る半導体光アンプによれば、 基本モードを含む複数のモードを提供する第 1の導波路と、多モードを提供する第 2 の導波路とを有して 、るので、基本モードのみを提供する能動導波路や特許文献 1 に記載の基本モード導波路と多モード導波路との組み合わせによる能動導波路に 比して導波路の幅を広く設定することができる。その結果、素子抵抗がより小さくなり 低消費電力化が可能となる。
[0020] また、特許文献 1に記載の基本モード導波路と多モード導波路との組み合わせの 能動導波路に比して、本件発明の第 1の導波路と第 2の導波路との組み合わせの能 動導波路は、異なる導波路間における導波路幅の比を小さくすることができる。その 結果、第 1の導波路と第 2の導波路との境界領域で生じる過剰損失を抑制できる。そ の結果、本発明の第 1の態様に係る能動導波路においては、特許文献 1に記載の基 本モード導波路と多モード導波路との組み合わせによる能動導波路に比して高光出 力を達成できる。
[0021] 本発明の第 6の態様に係る半導体光アンプは、上記第 1の導波路として基本モード 及び 1次モードを提供するものを用い、上記第 2の導波路として 1次モードを定在波と して許容しな 、ものを用いることを特徴とするものである。
[0022] 本発明の第 6の態様に係る半導体光アンプによれば、第 2の導波路内において 1次 モードを定在波として許容しないので、能動導波路内において 1次モードを定在波と して存在させることができない。その結果、 1次モードは増幅光に含まれないことにな る。従って、増幅されて出射される光は、基本モードのみということになる。本発明の 第 2の態様に係る半導体レーザによれば、第 1の導波路として基本モードのみを提供 する導波路を用いる場合に比して、導波路幅を広く設定できる。その結果、素子抵抗 を小さくすることができ低消費電力特性を実現できる。また、第 1の導波路と第 2の導 波路との境界領域で生じる過剰損失を抑制できるので、高光出力特性を実現できる
[0023] 本発明の第 7の態様に係る半導体アンプは、上記第 2の導波路として、 1入力かつ N出力型である 1 X N (Nは正の整数)マルチモード干渉導波路を採用したものであ る。
[0024] 本発明の第 8の態様に係る半導体光アンプは、上記第 2の導波路と上記第 1の導 波路との間に、該第 2の導波路に近づくにつれて導波路幅が広くなるようなテーパー 構造を有し、かつ、基本モードを少なくとも許容する導波路が接続されていることを特 徴とする上記第 5〜7のいずれかの態様に記載のものである。
[0025] 本発明の第 8の態様に係る半導体光アンプによれば、第 1の導波路と第 2の導波路 との間にテーパー導波路を設けているので、異なる導波路間の境界領域における過 剰損失をより効果的に抑制できる。その結果、より効果的に高光出力化を達成できる
[0026] 本発明の第 9の態様に係る光通信装置は、上記第 1〜8のいずれかに記載の半導 体レーザ又は Z及び半導体光アンプが搭載されたものである。 発明の効果
[0027] 本発明によれば、低消費電力特性を実現でき、かつ、高光出力特性も実現可能な 半導体レーザ、及び半導体光アンプ、及びこれらを搭載した光通信装置を提供する ことができるという優れた効果がある。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]実施形態に係る半導体レーザの平面図。
[図 2A]図 1の A— A線における半導体レーザの断面図。
[図 2B]図 1の B— B線における半導体レーザの断面図。
[図 3]実施形態に係る半導体レーザの活性層の断面図。
[図 4A]実施形態に係る半導体レーザの製造工程を説明するための断面図。
[図 4B]実施形態に係る半導体レーザの製造工程を説明するための断面図。
[図 4C]実施形態に係る半導体レーザの製造工程を説明するための断面図。
[図 4D]実施形態に係る半導体レーザの製造工程を説明するための断面図。
[図 4E]実施形態に係る半導体レーザの製造工程を説明するための断面図。
[図 5]変形例 1に係る半導体レーザの平面図。
[図 6]変形例 2に係る半導体レーザの平面図。
[図 7]変形例 3に係る半導体レーザの平面図。
[図 8A]図 7の C C線における半導体レーザの断面図。
[図 8B]図 7の D— D線における半導体レーザの断面図。
符号の説明
[0029] l la、 l id 第 1の擬似基本モード導波路
12a、 12b、 12d 1 X 1— MMI導波路
12c I X 2— MMI導波路
13d 第 1のテーパー導波路
21a, 21b、 21d 第 2の擬似基本モード導波路
23d 第 2のテーパー導波路
31b 第 3の擬似基本モード導波路
32b 第 3の 1 X 1— MMI導波路 41b 第 4の擬似基本モード導波路
70a 積層体
71a 基板
72a クラッド層
73a 活性層
74a クラッド
75a メサ
76a ブロック層
76a 電流ブロック層
77a 電流ブロック層
78a クラッド
79a コンタクト層
81a 第 1の SCH層
82a MQW (多重量子井戸)層
83a 第 2の SCH層
86a 埋め込み層
87a 表面電極
88a 裏面電極
91a 反射防止膜
92a 高反射膜
100、 , 101、 102、 103 アクティブ MMI型半導体レーザ
発明を実施するための最良の形態
[0030] 以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨 に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
[0031] [実施形態]
図 1は、本実施形態に係る半導体レーザの平面図である。図 2Aは、図 1の A— A線 における断面図、図 2Bは図 1の B— B線における断面図である。本実施形態に係る 半導体レーザは、アクティブ MMI型半導体レーザ 100であり、埋め込み（BH)構造 型、 1. 48 m帯の半導体レーザである。
[0032] 本実施形態に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 100は、後述する活性層を含む 能動導波路構造を備えている。能動導波路は、図 1に示すように、第 1の導波路領域 Dl、第 2の導波路領域 D2、第 3の導波路領域 D3により構成されている。第 1の導波 路領域 D1及び第 3の導波路領域 D3は、それぞれ第 1の擬似基本モード導波路 1 la と、第 2の擬似基本モード導波路 21aとから構成されている。第 1の擬似基本モード 導波路 11a及び第 2の擬似基本モード導波路 21aは、 0次モード (基本モード)及び 1 次モード許容導波路である。
一方、第 2の導波路領域 D2は、 1入力かつ 1出力型のマルチモード干渉 (以下、「1 X l -MMI (Multi mode Interference)」と略記する）導波路 12aにより構成されている
[0033] 半導体レーザ 100の全長（図 1中の L1)は、 600 /z m程度である。このうち、第 1の 擬似基本モード導波路 11a及び第 2の擬似基本モード導波路 21aの長さは、それぞ れ 90 μ m程度であり、 1 X 1— MMI導波路 12aの長さは 420 μ m程度である。
[0034] 1 X 1— MMI導波路 12aと、第 1の擬似基本モード導波路 11a及び第 2の擬似基 本モード導波路 21aとの相違点は、導波路幅にある。 1 X 1— MMI導波路 12aの導 波路幅 (W2)は W2= 13 /z mであるのに対し、擬似基本モード導波路 11a及び第 2 の擬似基本モード導波路 21aの導波路幅 (W1)は W1 =4 mに設定されて 、る（図 1及び図 2参照)。
[0035] 本実施形態に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 100は、図 2Aおよび図 2Bに示 すように、 n— InP基板 71aを備えている。また、この n— InP基板 71a上には、メサ状 に形成された n— InPクラッド層 72a、活性層 73a、 p— InP第 1クラッド層 74aを備えて いる。また、活性層 73a等を備える面（以下、「主面」という）側であって、活性層 73a 等が形成されていない n— InP基板 71a上には、メサ 75aの側壁に接するように p—I nP電流ブロック層 76a、 n— InP電流ブロック層 77aがこの順に積層されている。また 、前記 p— InP第 1クラッド層 74a及び n— InP電流ブロック層 77a上には、 p— InP第 2 クラッド層 78a、及び p— InGaAsコンタクト層 79aがこの順に積層されている（以下、 これらの層をまとめて積層体 70aと 、う）。 [0036] 活性層 73aは、図 3に示すように、 InGaAsP—第 1の SCH (分離閉じ込めヘテロ構 造）層 81 a上に、量子井戸を多層に積層した InGaAsPZlnGaAsP— MQW (多重 量子井戸）層 82aが形成され、その上から InGaAsP—第 2の SCH層 83aが形成され た構造となっている。
[0037] 上記積層体 70aの上面には、表面電極 87aが形成されている。また、 n—InP基板 71a上の主面に対して裏側の面（以下、単に「裏面」という）には、裏面電極 88aが形 成されている。
[0038] 上記積層体 70aの前方端面には反射防止膜が、後方端面には高反射膜が設けら れている。これにより、レーザ共振器の前後の反射鏡が構成されている。
[0039] 以下、本実施形態に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 100の製造方法につい て、図 4を参照しつつ説明する。なお、下記の製造工程は典型的な一例であり、本発 明の趣旨に合致する限り他の製造方法を採用することができることは言うまでもない。
[0040] まず、 n— InP基板 71a上に、図 4Aに示すように n— InPクラッド層 72a、活性層 73a 、 p— InP第 1クラッド層 74aを有機金属気相成長法 (MO— VPE法）により、この順に 積層する。
[0041] 次に、図 4Bに示すように熱化学気相堆積 (CVD)法を用いて前面に SiO膜 85aを
2 堆積し、通常のフォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング (RIE)法を用いて、 p— I nP第 1クラッド層 74a上にメサ形成用マスクを形成する。
[0042] 次 、で、図 4Cに示すように誘導結合プラズマ (ICP)法を用いて、メサ形成用マスク で覆われていない p— InP第 1クラッド層 74a、活性層 73a、 n— InPクラッド層 72aを 除去することによって図 4Cに示すようなメサ 75aを形成する。メサ 75aを形成後、 MO — VPE法を用いて、メサ 75aの周辺に p— InPブロック層 76a、 n— InP電流ブロック 層 77aを形成し、メサ上部に残ったメサ形成用マスクをバッファード沸酸を用いて除 去する。これにより、リッジメサを埋め込むことができる。 p— InPブロック層 76a、 n— I nP電流ブロック層 77aからなる埋め込み層 86aは、電流狭窄の働きをする。また、埋 め込み層 86aは、屈折率が活性層より小さいため、横方向に光を閉じ込める働きがあ る。
[0043] その後、図 4Dに示すように p— InP第 1クラッド層 74a及び n— InP電流ブロック層 7 7a上に p— InPクラッド層 78a、 p— InGaAsコンタクト層 79aを順次形成する。その後 、図 4Eに示すように電子ビーム蒸着法を用いて上面に表面電極 87aを形成する。得 られた n— InP基板 71 aの裏面を研磨した後、裏面電極 88aを形成する。
[0044] 上記製造法に従って、基板上に複数のレーザ素子を形成する。そして、各レーザ 素子間の境界に沿って劈開を行いレーザ素子を得る。劈開により形成されたレーザ 端面の片側には反射防止膜 91aを、もう一方のレーザ端面には高反射膜 92aをそれ ぞれ形成する。このような工程を経て、本実施形態に係るアクティブ MMI型半導体レ 一ザ 100が製造される。
[0045] なお、本実施形態にお!、ては、半導体レーザの例にっ 、て説明した力 本実施形 態に係るレーザ素子の端面に配設された反射防止膜.及び高反射膜に代えて、璧開 直後に両端面に反射防止膜を配設せしめることにより、半導体光アンプとしての利用 が可能である。
[0046] 以下に、本実施形態に係る半導体レーザが、低消費電力特性を実現でき、かつ、 高光出力特性も実現可能な原理について述べる。
[0047] 本実施形態に係るアクティブ MMI型半導体レーザは、表面電極 87a、裏面電極 8 8aの間に所定のバイアス電圧を印加することで、電流ブロック層に制限されたメサ構 造部の中央部に位置する活性層 73aに電流を供給することができる。閾値電流未満 では、自然放出と吸収が生じる。一方、閾値電流以上、すなわち誘導放出が吸収を 上回る状態となるとレーザ発振可能な状態となる。
[0048] レーザ発振可能な状態になると、誘導放出により増幅された光は、 MMI理論 (上記 非特許文献 1参照）により、第 2の導波路領域 D2ではマルチモードとして伝播するこ とになる。一方、その両端部にある第 1の導波路領域 Dl、及び第 2の導波路領域 D3 においては、 0次モード及び 1次モードとして伝播する。本実施形態においては、 M Ml導波路の領域長を下記の式に従って設計して 、る。
[数 1]
LMM I ~ n X ( 3 L x) / ( 4 N) ただし、 L はビート長であり、以下の数 2を満足するものである。
[数 2] L TC ( 4 n rWe 2) / ( 3 λ 0) また、 L は第 2の導波路の領域長、 nは 4の倍数を除く正の整数、 nは導波領域
MMI r
の実効屈折率、 Wは MMI領域の実効導波路幅、 λ は波長、 Νは 1 X N— MMI導
e 0
波路における N側ポートのポート数である。
[0049] 1 X 1— MMI導波路 12aの領域長を上記数 1及び 2の条件に合うように設計するこ とにより、奇モードを 1 X 1— MMI導波路 12a内で励振させることができない。このた め、奇モードは、能動導波路内（半導体レーザキヤビティー内）において定在波とし て存在することができない。従って、第 1の擬似基本モード導波路 11a及び第 2の擬 似基本モード導波路 21a内で 1次モードが発生しても、 1次モードは定在波として存 在することができない。また、第 1の擬似基本モード導波路 11a及び第 2の擬似基本 モード導波路 21aは、 0次モード (基本モード)及び 1次モードのみを許容する導波路 であることから、結局、レーザ発振光は基本モードとなる。
[0050] この原理を利用することにより、擬似基本モード導波路をキヤビティ内に配置するこ とができる。すなわち、通常の基本モード導波路幅のおよそ 2倍の幅が許される 0次 モード及び 1次モード許容導波路が 1 X 1— MMI導波路に接続される構成とすること ができる。本実施形態においては、擬似基本モード導波路に対する MMI導波路幅 の比は 3. 25となる。擬似基本モード導波路に代えて、基本モード導波路を適用する 場合、その比はおよそ 6. 5となる。すなわち、本実施形態の態様とすることにより、基 本モード導波路と 1 X 1— MMI導波路との組み合わせよりもその比を 50%低減する ことができる。その結果、 MMI導波路と擬似基本モード導波路との境界領域での過 剰損失を抑制でき、高光出力を達成できる。
[0051] また、本実施形態に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 100、飽和注入電流値が 改善され、高電流注入による半導体レーザの高出力化を達成できる。また、極めて 光の閉じ込めが強いマルチモード導波路領域を含む構造となっているため、その閾 値電流密度が大幅に低減される。
[0052] また、第 1の導波路として基本モード導波路に代えて擬似基本モード導波路を採用 することにより、導波路幅を広く設定することが可能となる。その結果、素子抵抗をより 小さくすることができ、低消費電力特性が向上する。 [0053] また、本実施形態に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 100の層構造は、通常の 半導体レーザの層構造と同等である。このため、本実施形態に係るアクティブ MMI 型半導体レーザ 100は、通常の半導体レーザの製造工程と同一の工程で製造する ことが可能である。すなわち、すでに確立された製造方法のみによって製造すること ができ、再現性及び歩留まりに優れたものを提供することができる。従って、低コスト 化を達成することができる。
[0054] なお、結晶成長方法としては、上述した MO— VPE法に変えて、分子線ビーム成 長法を用いることもできる。メサ形成工程として、 ICP法に変えて、反応性イオンエツ チング (RIE)法などを利用することも可能である。さらに、半導体レーザ構造を単純 な埋め込み構造 (BH構造）としているが、リッジ構造や電流狭窄に優れる DC— PB H (Double Channel Planner Buried Heterostrucutre)構造などにすることもできる。ま た、レーザ波長を 1. 48 m帯に代えて、可視光帯、 0. 98 /z m帯、更には近赤外光 帯など、他の波長とすることができる。
[0055] [変形例 1]
次に、上記実施形態のアクティブ MMI型半導体レーザ 100とは異なる変形例につ いて説明する。図 5は、本変形例 1に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 101の平 面図である。なお、以降の説明において、上記実施形態と同一の構成部材は、同一 の符号を付し適宜その説明を省略する。
[0056] 本変形例 1に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 101は、以下の点を除く基本的 な構成は上記実施形態と同じである。すなわち、上記実施形態に係る能動導波路は 、 1つの 1 X 1— MMI導波路が 2つの擬似基本モード導波路に挟持された構造とな つていたのに対し、本変形例 1に係る能動導波路は、 3つの 1 X 1— MMI導波路を 備え、各 1 X 1— MMI導波路の端部には、擬似基本モード導波路が接続されている 構成となって 、る点が異なる。
[0057] より具体的には、上記実施形態に係る能動導波路は、能動導波路が、第 1の導波 路領域 Dl、第 2の導波路領域 D2、第 3の導波路領域 D3により構成されているのに 対し、本変形例に係る能動導波路は、図 5に示すように、第 1の導波路領域 D4、第 2 の導波路領域 D5、第 3の導波路領域 D6、第 4の導波路領域 D7、第 5の導波路領域 D8、第 6の導波路領域 D9、第 7の導波路領域 D10により構成されている点が異なる 。また、上記実施形態に係る擬似基本モード導波路は、第 1の導波路領域 D1 (第 1 の擬似基本モード導波路 11a)及び第 3の導波路領域 D3 (第 2の擬似基本モード導 波路 21a)に配設されているのに対し、本変形例 1に係る擬似基本モード導波路は、 第 1の導波路領域 D4 (第 1の擬似基本モード導波路 1 lb)、第 3の導波路領域 D6 ( 第 2の擬似基本モード導波路 21b)、第 5の導波路 D8 (第 3の擬似基本モード導波路 31b)、及び、第 7の導波路 D10 (第 4の擬似基本モード導波路 41b)に配設されてい る点が異なる。また、上記実施形態に係る 1 X 1— MMI導波路は、第 2の導波路領 域 D2 (l X 1— MMI導波路 12a)に配設されていたのに対し、本変形例 1に係る 1 X 1 MMI導波路は、第 2の導波路領域 D5 (第 1の 1 X 1— MMI導波路 12b)、第 4の 導波路領域 D7 (第 2の 1 X 1 MMI導波路 22b)、第 6の導波路領域 D9 (第 3の 1 X 1— MMI導波路 32b)に配設されている点が異なる。
[0058] 第 1の 1 X 1— MMI導波路 12b、第 2の 1 X 1— MMI導波路 22b、第 3の 1 X 1— M Ml導波路 32bは、それぞれが上記数 1及び 2を満足するように設計されて!ヽる。
[0059] 本変形例 1によれば、上記実施形態と同様の原理により高光出力特性、及び低消 費電力特性を実現できる。また、すでに確立された製造方法のみによって製造するこ とが可能なので、再現性及び歩留まりに優れたものを提供することができる。従って、 低コストィ匕を達成することができる。
[0060] なお、本変形例 1においては第 2の導波路たる 1 X 1 MMI導波路が 3つある例に っ 、て説明した力 その数は特に限定されな 、ことは言うまでもな!/、。
[0061] [変形例 2]
次に、上記実施形態、及び上記変形例 1とは異なる変形例について説明する。図 6 は、本変形例 1に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 102の平面図である。本変形 例 2に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 102は、以下の点を除く基本的な構成は 上記実施形態と同じである。すなわち、上記実施形態に係る第 2の導波路は 1 X 1— MMI導波路 12aを用いているのに対し、本変形例 1に係る第 2の導波路は、図 6に 示すように 1 X 2— MMI導波路 12cを用いている点が異なる。図 6に示すように、この 導波路は、第 1の導波路領域 Dl l、第 2の導波路領域 D12、第 3の導波路領域 D13 により構成されている。第 1の導波路領域 D1及び第 3の導波路領域 D3は、それぞれ 第 1の擬似基本モード導波路 11cと、第 2の擬似基本モード導波路 21c、第 3の擬似 基本モード導波路 31cとから構成されている。 1 X 2— MMI導波路 12cは、無論、上 記数 1及び 2を満足するように設計されて!ヽる。
[0062] 本変形例 2によれば、上記実施形態と同様の原理により高光出力特性、及び低消 費電力特性を実現できる。また、すでに確立された製造方法のみによって製造するこ とが可能なので、再現性及び歩留まりに優れたものを提供することができる。従って、 低コストィ匕を達成することができる。
[0063] なお、本変形例 2においては第 2の導波路たる 1 X 2— MMI導波路の例について 説明したが、これに限定されるものではなぐ 1 X N— MMI導波路 (Nは正の整数）に っ 、て適用可能である。また変形例 1と同様に複数の MMI領域を有する構成も適用 可能である。
[0064] [変形例 3]
次に、上記実施形態、上記変形例 1、及び上記変形例 2とは異なる変形例につい て説明する。図 7は、本変形例 3に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 103の平面 図である。図 8Aは、図 7の C— C線における断面図、図 8Bは図 7の D— D線における 断面図である。
[0065] 本変形例 3に係る半導体レーザ 103は、以下の点を除く基本的な構成は上記実施 形態と同じである。すなわち、上記実施形態に係る能動導波路は、第 1の擬似基本 モード導波路 1 laと、 1 X 1— MMI導波路 12aとが直接端部にお ヽて接続されて!ヽ たが、本変形例 3においては、図 7及び図 8に示すように擬似基本モード導波路と、 1 X 1— MMI導波路とがテーパー導波路を介して接続されている点が異なる。
[0066] より具体的には、上記実施形態に係る能動導波路は、能動導波路が、第 1の導波 路領域 Dl、第 2の導波路領域 D2、第 3の導波路領域 D3により構成されているのに 対し、本変形例 3に係る能動導波路は、第 1の導波路領域 D14、第 2の導波路領域 D15、第 3の導波路領域 D16、第 4の導波路領域 D17、第 5の導波路領域 D18によ り構成されている点が異なる。また、上記実施形態に係る擬似基本モード導波路は、 第 1の導波路領域 D1 (擬似基本モード導波路 11a)及び第 3の導波路領域 D3 (第 2 の擬似基本モード導波路 21a)に配設されていたのに対し、本変形例 3に係る擬似 基本モード導波路は、第 1の導波路領域 D14 (第 1の擬似基本モード導波路 l id)、 第 5の導波路領域 D18 (第 2の擬似基本モード導波路 21d)に配設されている点が異 なる。また、上記実施形態に係る 1 X 1— MMI導波路は、第 2の導波路領域 D2 (l X 1 MMI導波路 12a)に配設されているのに対し、本変形例 3に係る 1 X 1— MMI導 波路は、第 3の導波路領域 D16 (1 X 1— MMI導波路 12d)に配設されている点が異 なる。また、上記実施形態においては、擬似基本モード導波路と 1 X 1— MMI導波 路とが直接接続されているのに対し、本変形例 3においては、第 1の擬似基本モード 導波路 l idと、 1 X 1— MMI導波路 12dとの間に第 1のテーパー導波路 13dが配設 され、第 2の擬似基本モード導波路 21dと、 1 X 1— MMI導波路 12dとの間に第 2の テーパー導波路 23dが配設されて 、る点が異なる。
[0067] 第 1のテーパー導波路 13dと、第 2のテーパー導波路 23dとは、図 7に示すように、 擬似基本モード導波路との接合部は、擬似基本モード導波路幅と一致するように設 計され、 1 X 1— MMI導波路 12dとの接合部に向けて導波路幅が広くなるように設計 されている。
[0068] アクティブ MMI型半導体レーザ 103の全長（図 7中の L4)は、 600 μ m程度である 。このうち、第 1の擬似基本モード導波路 l id及び第 2の擬似基本モード導波路 21d の長さは、それぞれ 60 m程度であり、 1 X 1— MMI導波路 12dの長さは 420 m 程度である。また、第 1のテーパー導波路 13d及び第 2のテーパー導波路 23dの長さ は 30 μ m程度である。
[0069] 1 X 1— MMI導波路 12dと、第 1の擬似基本モード導波路 l id及び第 2の擬似基 本モード導波路 21d、並びに第 1のテーパー導波路 13d及び第 2のテーパー導波路 23dとの相違点は、上記実施形態と同様に導波路幅にある。 1 X 1— MMI導波路 12 dの導波路幅 (W4)、第 1の擬似基本モード導波路 l id及び第 2の擬似基本モード 導波路 21dの導波路幅 (W3)は、上記実施形態と同様とした。
[0070] 本変形例 3に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 103の層構成は、図 7及び図 8 に示すように、上記実施形態と同様の構成である。また、製造方法も上記実施形態と 同様の方法により製造することができる。 [0071] 以下に、本変形例 3に係る半導体レーザが、従来のレーザに比して高光出力を達 成でき、かつ、低消費電力を達成できる原理について述べる。
[0072] 本変形例 3に係るアクティブ MMI型半導体レーザ 103では、図 8Aおよび図 8Bに 示す表面電極 87a、裏面電極 88aの間に所定のバイアス電圧を印加することで、電 流ブロック層に制限されたメサ構造部の中央部に位置する活性層 73aに電流を供給 することができる。閾値電流未満では、自然放出と吸収が生じる。一方、閾値電流以 上、すなわち誘導放出が吸収を上回る状態となるとレーザ発振可能な状態となる。
[0073] レーザ発振可能な状態になると、誘導放出により増幅された光は、 MMI理論 (上記 非特許文献 1参照）により、第 3の導波路領域 D16ではマルチモードとして伝播する ことになる。一方、その両端部にある第 1の導波路領域 D14、及び第 5の導波路領域 D18においては、 0次モード及び 1次モードとして伝播する。本変形例 3においては、 MMI導波路の領域長を上記数 1及び 2に従って設計している。
[0074] 1 X 1— MMI導波路 12dの領域長を上記数 1及び 2の条件に合うように設計するこ とにより、奇モードを 1 X 1— MMI導波路 12d内で励振させることができない。このた め、奇モードは、能動導波路内（半導体レーザキヤビティー内）において定在波とし て存在することができない。従って、第 1の擬似基本モード導波路 l id及び第 2の擬 似基本モード導波路 21d内で 1次モードが発生しても、 1次モードは奇モードである ために定在波として存在することができない。また、第 1の擬似基本モード導波路 11 d及び第 2の擬似基本モード導波路 21dは、 0次モード (基本モード)及び 1次モード のみを許容する導波路であることから、結局レーザ発振光は 0次モード (基本モード） のみ、出力すること〖こなる。この原理を利用することにより、擬似基本モード導波路及 びテーパー導波路をキヤビティ内に配置することができる。
[0075] また、基本モード導波路に代えて擬似基本モード導波路を採用することにより、導 波路幅を広く設定することが可能となる。その結果、素子抵抗をより小さくすることが でき、低消費電力特性が向上する。また、テーパを設けることにより、異なる導波路の 境界において過剰損失を究極的に抑制することが可能となる。その結果、さらに効果 的に高光出力化を達成できる。
[0076] ここで、第 1の擬似基本モード導波路 l ld、第 2の擬似基本モード導波路 21dに代 えて、 2 m幅の基本モード導波路をそれぞれに用いた場合、本変形例 3と同程度 の過剰損失を究極的に抑制するためのテーパー領域長を検討した。その結果、その テーパー領域長を 120 μ m又はそれ以上の長さにしなければならないことがわかつ た。この場合、 MMI領域以外の領域長が長くなつてしまうという問題が生じる。能動 導波路に占める第 2の導波路たる 1 X 1— MMI導波路 12dの領域長の割合が低下 すれば、レーザ素子全体としてみた場合の抵抗がむしろ上がってしまい、本来の目 的である低抵抗ィ匕による低消費電力、高光出力特性の向上を達成できなくなつてし まつ。
[0077] 一方、本変形例 3によれば、過剰損失を究極的に抑制するために、テーパーを設 ける領域を、 30 m程度とすることができる。従って、基本モード導波路を適用する 場合に比して、 1 X 1— MMI導波路 12dの能動導波路中の領域長の割合は、ほとん ど低下しない。従って、低消費電力特性を実現しつつ、高光出力特性を実現可能な レーザを提供することができる。
[0078] また、本変形例 3に係るアクティブ MMI型半導体レーザの層構造は、通常の半導 体レーザの層構造と同等である。このため、本変形例 3に係るアクティブ MMI型半導 体レーザ 103は、通常の半導体レーザの製造工程と同一の工程で製造することが可 能である。すなわち、すでに確立された製造方法のみによって製造することが可能な ため、再現性及び歩留まりに優れたものを提供することができる。従って、低コストィ匕 を達成できる。なお、本変形例 3では MMI領域を 1 X 1としたが、これに限定されるも のではなく 1 X N— MMI (Nは正の整数）についても適用可能である。また変形例 1と 同様に複数の MMI領域を有する構成も適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 能動導波路から構成される半導体レーザであって、
該能動導波路は、基本モードを含む複数のモードを提供する第 1の導波路と、 該第 1の導波路よりも広い幅であって、多モードを提供する第 2の導波路を備え、 該能動導波路力 発振される発振光として基本モードを提供する半導体レーザ。
[2] 上記第 1の導波路は、基本モード及び 1次モードを提供し、
上記第 2の導波路は、 1次モードを定在波として許容しな ヽことを特徴とする請求項 1に記載の半導体レーザ。
[3] 上記第 2の導波路は、 1入力かつ N出力型である I X N (Nは正の整数)マルチモー ド干渉導波路であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の半導体レーザ。
[4] 上記第 2の導波路と上記第 1の導波路との間に、該第 2の導波路に近づくにつれて 導波路幅が広くなるようなテーパー構造を有し、かつ、基本モードを少なくとも許容す る導波路が接続されていることを特徴とする請求項 1〜3のいずれかに記載の半導体 レーザ。
[5] 能動導波路力 構成される半導体光アンプであって、
該能動導波路は、基本モードを含む複数のモードを提供する第 1の導波路と、 該第 1の導波路よりも広い幅であって、多モードを提供する第 2の導波路を備え、 該能動導波路力 出射される増幅光として基本モードを提供する半導体光アンプ。
[6] 上記第 1の導波路は、基本モード及び 1次モードを提供し、
上記第 2の導波路は、 1次モードを定在波として許容しな ヽことを特徴とする請求項 5に記載の半導体光アンプ。
[7] 上記第 2の導波路は、 1入力かつ N出力型である I X N (Nは正の整数)マルチモー ド干渉導波路であることを特徴とする請求項 5又は 6に記載の半導体光アンプ。
[8] 上記第 2の導波路と上記第 1の導波路との間に、該第 2の導波路に近づくにつれて 導波路幅が広くなるようなテーパー構造を有し、かつ、基本モードを少なくとも許容す る導波路が接続されて 、ることを特徴とする請求項 5〜7の 、ずれかに記載の半導体 光アンプ。
[9] 請求項 1〜8のいずれかに記載の半導体レーザ又は Z及び半導体光アンプが搭 載された光通信装置。
PCT/JP2005/011906 2004-08-13 2005-06-29 半導体レーザ、半導体光アンプ、及び光通信装置 WO2006016453A1 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302376A (ja) * 2008-06-16 2009-12-24 Nec Corp 半導体光素子およびその製造方法
JP7453650B2 (ja) 2020-03-27 2024-03-21 株式会社デンソー 半導体発光素子

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110007617A (ko) 2008-05-06 2011-01-24 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피. 마이크로 링 레이저의 시스템 및 방법
JP5268733B2 (ja) * 2009-03-25 2013-08-21 富士通株式会社 光導波素子とその製造方法、半導体素子、レーザモジュール及び光伝送システム
US8615029B2 (en) * 2009-12-30 2013-12-24 Ipg Photonics Corporation Optical device
DE102011100175B4 (de) 2011-05-02 2021-12-23 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Laserlichtquelle mit einer Stegwellenleiterstruktur und einer Modenfilterstruktur
JP5870509B2 (ja) * 2011-05-30 2016-03-01 ソニー株式会社 光源装置、光学ピックアップ、記録装置
RU2591586C2 (ru) * 2011-08-18 2016-07-20 Ай-Пи-Джи Фоутоникс Корпорейшн ВЫСОКОМОЩНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ИСТОЧНИК НАКАЧКИ С ВЫСОКОЯРКИМ МАЛОШУМЯЩИМ ВЫХОДНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ В ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН 974-1030 нм
JP6160141B2 (ja) * 2012-03-22 2017-07-12 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ装置
CN110890690B (zh) * 2019-11-29 2021-04-06 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种半导体激光相干阵列及其制备方法
CN117117635A (zh) * 2023-08-24 2023-11-24 武汉敏芯半导体股份有限公司 一种半导体光放大器及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1168242A (ja) * 1997-08-18 1999-03-09 Nec Corp 半導体レーザー
JP2000323781A (ja) * 1999-05-13 2000-11-24 Nec Corp 半導体レーザー及び半導体光増幅器並びにそれらの製造方法
JP2002319741A (ja) * 2001-04-24 2002-10-31 Nec Corp 半導体光アンプおよび半導体レーザ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3244115B2 (ja) 1997-08-18 2002-01-07 日本電気株式会社 半導体レーザー

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1168242A (ja) * 1997-08-18 1999-03-09 Nec Corp 半導体レーザー
JP2000323781A (ja) * 1999-05-13 2000-11-24 Nec Corp 半導体レーザー及び半導体光増幅器並びにそれらの製造方法
JP2002319741A (ja) * 2001-04-24 2002-10-31 Nec Corp 半導体光アンプおよび半導体レーザ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302376A (ja) * 2008-06-16 2009-12-24 Nec Corp 半導体光素子およびその製造方法
JP7453650B2 (ja) 2020-03-27 2024-03-21 株式会社デンソー 半導体発光素子

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