JP2000277851A - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れたレーザ特性を有しながら、構成が簡単
で製作が容易であり、且つ反射戻り光耐性に優れた半導
体レーザを提供する。 【解決手段】 少なくとも回折格子により光帰還を行う
分布帰還型半導体レーザにおいて、活性層が井戸層と障
壁層から構成される量子井戸構造を有し、前記井戸層を
引張り歪量子井戸層で構成する。
で製作が容易であり、且つ反射戻り光耐性に優れた半導
体レーザを提供する。 【解決手段】 少なくとも回折格子により光帰還を行う
分布帰還型半導体レーザにおいて、活性層が井戸層と障
壁層から構成される量子井戸構造を有し、前記井戸層を
引張り歪量子井戸層で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザに関
し、特に集積光源として用いる、反射戻り光に強い分布
帰還型半導体レーザに関する。
し、特に集積光源として用いる、反射戻り光に強い分布
帰還型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは現在、大容量・長距離の
光ファイバ通信用の光源として広く用いられている。し
かしながら従来の半導体レーザでは、光コネクターなど
の光学部品からの極僅かの反射戻り光により、半導体レ
ーザ内部で雑音を生じ、伝送符号誤りが発生するという
問題が有った。半導体レーザへの反射戻り光を除去する
ために用いる光アイソレータは、材料の加工や組み立て
に多数の工数を要し、高額であるという欠点があった。
従って、光アイソレータがなくでも使える反射戻り光に
強い、すなわち反射戻り光耐性に優れた（反射戻り光の
影響を受けにくい）半導体レーザの開発が望まれてい
る。
光ファイバ通信用の光源として広く用いられている。し
かしながら従来の半導体レーザでは、光コネクターなど
の光学部品からの極僅かの反射戻り光により、半導体レ
ーザ内部で雑音を生じ、伝送符号誤りが発生するという
問題が有った。半導体レーザへの反射戻り光を除去する
ために用いる光アイソレータは、材料の加工や組み立て
に多数の工数を要し、高額であるという欠点があった。
従って、光アイソレータがなくでも使える反射戻り光に
強い、すなわち反射戻り光耐性に優れた（反射戻り光の
影響を受けにくい）半導体レーザの開発が望まれてい
る。
【０００３】反射戻り光が誘起する雑音（反射戻り光誘
起雑音）を低減するための従来のレーザ構造の一例とし
て、図８に示す様な分布帰還型半導体レーザ（以下「Ｄ
ＦＢレーザ」という。）の発明がある（特開平４−１７
３８４号公報に記載）。この発明では、従来のＤＦＢレ
ーザの活性層８３を励起領域（電流を注入する領域）と
非励起領域８９とに分け、非励起領域を端面に接する位
置に設けることで、非励起領域の回折格子を分布反射器
として活用することによって、端面に誘電体多層膜を被
覆しなくでも、反射戻り光が活性層の励起領域に入射す
ることを抑制できる。
起雑音）を低減するための従来のレーザ構造の一例とし
て、図８に示す様な分布帰還型半導体レーザ（以下「Ｄ
ＦＢレーザ」という。）の発明がある（特開平４−１７
３８４号公報に記載）。この発明では、従来のＤＦＢレ
ーザの活性層８３を励起領域（電流を注入する領域）と
非励起領域８９とに分け、非励起領域を端面に接する位
置に設けることで、非励起領域の回折格子を分布反射器
として活用することによって、端面に誘電体多層膜を被
覆しなくでも、反射戻り光が活性層の励起領域に入射す
ることを抑制できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の構造のレーザでは、レーザの出射光と反射戻
り光に対して非励起領域における反射率が同じであるた
め、十分な反射戻り光耐性を得ようとすると十分なスロ
ープ効率が得られなくなる。また、非励起領域での損失
が大きいため、低閾値レーザの実現が困難である。
うな従来の構造のレーザでは、レーザの出射光と反射戻
り光に対して非励起領域における反射率が同じであるた
め、十分な反射戻り光耐性を得ようとすると十分なスロ
ープ効率が得られなくなる。また、非励起領域での損失
が大きいため、低閾値レーザの実現が困難である。
【０００５】そこで本発明の目的は、優れたレーザ特性
を有しながら、構成が簡単で製作が容易であり、且つ反
射戻り光耐性に優れた半導体レーザを提供することにあ
る。
を有しながら、構成が簡単で製作が容易であり、且つ反
射戻り光耐性に優れた半導体レーザを提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも回
折格子により光帰還を行う分布帰還型半導体レーザにお
いて、活性層が井戸層と障壁層から構成される量子井戸
構造を有し、前記井戸層が引張り歪量子井戸層からなる
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザに関する（第
１の発明）。
折格子により光帰還を行う分布帰還型半導体レーザにお
いて、活性層が井戸層と障壁層から構成される量子井戸
構造を有し、前記井戸層が引張り歪量子井戸層からなる
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザに関する（第
１の発明）。
【０００７】また本発明は、前記回折格子が共振器長さ
方向に沿って部分的に形成され、該回折格子が形成され
た領域は一方の端面側に偏在し、他方の、回折格子が形
成されていない側の端面に高反射率コーティング膜が設
けられたことを特徴とする上記第１の発明の分布帰還型
半導体レーザに関する（第２の発明）。
方向に沿って部分的に形成され、該回折格子が形成され
た領域は一方の端面側に偏在し、他方の、回折格子が形
成されていない側の端面に高反射率コーティング膜が設
けられたことを特徴とする上記第１の発明の分布帰還型
半導体レーザに関する（第２の発明）。
【０００８】また本発明は、共振器を構成する回折格子
が共振器長さ方向に沿ってＭ個（ＭはＭ＞２の整数）の
領域に分けられ、該領域同士の間に位相シフト部が設け
られ、該位相シフト部の全位相シフト量がλ／ｍ（λは
発振波長、ｍは正の数）に相当する量であることを特徴
とする上記第１の発明の分布帰還型半導体レーザに関す
る（第３の発明）。
が共振器長さ方向に沿ってＭ個（ＭはＭ＞２の整数）の
領域に分けられ、該領域同士の間に位相シフト部が設け
られ、該位相シフト部の全位相シフト量がλ／ｍ（λは
発振波長、ｍは正の数）に相当する量であることを特徴
とする上記第１の発明の分布帰還型半導体レーザに関す
る（第３の発明）。
【０００９】また本発明は、前記位相シフト部が光射出
端面側に偏在することを特徴とする上記第３の発明の分
布帰還型半導体レーザに関する。
端面側に偏在することを特徴とする上記第３の発明の分
布帰還型半導体レーザに関する。
【００１０】また本発明は、前記回折格子は共振器中央
から両端面方向に向かって周期が徐々に変化するように
分布しており、両方向での周期の変化率は絶対値が等し
く符号が反転していることを特徴とする上記第１の発明
の分布帰還型半導体レーザに関する。
から両端面方向に向かって周期が徐々に変化するように
分布しており、両方向での周期の変化率は絶対値が等し
く符号が反転していることを特徴とする上記第１の発明
の分布帰還型半導体レーザに関する。
【００１１】また本発明は、共振器を構成する回折格子
が共振器長さ方向に沿って複数の領域に分けられ、少な
くとも１つの領域に他の領域と異なる周期の回折格子を
有し、回折格子全体における位相シフト量がλ／ｍ（λ
は発振波長、ｍは正の数）に相当する量であることを特
徴とする上記第１の発明の分布帰還型半導体レーザに関
する。
が共振器長さ方向に沿って複数の領域に分けられ、少な
くとも１つの領域に他の領域と異なる周期の回折格子を
有し、回折格子全体における位相シフト量がλ／ｍ（λ
は発振波長、ｍは正の数）に相当する量であることを特
徴とする上記第１の発明の分布帰還型半導体レーザに関
する。
【００１２】
【作用】以下に本発明の原理について説明する。
【００１３】図１に、ＤＦＢレーザにおける反射戻り光
による光出力揺らぎの発生メカニズムの概念図を示す。
反射戻り光がＤＦＢレーザの共振器に入射されると、レ
ーザ内部の電界Ｅおよびキャリヤ密度Ｎが変動し、これ
により等価屈折率ｎeqが変動する。その結果、ＤＦＢレ
ーザの発振条件、すなわち反射鏡損失αm（発振閾値に
関係する）及び離調量δβ（発振波長に関係する）が変
化し、光出力および発振波長λが変動する。ここで、δ
β＝２ｎeqπ（１／λ−１／λB）、λBはブラッグ波長
である。
による光出力揺らぎの発生メカニズムの概念図を示す。
反射戻り光がＤＦＢレーザの共振器に入射されると、レ
ーザ内部の電界Ｅおよびキャリヤ密度Ｎが変動し、これ
により等価屈折率ｎeqが変動する。その結果、ＤＦＢレ
ーザの発振条件、すなわち反射鏡損失αm（発振閾値に
関係する）及び離調量δβ（発振波長に関係する）が変
化し、光出力および発振波長λが変動する。ここで、δ
β＝２ｎeqπ（１／λ−１／λB）、λBはブラッグ波長
である。
【００１４】大信号解析により、反射戻り光量０、−２
０ｄＢ、−３０ｄＢに対するデジタル変調時のＤＦＢレ
ーザの光出力変動の計算結果を図２に示す。図２より、
反射戻り光が入射した時には、光出力の変動が起こり、
応答波形のＨｉレベルに図に示すような揺らぎ成分が重
なることが分かる。このような出力揺らぎがフィルタを
透過し、受信感度ペナルティの発生につながる。ＤＦＢ
レーザの光出力揺らぎが小さいほど反射戻り光に強い。
図１に示したメカニズムから分かるように、等価屈折率
の変動を抑えれば、ＤＦＢレーザの発振条件の変動が抑
制され、光出力揺らぎ及び発振波長揺らぎが低減でき
る。
０ｄＢ、−３０ｄＢに対するデジタル変調時のＤＦＢレ
ーザの光出力変動の計算結果を図２に示す。図２より、
反射戻り光が入射した時には、光出力の変動が起こり、
応答波形のＨｉレベルに図に示すような揺らぎ成分が重
なることが分かる。このような出力揺らぎがフィルタを
透過し、受信感度ペナルティの発生につながる。ＤＦＢ
レーザの光出力揺らぎが小さいほど反射戻り光に強い。
図１に示したメカニズムから分かるように、等価屈折率
の変動を抑えれば、ＤＦＢレーザの発振条件の変動が抑
制され、光出力揺らぎ及び発振波長揺らぎが低減でき
る。
【００１５】一方、引張り歪多重量子井戸（引張り歪Ｍ
ＱＷ）における引張り歪の効果でライトホールバンドが
上に上がり、価電子帯の第一準位になる。その結果、高
い微分利得ｇ、そして低い線幅増大係数αが得られる。
ＱＷ）における引張り歪の効果でライトホールバンドが
上に上がり、価電子帯の第一準位になる。その結果、高
い微分利得ｇ、そして低い線幅増大係数αが得られる。
【００１６】図３（ｂ）は、引張り歪単一量子井戸（TM
(x=0.32)）、圧縮歪単一量子井戸（TE(x=0.70)）および
無歪単一量子井戸（TE(x=0.53)）の利得スペクトルを示
す。図に示すように、注入キャリヤ密度Ｎの増大に連れ
て、引張り歪量子井戸の利得ピークが大きく増加する。
すなわち、圧縮歪量子井戸および無歪量子井戸と比べ
て、引張り歪量子井戸の微分利得ｄｇ／ｄＮが大きい。
(x=0.32)）、圧縮歪単一量子井戸（TE(x=0.70)）および
無歪単一量子井戸（TE(x=0.53)）の利得スペクトルを示
す。図に示すように、注入キャリヤ密度Ｎの増大に連れ
て、引張り歪量子井戸の利得ピークが大きく増加する。
すなわち、圧縮歪量子井戸および無歪量子井戸と比べ
て、引張り歪量子井戸の微分利得ｄｇ／ｄＮが大きい。
【００１７】図３（ａ）は引張り歪単一量子井戸、圧縮
歪単一量子井戸および無歪単一量子井戸の線幅増大係数
の計算結果（フリーキャリヤプラズマ効果を考慮してい
ない）である。線幅増大係数αはα＝（ｄｎ／ｄＮ）／
（ｄｇ／ｄＮ）であるため、大きい微分利得を有する引
張り歪量子井戸は線幅増大係数が小さく、利得ピーク波
長での線幅増大係数値は圧縮歪量子井戸の２／３以下に
なることが分った。
歪単一量子井戸および無歪単一量子井戸の線幅増大係数
の計算結果（フリーキャリヤプラズマ効果を考慮してい
ない）である。線幅増大係数αはα＝（ｄｎ／ｄＮ）／
（ｄｇ／ｄＮ）であるため、大きい微分利得を有する引
張り歪量子井戸は線幅増大係数が小さく、利得ピーク波
長での線幅増大係数値は圧縮歪量子井戸の２／３以下に
なることが分った。
【００１８】表１に、線幅増大係数αへのフリーキャリ
ヤプラズマ効果の影響を示す。ここで表中のＬwは量子
井戸の厚さである。圧縮歪量子井戸および無歪量子井戸
の発振モードはＴＥモードであるため、フリーキャリヤ
プラズマ効果により線幅増大係数αが大きく増加するこ
とが分った。引張り歪量子井戸の場合は、第一価電子準
位はライトホールバンドであり、ＴＭモードで発振する
ことができる。ＴＭモードの電界偏波振動が量子井戸の
垂直方向になるので、この方向にフリーキャリヤの運動
が抑制され、プラズマ効果により線幅増大係数の劣化が
ないと考えられる。したがって、引張り歪量子井戸では
更に低い線幅増大係数が得られ、圧縮歪量子井戸の１／
３程度になることが分った。
ヤプラズマ効果の影響を示す。ここで表中のＬwは量子
井戸の厚さである。圧縮歪量子井戸および無歪量子井戸
の発振モードはＴＥモードであるため、フリーキャリヤ
プラズマ効果により線幅増大係数αが大きく増加するこ
とが分った。引張り歪量子井戸の場合は、第一価電子準
位はライトホールバンドであり、ＴＭモードで発振する
ことができる。ＴＭモードの電界偏波振動が量子井戸の
垂直方向になるので、この方向にフリーキャリヤの運動
が抑制され、プラズマ効果により線幅増大係数の劣化が
ないと考えられる。したがって、引張り歪量子井戸では
更に低い線幅増大係数が得られ、圧縮歪量子井戸の１／
３程度になることが分った。
【００１９】
【表１】 線幅増大係数αの小さいレーザでは、キャリヤ変動によ
り屈折率の変動が小さい。これによりレーザの発振条件
の変動が抑制され、光出力揺らぎ及び発振波長揺らぎが
低減できる。したがって、本発明の構造では、活性層に
線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を用いることに
よって、ＤＦＢレーザの反射戻り光耐性が向上する。
り屈折率の変動が小さい。これによりレーザの発振条件
の変動が抑制され、光出力揺らぎ及び発振波長揺らぎが
低減できる。したがって、本発明の構造では、活性層に
線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を用いることに
よって、ＤＦＢレーザの反射戻り光耐性が向上する。
【００２０】一方、直接変調時には、ＤＦＢレーザに変
調信号をかけて、共振器内部のキャリヤ密度を強制的に
変動させるが、これによって屈折率が変化するため、発
振波長揺らぎが発生する。本発明の構造では、活性層に
線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を用いているた
め、直接変調時における屈折率の変動が抑制され、発振
波長揺らぎが低減でき、低チャーピングのＤＦＢレーザ
の実現が可能である。
調信号をかけて、共振器内部のキャリヤ密度を強制的に
変動させるが、これによって屈折率が変化するため、発
振波長揺らぎが発生する。本発明の構造では、活性層に
線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を用いているた
め、直接変調時における屈折率の変動が抑制され、発振
波長揺らぎが低減でき、低チャーピングのＤＦＢレーザ
の実現が可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について説明する。
について説明する。
【００２２】なお、参照する図面は、本発明が理解でき
る程度に各構成要素の大きさ、形状及び配置関係を概略
的に示してある。
る程度に各構成要素の大きさ、形状及び配置関係を概略
的に示してある。
【００２３】第１の実施の形態 図４に本発明の半導体レーザの第１の実施形態の概略構
成図を示す。
成図を示す。
【００２４】本実施形態の半導体レーザは、共振器長２
５０μｍであり、周知の電子ビーム露光法およびリソグ
ラフィーによりＩｎＰ半導体基板１上に回折格子２が形
成されている。この回折格子２上には、周知のエピタキ
シャル成長により、IｎＧａＡｓＰ光ガイド層（層厚０.
１μｍ）３、三層引張り歪多重量子井戸活性層４（井
戸：３×１２ｎｍ、障壁層：２×１５ｎｍ）、IｎＧａ
ＡｓＰクラッド層５（層厚３μｍ）、IｎＰキャップ層
６（層厚０.２μｍ）が形成されている。
５０μｍであり、周知の電子ビーム露光法およびリソグ
ラフィーによりＩｎＰ半導体基板１上に回折格子２が形
成されている。この回折格子２上には、周知のエピタキ
シャル成長により、IｎＧａＡｓＰ光ガイド層（層厚０.
１μｍ）３、三層引張り歪多重量子井戸活性層４（井
戸：３×１２ｎｍ、障壁層：２×１５ｎｍ）、IｎＧａ
ＡｓＰクラッド層５（層厚３μｍ）、IｎＰキャップ層
６（層厚０.２μｍ）が形成されている。
【００２５】また、ＩｎＰキャップ層６側とＩｎＰ半導
体基板１側にはそれぞれ、周知の電極形成法によって電
極７、８が形成されている。さらに、半導体レーザの前
端面には無反射コーティング膜（ＡＲ）９、後端面には
高反射コーティング膜（ＨＲ）１０が施されている。
体基板１側にはそれぞれ、周知の電極形成法によって電
極７、８が形成されている。さらに、半導体レーザの前
端面には無反射コーティング膜（ＡＲ）９、後端面には
高反射コーティング膜（ＨＲ）１０が施されている。
【００２６】量子井戸の引張り歪量は、井戸層の線幅増
大係数を３以下にするために、−０．５％以上に設けら
れている。
大係数を３以下にするために、−０．５％以上に設けら
れている。
【００２７】また、前記の回折格子２を形成する際のエ
ッチングの深さは、分布帰還結合係数κが約７０／ｃｍ
となるように０.０３μｍとした。回折格子の周期はΛ=
２０２.７ｎｍである。
ッチングの深さは、分布帰還結合係数κが約７０／ｃｍ
となるように０.０３μｍとした。回折格子の周期はΛ=
２０２.７ｎｍである。
【００２８】本発明において、量子井戸構造を構成する
井戸層は、利得ピーク波長での線幅増大係数αが３以下
である引張り歪み量子井戸層であることが好ましく、こ
の線幅増大係数αは０〜３であることがより好ましい。
井戸層は、利得ピーク波長での線幅増大係数αが３以下
である引張り歪み量子井戸層であることが好ましく、こ
の線幅増大係数αは０〜３であることがより好ましい。
【００２９】このように、本実施形態のＤＦＢレーザの
活性層には、線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を
用いているため、反射戻り光に起因した光出力揺らぎを
抑制することができる。すなわち、反射戻り光耐性を向
上させることができる。また、直接変調に起因する発振
波長揺らぎも抑制でき、低チャーピングのＤＦＢレーザ
を実現できる。
活性層には、線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を
用いているため、反射戻り光に起因した光出力揺らぎを
抑制することができる。すなわち、反射戻り光耐性を向
上させることができる。また、直接変調に起因する発振
波長揺らぎも抑制でき、低チャーピングのＤＦＢレーザ
を実現できる。
【００３０】第２の実施の形態 図５（ａ）に本発明の半導体レーザの第２の実施形態の
概略構成図を示す。
概略構成図を示す。
【００３１】本実施形態の半導体レーザは、ＩｎＰ半導
体基板１上に図５（ｂ）に示す位相シフト部１２を有す
る回折格子２が形成されていること、半導体レーザの両
端面には、無反射コーティング膜が施されていること以
外は、第１の実施形態と同様な構成を有する。
体基板１上に図５（ｂ）に示す位相シフト部１２を有す
る回折格子２が形成されていること、半導体レーザの両
端面には、無反射コーティング膜が施されていること以
外は、第１の実施形態と同様な構成を有する。
【００３２】回折格子は２つの領域に分けられ、これら
の領域間に位相シフト部１１が設けられている。この位
相シフト部１１は、回折格子の周期をΛとするとΛ／４
の位相シフト量とし、このΛ／４はλ／８に相当する量
とした。本発明においては、この位相シフト量はλ／５
〜λ／８に相当する量であることが好ましい。
の領域間に位相シフト部１１が設けられている。この位
相シフト部１１は、回折格子の周期をΛとするとΛ／４
の位相シフト量とし、このΛ／４はλ／８に相当する量
とした。本発明においては、この位相シフト量はλ／５
〜λ／８に相当する量であることが好ましい。
【００３３】このように、本実施形態のＤＦＢレーザの
活性層には、線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を
用いていることに加えて、λ／８に相当する位相シフト
量を有する位相シフト部１１を設けてあるので、反射戻
り光に起因した光出力揺らぎを更に抑制することができ
る。すなわち、反射戻り光耐性を向上させることができ
る。また、直接変調に起因する発振波長揺らぎも抑制で
き、低チャーピングのＤＦＢレーザを実現できる。
活性層には、線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を
用いていることに加えて、λ／８に相当する位相シフト
量を有する位相シフト部１１を設けてあるので、反射戻
り光に起因した光出力揺らぎを更に抑制することができ
る。すなわち、反射戻り光耐性を向上させることができ
る。また、直接変調に起因する発振波長揺らぎも抑制で
き、低チャーピングのＤＦＢレーザを実現できる。
【００３４】第３の実施の形態 図６に本発明の半導体レーザの第３の実施形態の概略構
成図を示す。
成図を示す。
【００３５】本実施形態の半導体レーザは、回折格子２
が共振器の長さ方向に沿って部分的に形成され、この回
折格子形成領域が共振器の前端面側に偏在すること、前
端面に無反射コーティング膜が形成され、後端面に高反
射率コーティング膜が形成されていること以外は、第１
の実施形態と同様である。
が共振器の長さ方向に沿って部分的に形成され、この回
折格子形成領域が共振器の前端面側に偏在すること、前
端面に無反射コーティング膜が形成され、後端面に高反
射率コーティング膜が形成されていること以外は、第１
の実施形態と同様である。
【００３６】このように、本実施形態のＤＦＢレーザの
活性層には、線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を
用いていることに加えて、部分的に回折格子を設けてい
るので、反射戻り光や直接変調に起因する光出力揺らぎ
及び発振波長揺らぎを抑制することができる。また、端
面位相により反射戻り光耐性を向上でき、チャーピング
特性のばらつきも抑制することができる。
活性層には、線幅増大係数の小さい引張り歪量子井戸を
用いていることに加えて、部分的に回折格子を設けてい
るので、反射戻り光や直接変調に起因する光出力揺らぎ
及び発振波長揺らぎを抑制することができる。また、端
面位相により反射戻り光耐性を向上でき、チャーピング
特性のばらつきも抑制することができる。
【００３７】第４の実施の形態 図７（ａ）に第４の実施の形態の半導体レーザの回折格
子の構造を示す。
子の構造を示す。
【００３８】第４の実施の形態の半導体レーザは、回折
格子の構造が異なる以外は、第１の実施形態と同様な構
造を有する。
格子の構造が異なる以外は、第１の実施形態と同様な構
造を有する。
【００３９】第４の実施形態の回折格子構造は、図７
（ａ)に示すように、位相シフト部１１が共振器の中央
から外れ、前端面から共振器長の１／４の位置にある。
本実施形態では、位相シフト量がλ／８に相当する量と
したが、本発明においてはλ／５〜λ／８に相当する量
であることが好ましい。位相シフトＤＦＢレーザの内部
電界は、位相シフト部の付近に大きく分布する。本実施
形態の構造により、位相シフト領域が前端面（光射出
面）の付近にあるため、前端面付近の電界強度が大きく
なり、反射戻り光耐性が向上し、またチャーピングが低
くなると同時に、レーザの出力効率が改善できる。
（ａ)に示すように、位相シフト部１１が共振器の中央
から外れ、前端面から共振器長の１／４の位置にある。
本実施形態では、位相シフト量がλ／８に相当する量と
したが、本発明においてはλ／５〜λ／８に相当する量
であることが好ましい。位相シフトＤＦＢレーザの内部
電界は、位相シフト部の付近に大きく分布する。本実施
形態の構造により、位相シフト領域が前端面（光射出
面）の付近にあるため、前端面付近の電界強度が大きく
なり、反射戻り光耐性が向上し、またチャーピングが低
くなると同時に、レーザの出力効率が改善できる。
【００４０】第５〜第７の実施の形態 図７（ｂ）〜（ｄ）に第５〜第７の実施の形態の半導体
レーザの回折格子の構造を示す。
レーザの回折格子の構造を示す。
【００４１】第５〜第７の実施の形態の半導体レーザ
は、回折格子の構造が異なる以外は、第１の実施形態と
同様な構造を有する。
は、回折格子の構造が異なる以外は、第１の実施形態と
同様な構造を有する。
【００４２】第５の実施の形態の回折格子構造は、図７
（ｂ）に示すように、回折格子が複数の領域に分けら
れ、各領域同士の間に位相シフト部が設けられ、これら
位相シフト部の位相シフト量の合計、すなわち全位相シ
フト量はλ／８に相当する量である。本発明において
は、この全体の位相シフト量は、λ／５〜λ／８に相当
する量であることが好ましい。全位相シフト量がこの範
囲内にあると、より反射戻り光耐性に優れるレーザが得
られる。
（ｂ）に示すように、回折格子が複数の領域に分けら
れ、各領域同士の間に位相シフト部が設けられ、これら
位相シフト部の位相シフト量の合計、すなわち全位相シ
フト量はλ／８に相当する量である。本発明において
は、この全体の位相シフト量は、λ／５〜λ／８に相当
する量であることが好ましい。全位相シフト量がこの範
囲内にあると、より反射戻り光耐性に優れるレーザが得
られる。
【００４３】第６の実施の形態の回折格子は、図７
（ｃ）に示すように、共振器の中央から一方（右方向）
に向かって周期が徐々に増大し、他方（左方向）に向か
って周期が徐々に減少し、両方向の周期の変化率が絶対
値が等しく符号が反転するように分布した構造を有す
る。本実施の形態では、回折格子の共振器全体での平均
周期に対して、λ／８に相当する位相シフト量を有す
る。本発明においてこの位相シフト量はλ／５〜λ／８
に相当する量であることが好ましい。全体での位相シフ
ト量がこの範囲内にあると、より反射戻り光耐性に優れ
るレーザが得られる。
（ｃ）に示すように、共振器の中央から一方（右方向）
に向かって周期が徐々に増大し、他方（左方向）に向か
って周期が徐々に減少し、両方向の周期の変化率が絶対
値が等しく符号が反転するように分布した構造を有す
る。本実施の形態では、回折格子の共振器全体での平均
周期に対して、λ／８に相当する位相シフト量を有す
る。本発明においてこの位相シフト量はλ／５〜λ／８
に相当する量であることが好ましい。全体での位相シフ
ト量がこの範囲内にあると、より反射戻り光耐性に優れ
るレーザが得られる。
【００４４】第７の実施形態の回折格子構造は、図７
（ｄ）に示すように、共振器が共振器長さ方向に複数の
領域に分けられ、少なくとも１つの領域に他と異なる周
期の回折格子を有する。本実施の形態では、３つの領域
に分けられ、第１の領域と第３の領域の回折格子は同じ
周期Λ1を有し、第２の領域は異なる周期Λ2を有する。
第２の領域の回折格子の周期によって、回折格子全体に
おける位相シフト量はλ／８に相当する量となる。本発
明において回折格子全体における位相シフト量はλ／５
〜λ／８に相当する量であることが好ましい。全体の位
相シフト量がこの範囲内にあると、より反射戻り光耐性
に優れるレーザが得られる。
（ｄ）に示すように、共振器が共振器長さ方向に複数の
領域に分けられ、少なくとも１つの領域に他と異なる周
期の回折格子を有する。本実施の形態では、３つの領域
に分けられ、第１の領域と第３の領域の回折格子は同じ
周期Λ1を有し、第２の領域は異なる周期Λ2を有する。
第２の領域の回折格子の周期によって、回折格子全体に
おける位相シフト量はλ／８に相当する量となる。本発
明において回折格子全体における位相シフト量はλ／５
〜λ／８に相当する量であることが好ましい。全体の位
相シフト量がこの範囲内にあると、より反射戻り光耐性
に優れるレーザが得られる。
【００４５】従来の位相シフトＤＦＢレーザは電界分布
が不均一であり、中央部分（あるいは位相シフト領域）
の電界が高く、空間的ホール・バーニングが起こりやす
い。これに対して第５〜第７の実施形態の構造では、レ
ーザ共振器内部の電界分布の均一性が改善される。ま
た、全体の位相シフト量をλ／ｍに相当する量にするた
め、反射戻り光や直接変調に起因する光出力揺らぎ及び
発振波長揺らぎが更に抑制され、反射戻り光に強く、低
チャーピングのＤＦＢレーザが得られる。
が不均一であり、中央部分（あるいは位相シフト領域）
の電界が高く、空間的ホール・バーニングが起こりやす
い。これに対して第５〜第７の実施形態の構造では、レ
ーザ共振器内部の電界分布の均一性が改善される。ま
た、全体の位相シフト量をλ／ｍに相当する量にするた
め、反射戻り光や直接変調に起因する光出力揺らぎ及び
発振波長揺らぎが更に抑制され、反射戻り光に強く、低
チャーピングのＤＦＢレーザが得られる。
【００４６】
【発明の効果】本発明の引張り歪量子井戸活性層を有す
る分布帰還型半導体レーザは、活性層の線幅増大係数が
小さいため、外部からの反射戻り光や直接変調に起因す
る半導体レーザ共振器内部の屈折率の変動が抑制され、
光出力揺らぎ及び発振波長揺らぎを抑制できる。その結
果、反射戻り光耐性に優れ且つ低チャーピングの半導体
レーザを実現することが可能となる。さらに本発明の半
導体レーザは、本来のレーザ特性を損なうことなく上記
効果を奏し、しかも簡単な構造を有するため、その製造
も容易である。
る分布帰還型半導体レーザは、活性層の線幅増大係数が
小さいため、外部からの反射戻り光や直接変調に起因す
る半導体レーザ共振器内部の屈折率の変動が抑制され、
光出力揺らぎ及び発振波長揺らぎを抑制できる。その結
果、反射戻り光耐性に優れ且つ低チャーピングの半導体
レーザを実現することが可能となる。さらに本発明の半
導体レーザは、本来のレーザ特性を損なうことなく上記
効果を奏し、しかも簡単な構造を有するため、その製造
も容易である。
【図１】半導体レーザにおける反射戻り光による光出力
揺らぎの発生メカニズムを説明するための概念図であ
る。
揺らぎの発生メカニズムを説明するための概念図であ
る。
【図２】本発明の半導体レーザの原理の説明するため
の、時間に対する光出力変動の計算結果を示すグラフで
ある。
の、時間に対する光出力変動の計算結果を示すグラフで
ある。
【図３】本発明の半導体レーザの原理の説明図である。
図３（ａ）は線幅増大係数の計算結果を示し、図３
（ｂ）は利得スペクトルを示すグラフである。
図３（ａ）は線幅増大係数の計算結果を示し、図３
（ｂ）は利得スペクトルを示すグラフである。
【図４】本発明の半導体レーザの構造を説明するために
概略構成図である。
概略構成図である。
【図５】本発明の半導体レーザの構造を説明するために
概略構成図である。
概略構成図である。
【図６】本発明の半導体レーザの構造を説明するために
概略構成図である。
概略構成図である。
【図７】本発明の半導体レーザの回折格子の概略構造図
である。
である。
【図８】従来の半導体レーザの概略構成断面図である。
１ 基板 ２ 回折格子 ３ 光ガイド層 ４ 活性層 ５ クラッド層 ６ キャップ層 ７、８ 電極 ９ 無反射コーティング膜（ＡＲ） １０ 高反射コーティング膜（ＨＲ） １１ 位相シフト部 ８０ 回折格子 ８１ 基板 ８２、８５ クラッド層 ８３ 活性層 ８４ ガイド層 ８６ キャップ層 ８７、８８ 電極 ８９ 電極を形成しない領域（非励起領域）
Claims (9)
- 【請求項１】 少なくとも回折格子により光帰還を行う
分布帰還型半導体レーザにおいて、活性層が井戸層と障
壁層から構成される量子井戸構造を有し、前記井戸層が
引張り歪量子井戸層からなることを特徴とする分布帰還
型半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記井戸層は、利得ピーク波長での線幅
増大係数αが３以下である請求項１記載の分布帰還型半
導体レーザ。 - 【請求項３】 前記回折格子が共振器長さ方向に沿って
部分的に形成され、該回折格子が形成された領域は一方
の端面側に偏在し、他方の、回折格子が形成されていな
い側の端面に高反射率コーティング膜が設けられたこと
を特徴とする請求項１又は２記載の分布帰還型半導体レ
ーザ。 - 【請求項４】 共振器を構成する回折格子が共振器長さ
方向に沿ってＭ個（ＭはＭ＞２の整数）の領域に分けら
れ、該領域同士の間に位相シフト部が設けられ、該位相
シフト部の全位相シフト量がλ／ｍ（λは発振波長、ｍ
は正の数）に相当する量であることを特徴とする請求項
１又は２記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記位相シフト部が光射出端面側に偏在
することを特徴とする請求項４記載の分布帰還型半導体
レーザ。 - 【請求項６】 前記の全位相シフト量がλ／５〜λ／８
に相当する量である請求項４又は５記載の分布帰還型半
導体レーザ。 - 【請求項７】 前記回折格子は共振器中央から両端面方
向に向かって周期が徐々に変化するように分布してお
り、両方向での周期の変化率は絶対値が等しく符号が反
転していることを特徴とする請求項１又は２記載の分布
帰還型半導体レーザ。 - 【請求項８】 共振器を構成する回折格子が共振器長さ
方向に沿って複数の領域に分けられ、少なくとも１つの
領域に他の領域と異なる周期の回折格子を有し、回折格
子全体における位相シフト量がλ／ｍ（λは発振波長、
ｍは正の数）に相当する量であることを特徴とする請求
項１又は２記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項９】 前記の回折格子全体における位相シフト
量がλ／５〜λ／８に相当する量である請求項７又は８
記載の分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11079978A JP2000277851A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 分布帰還型半導体レーザ |
| EP00302095A EP1039598A3 (en) | 1999-03-24 | 2000-03-15 | Distributed feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11079978A JP2000277851A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277851A true JP2000277851A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13705426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11079978A Pending JP2000277851A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1039598A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000277851A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6825505B2 (en) | 2002-01-07 | 2004-11-30 | Nec Corporation | Phase-shifted distributed feedback type semiconductor laser diode capable of improving wavelength chirping and external reflection return light characteristics |
| JP2007288167A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-11-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよび半導体レーザモジュール |
| JP2009038193A (ja) * | 2007-08-01 | 2009-02-19 | Fujitsu Ltd | 量子ドット半導体レーザ |
| JP2010278395A (ja) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 直接変調型半導体レーザ |
| JP2014150145A (ja) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Japan Oclaro Inc | 半導体レーザ素子、及び光半導体装置 |
| JP2017152724A (ja) * | 2017-04-24 | 2017-08-31 | 日本オクラロ株式会社 | 半導体レーザ素子、及び光半導体装置 |
| JP2017216353A (ja) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | 日本電信電話株式会社 | 分布帰還型レーザ |
| JP2019160842A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 富士通株式会社 | 半導体レーザ及び光通信装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62219684A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Fujitsu Ltd | 分布帰還型半導体レ−ザ |
| JPH05145184A (ja) * | 1991-11-20 | 1993-06-11 | Toshiba Corp | 波長可変分布帰還型半導体レーザおよびその駆動方法 |
| US5784399A (en) * | 1996-12-19 | 1998-07-21 | Xerox Corporation | Polarization mode selection by distributed Bragg reflector in a quantum well laser |
| JP3180725B2 (ja) * | 1997-08-05 | 2001-06-25 | 日本電気株式会社 | 分布帰還型半導体レーザ |
-
1999
- 1999-03-24 JP JP11079978A patent/JP2000277851A/ja active Pending
-
2000
- 2000-03-15 EP EP00302095A patent/EP1039598A3/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6825505B2 (en) | 2002-01-07 | 2004-11-30 | Nec Corporation | Phase-shifted distributed feedback type semiconductor laser diode capable of improving wavelength chirping and external reflection return light characteristics |
| JP2007288167A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-11-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよび半導体レーザモジュール |
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| JP2017216353A (ja) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | 日本電信電話株式会社 | 分布帰還型レーザ |
| JP2017152724A (ja) * | 2017-04-24 | 2017-08-31 | 日本オクラロ株式会社 | 半導体レーザ素子、及び光半導体装置 |
| JP2019160842A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 富士通株式会社 | 半導体レーザ及び光通信装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1039598A2 (en) | 2000-09-27 |
| EP1039598A3 (en) | 2004-01-21 |
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