JP2891756B2 - 波長可変半導体レーザ - Google Patents
波長可変半導体レーザInfo
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- JP2891756B2 JP2891756B2 JP2204157A JP20415790A JP2891756B2 JP 2891756 B2 JP2891756 B2 JP 2891756B2 JP 2204157 A JP2204157 A JP 2204157A JP 20415790 A JP20415790 A JP 20415790A JP 2891756 B2 JP2891756 B2 JP 2891756B2
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- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体超格子構造が印加電圧を制御するこ
とでその屈折率を変えることを利用した半導体装置、特
に波長可変半導体レーザに関するものである。
とでその屈折率を変えることを利用した半導体装置、特
に波長可変半導体レーザに関するものである。
［従来の技術］ 従来、波長可変半導体レーザとしては、活性導波路及
び回折格子が形成された外部導波路を有する分布反射型
半導体レーザにおいて、その外部導波路に電流注入して
キャリア密度を変化させ、これにより外部導波路の屈折
率を変化させる（プラズマ効果）ことで回折格子のブラ
ッグ反射波長を変化させ、発振波長を可変としたものが
知られている（Electronics Letters,23,403（1987）
参照）。
び回折格子が形成された外部導波路を有する分布反射型
半導体レーザにおいて、その外部導波路に電流注入して
キャリア密度を変化させ、これにより外部導波路の屈折
率を変化させる（プラズマ効果）ことで回折格子のブラ
ッグ反射波長を変化させ、発振波長を可変としたものが
知られている（Electronics Letters,23,403（1987）
参照）。
また、回折格子と量子井戸構造を有する外部導波路に
電界を印加すると量子準位エネルギー近傍の光の吸収が
大きくなる（量子閉じ込めシュタルク効果、QCSE）こと
により屈折率が変化し、回折格子のブラッグ反射波長が
変化して発振波長を変化させるものも知られている（特
開昭64−35978参照）。
電界を印加すると量子準位エネルギー近傍の光の吸収が
大きくなる（量子閉じ込めシュタルク効果、QCSE）こと
により屈折率が変化し、回折格子のブラッグ反射波長が
変化して発振波長を変化させるものも知られている（特
開昭64−35978参照）。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例では、電流注入または電界
印加によってレーザの発振波長を変化させると、それに
伴って回折格子を有する外部導波路の吸収損失が大きく
なる為、ブラッグ反射特性が変化してしまい、その結
果、レーザ特性の変化、特に発振スペクトル線幅の増大
が生じてしまうという欠点があった。
印加によってレーザの発振波長を変化させると、それに
伴って回折格子を有する外部導波路の吸収損失が大きく
なる為、ブラッグ反射特性が変化してしまい、その結
果、レーザ特性の変化、特に発振スペクトル線幅の増大
が生じてしまうという欠点があった。
従って、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、超格子
構造を用いつつもQCSEなどを利用しないで屈折率を吸収
損失の増大を伴わないで大きく変化させることが可能な
構成を有する波長可変半導体レーザを提供することにあ
る。
構造を用いつつもQCSEなどを利用しないで屈折率を吸収
損失の増大を伴わないで大きく変化させることが可能な
構成を有する波長可変半導体レーザを提供することにあ
る。
［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成する本発明の分布反射型波長可変半導
体レーザにおいては、外部導波路層の回折格子を形成し
ている領域から光波長以内の距離に２層以上の量子井戸
とその間の障壁層を含む半導体光導波路が設けられ、量
子井戸がｐ型およびｎ型の一方の導電型に形成され、障
壁層が高抵抗層で形成され、また、該障壁層は光導波路
に印加する電圧の制御によって該量子井戸間の結合状態
を変化可能な様な厚さ、形状に形成されており、光導波
路に電圧を印加するための手段が設けられている。
体レーザにおいては、外部導波路層の回折格子を形成し
ている領域から光波長以内の距離に２層以上の量子井戸
とその間の障壁層を含む半導体光導波路が設けられ、量
子井戸がｐ型およびｎ型の一方の導電型に形成され、障
壁層が高抵抗層で形成され、また、該障壁層は光導波路
に印加する電圧の制御によって該量子井戸間の結合状態
を変化可能な様な厚さ、形状に形成されており、光導波
路に電圧を印加するための手段が設けられている。
より具体的には、量子井戸がAlxGa1-xAs、障壁層がAl
yGa1-yAs（０≦ｘ＜ｙ≦１）で形成され、障壁層の厚さ
が3nm以上、15nm以下である様に形成されたりする。
yGa1-yAs（０≦ｘ＜ｙ≦１）で形成され、障壁層の厚さ
が3nm以上、15nm以下である様に形成されたりする。
本発明の動作原理は次の如きものである。超格子構造
において、障壁層が薄く量子井戸が結合状態にある場
合、この超格子構造の屈折率（n1とする）は、障壁層と
量子井戸層を混ぜ合せた混晶（超格子構造に含まれる各
成分をこれと同量の割合で含む様な混晶）の屈折率（nA
とする）にほぼ等しいが（n1≒nA）、障壁層が比較的厚
く、量子井戸層が結合状態にない場合の超格子構造の屈
折率（n2とする）は広い波長範囲においてnAより0.1程
度大きくなること（nA＋0.1≦n2）が知られている（Jou
rnal of Electronic Materials,vol.12,p397（198
3）参照）。
において、障壁層が薄く量子井戸が結合状態にある場
合、この超格子構造の屈折率（n1とする）は、障壁層と
量子井戸層を混ぜ合せた混晶（超格子構造に含まれる各
成分をこれと同量の割合で含む様な混晶）の屈折率（nA
とする）にほぼ等しいが（n1≒nA）、障壁層が比較的厚
く、量子井戸層が結合状態にない場合の超格子構造の屈
折率（n2とする）は広い波長範囲においてnAより0.1程
度大きくなること（nA＋0.1≦n2）が知られている（Jou
rnal of Electronic Materials,vol.12,p397（198
3）参照）。
従って、超格子構造の比較的厚い障壁層に電界を印加
してここのポテンシャル分布を変化させ、実効的に障壁
層の高さ、形成を変化させることにより、量子井戸間の
結合状態が変化することになり、その結果、超格子構造
の屈折率が大きく変化する（量子井戸間が結合状態にあ
るときは比較的屈折率が小さく、結合状態にないときは
比較的屈折率が大きくなる）。この際、QCSEの様に吸収
端の変動を利用しないので吸収損失の増大は生じない。
してここのポテンシャル分布を変化させ、実効的に障壁
層の高さ、形成を変化させることにより、量子井戸間の
結合状態が変化することになり、その結果、超格子構造
の屈折率が大きく変化する（量子井戸間が結合状態にあ
るときは比較的屈折率が小さく、結合状態にないときは
比較的屈折率が大きくなる）。この際、QCSEの様に吸収
端の変動を利用しないので吸収損失の増大は生じない。
本発明は、この超格子構造への電圧印加による吸収損
失の増大を伴わない大きな屈折率変化を利用して、波長
可変半導体レーザを実現したものである。
失の増大を伴わない大きな屈折率変化を利用して、波長
可変半導体レーザを実現したものである。
超格子構造の井戸、障壁層をどの様な材料、厚さ、形
状で構成するか、回折格子と超格子構造の光導波路層の
位置関係をどの様に設定するか等は、活性領域の構造、
発振される光の波長、デバイスの全体構造等を考慮して
適当に決定すればよい。
状で構成するか、回折格子と超格子構造の光導波路層の
位置関係をどの様に設定するか等は、活性領域の構造、
発振される光の波長、デバイスの全体構造等を考慮して
適当に決定すればよい。
［実施例］ 第１図は本発明による波長可変半導体レーザの実施例
の側断面図である。
の側断面図である。
同図において、ｎ−GaAs基板１上に、ｎ−AlGaAsクラ
ッド層２、厚さ5nmのｎ−GaAs井戸層31を10層、厚さ6nm
の高抵抗AlGaAs層32を11層交互に積層した超格子導波路
層３、GaAs活性層４、及び活性層４の保護層（不図示）
を、順次、MBE法などの適当な方法で成長した。この
後、位相制御領域21の活性層を除去し、また外部導波路
部の表面に周期約260nmの２次の回折格子５を形成し
た。
ッド層２、厚さ5nmのｎ−GaAs井戸層31を10層、厚さ6nm
の高抵抗AlGaAs層32を11層交互に積層した超格子導波路
層３、GaAs活性層４、及び活性層４の保護層（不図示）
を、順次、MBE法などの適当な方法で成長した。この
後、位相制御領域21の活性層を除去し、また外部導波路
部の表面に周期約260nmの２次の回折格子５を形成し
た。
次に、ｐ−AlGaAsクラッド層６、ｐ−GaAsキャップ層
７を成長した後、電極８、10、11、12及び電極分離溝９
を形成した。
７を成長した後、電極８、10、11、12及び電極分離溝９
を形成した。
こうして、第１図に示す様な活性領域20、位相制御領
域21、DBR（分布反射型）領域22から成る分布反射型波
長可変半導体レーザが作製される。
域21、DBR（分布反射型）領域22から成る分布反射型波
長可変半導体レーザが作製される。
このレーザは、電極８を介して閾値以上の電流を注入
し電極10、11に電圧をかけない無バイアス時には、回折
格子５のブラッグ波長で決まる875nmの発振波長を示し
た。ここにおいて、超格子導波路層３の吸収端は約820n
mであり、この発振波長に対して十分低損失となってい
る。
し電極10、11に電圧をかけない無バイアス時には、回折
格子５のブラッグ波長で決まる875nmの発振波長を示し
た。ここにおいて、超格子導波路層３の吸収端は約820n
mであり、この発振波長に対して十分低損失となってい
る。
次に、DBR領域22の電極11に−5Vの負バイアスを加え
ると、発振波長は約10nm短くなった。
ると、発振波長は約10nm短くなった。
以上のことは次の様に説明される。無バイアス時は、
超格子導波路層３の障壁層（高抵抗AlGaAs層）32に印加
される電界が自己バイアス（ｎ−クラッド層２とｐ−ク
ラッド層６によるもの）のみなので、障壁層32のポテン
シャル分布の傾斜は小さく量子井戸31間の結合程度は小
さい。よって、超格子導波路層３の屈折率は、これと同
一Al組成割合の混晶AlGaAsの屈折率の値に比べて、およ
そ0.1程度大きな値を持つ。一方、負バイアスを電極11
に印加すると、井戸層31はｎ型にドープされているた
め、電界は全て障壁層32に印加されてこの層32のポテン
シャルの傾斜が大きくなる。よって、実効的に障壁層32
のポテンシャルの高さが低くなり量子井戸31間の結合程
度が大きくなり、その結果、導波路層３の屈折率は、同
一Al組成割合の混晶AlGaAsの値に近付くため、小さくな
る。
超格子導波路層３の障壁層（高抵抗AlGaAs層）32に印加
される電界が自己バイアス（ｎ−クラッド層２とｐ−ク
ラッド層６によるもの）のみなので、障壁層32のポテン
シャル分布の傾斜は小さく量子井戸31間の結合程度は小
さい。よって、超格子導波路層３の屈折率は、これと同
一Al組成割合の混晶AlGaAsの屈折率の値に比べて、およ
そ0.1程度大きな値を持つ。一方、負バイアスを電極11
に印加すると、井戸層31はｎ型にドープされているた
め、電界は全て障壁層32に印加されてこの層32のポテン
シャルの傾斜が大きくなる。よって、実効的に障壁層32
のポテンシャルの高さが低くなり量子井戸31間の結合程
度が大きくなり、その結果、導波路層３の屈折率は、同
一Al組成割合の混晶AlGaAsの値に近付くため、小さくな
る。
こうして、負バイアス印加時には回折格子５のブラッ
ク波長が短くなり、発振波長が短波長側にシフトする。
ク波長が短くなり、発振波長が短波長側にシフトする。
この際、位相制御領域21とDBR領域22に印加する電圧
を調整することにより、準連続的に発振波長を変化させ
ることができる。また、このとき、導波路層３の屈折率
の変化に対し、光吸収の増大が生じないので、発振スペ
クトル線幅の増大も生じず、良好なレーザ特性を維持で
きる。
を調整することにより、準連続的に発振波長を変化させ
ることができる。また、このとき、導波路層３の屈折率
の変化に対し、光吸収の増大が生じないので、発振スペ
クトル線幅の増大も生じず、良好なレーザ特性を維持で
きる。
第２図、第３図、第４図は別の変形例を示し、超格子
導波路層３のポテンシャル分布の模式図を示す。
導波路層３のポテンシャル分布の模式図を示す。
第２図の例では、フラットバンド状態で障壁層32のポ
テンシャルが傾斜している様に超格子導波路層３、クラ
ッド層２、６を形成している。
テンシャルが傾斜している様に超格子導波路層３、クラ
ッド層２、６を形成している。
第３図の例では、障壁層32のポテンシャルが傾斜しつ
つ段階状になる様に超格子導波路層３等を形成してい
る。
つ段階状になる様に超格子導波路層３等を形成してい
る。
第４図の例では、障壁層32が更に短周期の超格子で形
成されている。
成されている。
これらの例では、電圧を印加した際に量子井戸31間の
結合が容易に生じることになる。
結合が容易に生じることになる。
第５図は本発明の第２実施例である波長変換レーザの
側断面図である。第１図の波長可変レーザとこの第２実
施例とが異なる点は、活性領域が活性領域I20A、活性領
域II20b、および可飽和吸収領域23で構成され、そして
光入力λinが活性領域に入射されることである。尚、8
1、82は活性領域Ｉ、II20a,20bに形成された電極であ
る。
側断面図である。第１図の波長可変レーザとこの第２実
施例とが異なる点は、活性領域が活性領域I20A、活性領
域II20b、および可飽和吸収領域23で構成され、そして
光入力λinが活性領域に入射されることである。尚、8
1、82は活性領域Ｉ、II20a,20bに形成された電極であ
る。
第２実施例の動作は次の様に行なわれる。
活性領域I,II20a,20bへの注入電流を発振閾値より僅
かに低い状態にし、ここにλinの光を入射すると、可飽
和吸収領域23の吸収損失が低下し、素子がレーザ発振状
態になる。
かに低い状態にし、ここにλinの光を入射すると、可飽
和吸収領域23の吸収損失が低下し、素子がレーザ発振状
態になる。
この時、光出力λoutの波長はDBR領域22のブラッグ波
長で決定される。従って、位相制御領域21及びDBR領域2
2への印加電圧を変えることにより、ブラッグ波長が変
化し、光出力λoutの波長を任意に変換できることにな
る。
長で決定される。従って、位相制御領域21及びDBR領域2
2への印加電圧を変えることにより、ブラッグ波長が変
化し、光出力λoutの波長を任意に変換できることにな
る。
第２実施例の作製方法は、第１実施例と同様である。
［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、２層以上の量子
井戸を含む半導体光導波路において、障壁層に印加され
る電界の制御によって量子井戸間の結合状態が変化し、
これに伴ない屈折率も大きく変化する現象を利用して発
振波長を変化させている。従って、QCSEなどの現象を利
用せず、吸収損失の増大を伴わないので、波長を変化し
た際の発振スペクトル線幅の変化が少ない良好な特性の
波長可変レーザが得られる。
井戸を含む半導体光導波路において、障壁層に印加され
る電界の制御によって量子井戸間の結合状態が変化し、
これに伴ない屈折率も大きく変化する現象を利用して発
振波長を変化させている。従って、QCSEなどの現象を利
用せず、吸収損失の増大を伴わないので、波長を変化し
た際の発振スペクトル線幅の変化が少ない良好な特性の
波長可変レーザが得られる。
第１図は本発明の第１実施例である波長可変レーザの側
断面図、第２図は導波路の障壁ポテンシャルが傾斜して
いる例の模式図、第３図は導波路の障壁ポテンシャルの
傾斜を階段状で構成した例の模式図、第４図は導波路の
障壁を更に短周期の超格子構造で構成した例のポテンシ
ャルの模式図、第５図は本発明の第２実施例である波長
変換レーザの側断面図である。 １……ｎ−GaAs基板、２……ｎ−AlGaAsクラッド層、３
……超格子光導波路層、４……GaAs活性層、５……２次
の回折格子、６……ｐ−AlGaAsクラッド層、７……ｐ−
GaAsキャップ層、8,81,82……活性領域20、20a、20bの
電極、９……電気的分離の為の溝、10……位相制御領域
21の電極、11……DBR領域22の電極、12……共通電極、2
3……可飽和吸収領域、31……超格子光導波路層の井戸
層、32……超格子光導波路層の障壁層
断面図、第２図は導波路の障壁ポテンシャルが傾斜して
いる例の模式図、第３図は導波路の障壁ポテンシャルの
傾斜を階段状で構成した例の模式図、第４図は導波路の
障壁を更に短周期の超格子構造で構成した例のポテンシ
ャルの模式図、第５図は本発明の第２実施例である波長
変換レーザの側断面図である。 １……ｎ−GaAs基板、２……ｎ−AlGaAsクラッド層、３
……超格子光導波路層、４……GaAs活性層、５……２次
の回折格子、６……ｐ−AlGaAsクラッド層、７……ｐ−
GaAsキャップ層、8,81,82……活性領域20、20a、20bの
電極、９……電気的分離の為の溝、10……位相制御領域
21の電極、11……DBR領域22の電極、12……共通電極、2
3……可飽和吸収領域、31……超格子光導波路層の井戸
層、32……超格子光導波路層の障壁層
Claims (6)
- 【請求項１】分布反射型波長可変半導体レーザにおい
て、外部導波路層の回折格子を形成している領域から光
波長以内の距離に２層以上の量子井戸とその間の障壁層
を含む半導体光導波路が設けられ、前記量子井戸がｐ型
およびｎ型の一方の導電型に形成され、前記障壁層が高
抵抗層で形成され、また、前記障壁層は、前記導波路に
印加する電圧によって量子井戸間の結合状態を変化可能
な厚さ及び形状に形成されており、且つ前記導波路に電
圧を印加するための手段が設けられていることを特徴と
する波長可変半導体レーザ。 - 【請求項２】前記障壁層が短周期の超格子で形成されて
いる請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】前記障壁層のポテンシャルがフラットバン
ド状態で傾斜している様に形成されている請求項１記載
の半導体レーザ。 - 【請求項４】前記障壁層のポテンシャルが傾斜しつつ階
段状である様に形成されている請求項１記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項５】前記量子井戸がAlxGa1-xAs、前記障壁層が
AlyGa1-yAs（０≦ｘ＜ｙ≦１）で形成され、そして障壁
層の厚さが3nm以上、15nm以下である請求項１記載の半
導体レーザ。 - 【請求項６】活性領域の間に可飽和吸収領域を有する波
長変換半導体レーザとして構成されている請求項１、
２、３、４又は５記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2204157A JP2891756B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | 波長可変半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2204157A JP2891756B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | 波長可変半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0488687A JPH0488687A (ja) | 1992-03-23 |
| JP2891756B2 true JP2891756B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=16485782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2204157A Expired - Fee Related JP2891756B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | 波長可変半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2891756B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5189956B2 (ja) * | 2008-11-05 | 2013-04-24 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
-
1990
- 1990-08-01 JP JP2204157A patent/JP2891756B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0488687A (ja) | 1992-03-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |