JP3237733B2 - Semiconductor laser - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信用光源
および光計測用光源として用いられる波長可変半導体レ
ーザに関し、特に光通信における光波長（周波数）多重
システム用光源、および広帯域波長帯をカバーする光計
測用光源に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength tunable semiconductor laser used as a light source for optical fiber communication and a light source for optical measurement, and more particularly to a light source for an optical wavelength (frequency) multiplexing system in optical communication, and a wide wavelength band. And a light source for optical measurement.
【０００２】[0002]
【従来の技術】将来の通信情報量の増大に対して、光波
長（周波数）多重通信システムの研究が行われている
が、送信用光源および同期検波用可同調光源として広範
囲な波長調整機能が要求されており、また、光計測の分
野からも広域波長帯をカバーする波長可変光源の実現が
望まれている。これまでに、種々の可変波長光源が研究
されてきたが、それらを大別すると、１つの発振モード
で連続的に波長が変わるものと、モード跳びを伴なって
不連続に波長が変わるものとに分けることができる。実
際のシステムへの応用を考えた場合、制御性の面から、
連続的に波長が変わるものの方が好ましい。2. Description of the Related Art An optical wavelength (frequency) multiplexing communication system has been studied to cope with an increase in the amount of communication information in the future. In addition, there is a demand from the field of optical measurement to realize a wavelength tunable light source that covers a wide wavelength band. Until now, various variable wavelength light sources have been studied, but they can be roughly classified into those that change the wavelength continuously with one oscillation mode and those that change discontinuously with mode jumps. Can be divided into When considering application to an actual system, from the aspect of controllability,
It is preferable that the wavelength continuously changes.
【０００３】連続的に発振波長を変化させることができ
る半導体レーザとしては、分布反射型レーザ（ＤＢＲレ
ーザ）や二重導波路レーザ（ＴＴＧレーザ）などが研究
されており、連続波長可変幅としてＤＢＲレーザでは
４．４ｎｍ、ＴＴＧレーザでは７ｎｍという値が報告さ
れている。また、モード跳びをともなった不連続な波長
可変幅としては、ＤＢＲレーザで１０ｎｍという値が得
られている。また近年、不連続ではあるが広い波長可変
幅が得られる半導体レーザとして、Ｙ分岐レーザ、超周
期構造回折格子レーザなどが試作され、５０〜１００ｎ
ｍの波長可変幅が得られている。As a semiconductor laser capable of continuously changing the oscillation wavelength, a distributed reflection laser (DBR laser) and a double waveguide laser (TTG laser) have been studied. A value of 4.4 nm has been reported for lasers and 7 nm for TTG lasers. As a discontinuous wavelength variable width with mode jump, a value of 10 nm is obtained with a DBR laser. In recent years, Y-branch lasers, super-periodic structure diffraction grating lasers, and the like have been prototyped as semiconductor lasers capable of obtaining a wide wavelength tunable width, although discontinuous, and have been manufactured in the range of 50 to 100 nm.
A wavelength tunable width of m is obtained.
【０００４】図９にＴＴＧレーザの実施例を示す。図９
において、４１は活性層駆動電極、４２は波長制御電
極、４８は共通電極、４４は活性導波路層、４５は非活
性導波路層、４６は回折格子、４３はｐ型光閉じ込め
層、４７はｎ型スペーサ層、４９はｎ型光閉じ込め層で
ある。また、図１０にＤＢＲレーザの実施例を示す。図
１０において、５０は位相調整電極である。FIG. 9 shows an embodiment of a TTG laser. FIG.
, 41 is an active layer driving electrode, 42 is a wavelength control electrode, 48 is a common electrode, 44 is an active waveguide layer, 45 is a non-active waveguide layer, 46 is a diffraction grating, 43 is a p-type optical confinement layer, and 47 is An n-type spacer layer 49 is an n-type light confinement layer. FIG. 10 shows an embodiment of a DBR laser. In FIG. 10, reference numeral 50 denotes a phase adjustment electrode.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術においては次のような問題があった。ＴＴＧレーザ
では、光の増幅作用を行う活性導波路層に電流注入して
レーザ発振動作を生じさせ、該活性導波路層のすぐ近く
に形成される波長制御用非活性導波路層に独立に電流注
入することにより、発振波長を変化させる。ここで、回
折格子の周期をΛ、導波路の等価屈折率をｎとすれば、
ブラッグ波長λb は、However, the above prior art has the following problems. In a TTG laser, a current is injected into an active waveguide layer for amplifying light to cause a laser oscillation operation, and the current is independently supplied to a wavelength controlling inactive waveguide layer formed immediately adjacent to the active waveguide layer. The injection changes the oscillation wavelength. Here, assuming that the period of the diffraction grating is Λ and the equivalent refractive index of the waveguide is n,
The Bragg wavelength λ b is
【０００６】[0006]
【数１】 λb ＝２ｎΛ （１） と表される。レーザはこのブラッグ波長近傍の１つの共
振縦モードで発振動作する。非活性導波路層に電流注入
を行うと、導波路の等価屈折率が変化し、式（１）よ
り、ブラッグ波長もそれに比例して変化する。ここで、
ブラッグ波長の変化の割合Δλb ／λb は、Λ b = 2nΛ (1) The laser oscillates in one resonance longitudinal mode near this Bragg wavelength. When current is injected into the inactive waveguide layer, the equivalent refractive index of the waveguide changes, and according to equation (1), the Bragg wavelength also changes in proportion. here,
The rate of change of Bragg wavelength Δλ b / λ b is
【０００７】[0007]
【数２】 Δλb ／λb ＝Δｎ／ｎ （２） となり、等価屈折率の変化の割合Δｎ／ｎと等しくな
る。また、電流注入による等価屈折率の変化に伴ない、
共振縦モード波長も変化する。ＴＴＧレーザの場合、共
振器全体の等価屈折率が一様に変化するので、共振縦モ
ード波長の変化の割合Δλr ／λr は等価屈折率の変化
の割合Δｎ／ｎに等しくなる。すなわち、Δλ b / λ b = Δn / n (2), which is equal to the change rate Δn / n of the equivalent refractive index. Also, with the change in the equivalent refractive index due to current injection,
The resonant longitudinal mode wavelength also changes. In the case of the TTG laser, since the equivalent refractive index of the entire resonator changes uniformly, the change rate Δλ r / λ r of the resonance longitudinal mode wavelength becomes equal to the change rate Δn / n of the equivalent refractive index. That is,
【０００８】[0008]
【数３】 Δλr ／λr ＝Δｎ／ｎ （３） となる。式（２），式（３）より、ＴＴＧレーザでは、
ブラッグ波長の変化と共振縦モードの変化が等しくなる
ので、最初に発振したモードが保たれたまま連続的に発
振波長が変化するという大きな特徴を有する。しかしな
がら、単一横モード発振動作をさせるためには二重導波
路の幅は１〜２μｍにする必要があり、さらに活性層と
波長制御層との間に形成されるｎ型スペーサ層の厚さを
１μｍ以下まで薄くする必要があるため、通常の半導体
レーザで用いられている埋め込み構造にすることができ
ず、それぞれの導波路層に効率良く電流を注入するため
の構造にすることが、製作上非常に困難であるという問
題があった。Δλ r / λ r = Δn / n (3) From Equations (2) and (3), in the TTG laser,
Since the change in the Bragg wavelength is equal to the change in the resonance longitudinal mode, there is a great feature that the oscillation wavelength continuously changes while the mode oscillated first is maintained. However, in order to perform single transverse mode oscillation operation, the width of the double waveguide needs to be 1 to 2 μm, and furthermore, the thickness of the n-type spacer layer formed between the active layer and the wavelength control layer. It is necessary to reduce the thickness to 1 μm or less, so that the buried structure used in ordinary semiconductor lasers cannot be formed, and a structure for efficiently injecting current into each waveguide layer must be manufactured. There was a problem that it was very difficult.
【０００９】それに対してＤＢＲレーザでは、光の増幅
作用を行う活性導波路層と非活性導波路層とが直列に接
続されている構造なので、通常の半導体レーザと同様に
電流狭窄を行うための埋め込みストライプ構造を用いる
ことができ、さらに各々の導波路層に独立に電流注入を
行うことは、各々の導波路層の上方に形成される電極を
分離することにより容易に実現される。非活性導波路層
への電流注入により、等価屈折率を変えてブラッグ波長
を変化させる機構はＴＴＧレーザと同様であるが、等価
屈折率の変化する領域が共振器の一部に限られているた
めに、ブラッグ波長の変化量と共振縦モード波長の変化
量とは一致しない。共振縦モード波長の変化の割合Δλ
r ／λr は、全共振器長さＬt に対する分布反射器の実
効長Ｌeの割合分だけ等価屈折率の変化の割合Δｎ／ｎ
よりも少なくなり、On the other hand, a DBR laser has a structure in which an active waveguide layer for amplifying light and an inactive waveguide layer are connected in series. The buried stripe structure can be used, and the current injection into each waveguide layer independently can be easily realized by separating the electrodes formed above each waveguide layer. The mechanism of changing the Bragg wavelength by changing the equivalent refractive index by injecting current into the inactive waveguide layer is similar to that of the TTG laser, but the region where the equivalent refractive index changes is limited to a part of the resonator. Therefore, the amount of change in the Bragg wavelength does not match the amount of change in the resonant longitudinal mode wavelength. Resonance longitudinal mode wavelength change rate Δλ
r / lambda r is the ratio [Delta] n / n of the percentage change amount corresponding equivalent index of the effective length L e of the distributed reflector with respect to the total resonator length L t
Less than
【００１０】[0010]
【数４】 Δλr ／λr ＝（Ｌe ／Ｌt ）・（Δｎ／ｎ） （４） となる。したがって、式（２），式（４）より、ＤＢＲ
レーザでは波長制御電流を注入するにつれてブラッグ波
長と共振縦モード波長とが相対的に離れていくため、モ
ード跳びを生じてしまうという欠点を持っていた。モー
ド跳びを生じさせないためには、回折格子が形成されて
いない位相調整領域を設けて、そこへの電流注入により
共振縦モードの変化量とブラッグ波長の変化量とを一致
させる必要がある。しかし、この方法では２電極への波
長制御電流を制御するための外部回路が必要になり、装
置構造、および制御が複雑になるという問題があった。Δλ r / λ r = (L e / L t ) · (Δn / n) (4) Therefore, from equations (2) and (4), the DBR
The laser has a disadvantage that mode jump occurs because the Bragg wavelength and the resonance longitudinal mode wavelength are relatively separated as the wavelength control current is injected. In order to prevent mode jump, it is necessary to provide a phase adjustment region where no diffraction grating is formed, and to match the amount of change in the resonance longitudinal mode with the amount of change in the Bragg wavelength by current injection into the region. However, this method requires an external circuit for controlling the wavelength control current to the two electrodes, and has a problem that the device structure and control are complicated.
【００１１】ＴＴＧレーザ、およびＤＢＲレーザにおけ
る連続波長可変幅は、波長制御層の屈折率変化量に制限
され、その値は４〜７ｎｍ程度に留まっている。波長可
変幅をさらに広くするには、モード跳びを許容し、波長
フィルタの波長変化量が屈折率変化量よりも大きくなる
ような手段を用いる必要がある。Ｙ分岐レーザや、超周
期構造回折格子レーザは、いずれも屈折率変化量よりも
フィルタ波長変化量が大きくなる手段を用いている。こ
れらのレーザでは、フィルタ波長を大きく変化させ、な
おかつ十分な波長選択性を得るために、２つの電極に流
す電流を制御をする必要があり、さらに共振縦モード波
長を制御するための電極も必要となる。その結果、発振
波長を調整するのに３つの電極への注入電流を制御しな
ければならず、制御が非常に複雑になってしまうという
問題があった。The continuous wavelength variable width of the TTG laser and the DBR laser is limited by the amount of change in the refractive index of the wavelength control layer, and the value is limited to about 4 to 7 nm. In order to further widen the wavelength variable width, it is necessary to use a means that allows mode jump and makes the wavelength change amount of the wavelength filter larger than the refractive index change amount. Both the Y-branch laser and the super-periodic structure diffraction grating laser use a means in which the amount of change in the filter wavelength is larger than the amount of change in the refractive index. In these lasers, it is necessary to control the current flowing through the two electrodes in order to greatly change the filter wavelength and obtain sufficient wavelength selectivity, and further, an electrode for controlling the resonance longitudinal mode wavelength is required. Becomes As a result, in order to adjust the oscillation wavelength, it is necessary to control the injection current to the three electrodes, and there is a problem that the control becomes very complicated.
【００１２】本発明の目的は、上記問題を解決し、１電
極への注入電流制御により連続的に４〜７ｎｍ程度発振
波長を変化させることができ、なおかつ活性導波路層、
および非活性導波路層への電流注入も効率良く行える半
導体レーザを得ることと、モード跳びを伴なうけれど
も、２つの電極への注入電流制御により、５０〜１００
ｎｍ程度の範囲にわたって発振波長を変化させることが
できる半導体レーザを得ることである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to continuously change the oscillation wavelength by about 4 to 7 nm by controlling the injection current to one electrode.
And obtaining a semiconductor laser capable of efficiently injecting current into the inactive waveguide layer, and controlling the injection current to the two electrodes although mode jumping occurs, so that 50-100
An object of the present invention is to obtain a semiconductor laser capable of changing an oscillation wavelength over a range of about nm.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、半導体基板上に、該半導体基板
より光学的屈折率が大きい光導波路層と、該光導波路層
より屈折率が小さい光閉じ込め層とをそれぞれ１層以上
含む直線光導波路を有する半導体レーザであって、前記
光導波路層は、発振波長帯の光に対して光学的利得を有
する活性領域と光学的利得を持たない非活性領域とが、
光の伝搬方向に沿って交互に繰り返す周期Ｔの周期構造
を有し、前記光導波路層は、回折格子が形成された領域
と回折格子が形成されていない領域とが、交互に繰り返
す前記周期Ｔの周期構造を有し、前記活性領域および前
記非活性領域の上方にそれぞれ独立に電流を注入するた
めの電極が設けられており、前記活性領域の電極どうし
が短絡され、かつ前記非活性領域の電極どうしが短絡さ
れていることを特徴とする。To achieve the above object, according to the present invention, an optical waveguide layer having a higher optical refractive index than a semiconductor substrate is provided on a semiconductor substrate. A semiconductor laser having a linear optical waveguide including at least one optical confinement layer having a small efficiency, wherein the optical waveguide layer has an active region having an optical gain for light in an oscillation wavelength band and an optical gain. The inactive region that does not have
The optical waveguide layer has a periodic structure having a period T that repeats alternately along the propagation direction of light, and the optical waveguide layer has a structure in which a region where a diffraction grating is formed and a region where no diffraction grating is formed alternately repeat the period T. Electrodes are provided for independently injecting currents above the active region and the inactive region, the electrodes of the active region are short-circuited, and the electrodes of the inactive region The electrodes are short-circuited.
【００１４】[0014]
【００１５】請求項２の発明は、半導体基板上に、該半
導体基板より光学的屈折率が大きい光導波路層と、該光
導波路層より屈折率が小さい光閉じ込め層とをそれぞれ
１層以上含む直線光導波路において、前記光導波路層
は、発振波長帯の光に対して光学的利得を有する活性領
域と光学的利得を持たない非活性領域とが、光の伝搬方
向に沿って交互に繰り返す周期Ｔの周期構造を有し、前
記光導波路層は、回折格子が形成された領域と回折格子
が形成されていない領域とが、交互に繰り返す前記周期
Ｔの周期構造を有する半導体レーザであって、該半導体
レーザが同一の半導体基板上に２つ直列に接続されてい
て、第１の半導体レーザの周期構造の周期Ｔ１と、第２
の半導体レーザの周期構造の周期Ｔ２とが異なる長さで
あり、かつ、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導
体レーザの周期構造における１周期中の前記活性領域と
前記非活性領域の長さの比が等しいことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a straight line including at least one optical waveguide layer having a higher optical refractive index than the semiconductor substrate and one or more optical confinement layers having a lower refractive index than the optical waveguide layer on the semiconductor substrate. In the optical waveguide, the optical waveguide layer has a period T in which an active region having an optical gain for light in an oscillation wavelength band and a non-active region having no optical gain alternately repeat along the light propagation direction. Wherein the optical waveguide layer is a semiconductor laser having a periodic structure of the period T in which a region where a diffraction grating is formed and a region where no diffraction grating is formed are alternately repeated. Two semiconductor lasers are connected in series on the same semiconductor substrate, and the period T 1 of the periodic structure of the first semiconductor laser and the second
Of the cycle T 2 of the periodic structure of the semiconductor laser is different in length, and the active region in one period in the periodic structure of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser and the non-active region It is characterized in that the length ratios are equal.
【００１６】請求項３の発明は、請求項２に記載の半導
体レーザにおいて、前記活性領域および前記非活性領域
の上方にそれぞれ独立に電流を注入するための電極が設
けられており、前記第１の半導体レーザの前記非活性領
域の電極どうしが短絡され、前記第２の半導体レーザの
前記非活性領域の電極どうしが短絡され、かつ、前記第
１の半導体レーザおよび前記第２の半導体レーザの前記
活性領域の電極どうしが短絡されていることを特徴とす
る。According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor laser according to the second aspect, electrodes for independently injecting a current are provided above the active region and the non-active region, respectively, and The electrodes of the inactive region of the semiconductor laser are short-circuited, the electrodes of the inactive region of the second semiconductor laser are short-circuited, and the electrodes of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser are The electrodes of the active region are short-circuited.
【００１７】請求項４の発明は、請求項２に記載の半導
体レーザにおいて、前記活性領域および前記非活性領域
の上方にそれぞれ独立に電流を注入するための電極が設
けられており、前記非活性領域の電極は、同じ分割比で
２つに分割されて、第１の組の非活性領域用電極と第２
の組の非活性領域用電極とを形成し、前記第１の半導体
レーザの前記第１の組の非活性領域用電極どうしが短絡
され、前記第２の半導体レーザの前記第１の組の非活性
領域用電極どうしが短絡され、かつ、前記第１の半導体
レーザおよび前記第２の半導体レーザの前記第２の組の
非活性領域用電極どうしが短絡され、前記第１の半導体
レーザおよび前記第２の半導体レーザの前記活性領域の
電極どうしが短絡されていることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor laser according to the second aspect, electrodes for independently injecting currents are provided above the active region and the inactive region, respectively. The electrode in the region is divided into two at the same division ratio, and the first set of electrodes for the inactive region and the second
And the first set of non-active region electrodes of the first semiconductor laser are short-circuited, and the first set of non-active region electrodes of the second semiconductor laser are short-circuited. The active region electrodes are short-circuited, and the second set of inactive region electrodes of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser are short-circuited, and the first semiconductor laser and the second The electrodes of the active region of the second semiconductor laser are short-circuited.
【００１８】[0018]
【作用】図７（Ａ）は本発明による半導体レーザの基本
的構成の一例を示す断面構造図である。図７（Ａ）にお
いて、１は活性層駆動電極、２は波長制御電極、４はｐ
型ＩｎＰ光閉じ込め層、５はＩｎＧａＡｓＰ活性導波路
層、６はＩｎＧａＡｓＰ非活性導波路層、７は回折格
子、８はｎ型ＩｎＰ光閉じ込め層、９はｎ側共通電極で
ある。活性導波路層５と非活性導波路層６は一定の長さ
で、交互に周期的に配置されている。また、回折格子７
もそれと同じで部分的に形成されている。活性導波路層
５および波長制御用非活性導波路層６の上部に設けられ
る電極１，２は互いに分離されており、図７（Ａ）に示
すように、活性導波路層上の電極１どうし、および波長
制御導波路層上の電極２どうしは素子上で短絡されてい
る。FIG. 7A is a sectional structural view showing an example of a basic configuration of a semiconductor laser according to the present invention. 7A, reference numeral 1 denotes an active layer driving electrode, 2 denotes a wavelength control electrode, and 4 denotes p.
5 is an InGaAsP active waveguide layer, 6 is an InGaAsP inactive waveguide layer, 7 is a diffraction grating, 8 is an n-type InP light confinement layer, and 9 is an n-side common electrode. The active waveguide layers 5 and the non-active waveguide layers 6 have a fixed length and are alternately and periodically arranged. Also, the diffraction grating 7
Is partially formed in the same manner. The electrodes 1 and 2 provided on the active waveguide layer 5 and the non-active waveguide layer 6 for wavelength control are separated from each other, and as shown in FIG. , And the electrodes 2 on the wavelength control waveguide layer are short-circuited on the element.
【００１９】従来の技術で示したＴＴＧレーザやＤＢＲ
レーザでは、回折格子が一様に形成されているため、そ
の反射特性はブラッグ波長において１本の鋭いピークを
持つものとなる。それに対して前述の構成の半導体レー
ザでは、図７（Ａ）に示すように、周期的な凹凸を形成
して導波路の等価屈折率を周期変調させた回折格子が部
分的かつ周期的に形成されているため、図７（Ｂ）に示
すように、複数のピークを持つ反射特性になる。ここ
で、ピーク間隔は繰り返し周期Ｔに反比例する関係にあ
る。各々のピークに対する包絡関数２３は、１周期内の
回折格子の形状をフーリエ変換したものとなるが、図７
（Ａ）に示す例のように１周期内が回折格子の形成され
る部分と形成されない部分とからなる場合は、その包絡
関数は標本化関数（ｓｉｎ（ｘ）／ｘ）になる。この標
本化関数の主ピークの幅は回折格子の形成されている部
分の長さｔに反比例する。したがって、この包絡関数中
に現われる反射ピークの数は、回折格子の形成されてい
る部分の長さｔに対する繰り返し周期Ｔの比Ｔ／ｔに比
例する関係にある。したがって、Ｔ／ｔを２程度の値に
することにより、図７（Ｂ）のように１本の主ピーク２
１を有し、その両側に反射率の低い２本の副ピーク２２
を有する反射特性を得ることができる。このとき、周期
的に配置された全ての活性層駆動電極１に電流注入を行
い、光学的利得を得ることにより、本レーザは主ピーク
近傍の１つの共振縦モードで発振する。図７（Ｂ）にお
いて、２４は複数の共振縦モード、２５は選択された１
つのレーザ発振モードを示している。ここで、周期的に
配置された全ての波長制御電極２に電流注入を行えば、
図７（Ｃ）に示すように、波長制御層の等価屈折率が変
化し、１周期の長さに対する波長制御領域の長さの割合
分だけ共振縦モード波長が短波長側にシフトする。繰り
返し構造の１周期の長さをＬt 、波長制御領域長をＬp
とすれば、共振縦モード波長の変化の割合は、TTG laser or DBR shown in the prior art
In the laser, since the diffraction grating is formed uniformly, the reflection characteristic has one sharp peak at the Bragg wavelength. On the other hand, in the semiconductor laser having the above configuration, as shown in FIG. 7A, a diffraction grating in which periodic unevenness is formed and the equivalent refractive index of the waveguide is periodically modulated is formed partially and periodically. Therefore, as shown in FIG. 7B, the reflection characteristic has a plurality of peaks. Here, the peak interval has a relationship inversely proportional to the repetition period T. The envelope function 23 for each peak is obtained by Fourier-transforming the shape of the diffraction grating within one period.
When one period includes a portion where the diffraction grating is formed and a portion where the diffraction grating is not formed as in the example shown in (A), the envelope function is a sampling function (sin (x) / x). The width of the main peak of this sampling function is inversely proportional to the length t of the portion where the diffraction grating is formed. Therefore, the number of reflection peaks appearing in the envelope function is proportional to the ratio T / t of the repetition period T to the length t of the portion where the diffraction grating is formed. Therefore, by setting T / t to a value of about 2, one main peak 2 as shown in FIG.
1 and two sub-peaks 22 with low reflectivity on both sides of the
Can be obtained. At this time, the laser is oscillated in one resonance longitudinal mode near the main peak by injecting a current into all the active layer driving electrodes 1 arranged periodically and obtaining an optical gain. In FIG. 7B, reference numeral 24 denotes a plurality of resonance longitudinal modes, and reference numeral 25 denotes a selected one.
Two laser oscillation modes are shown. Here, if current is injected into all the wavelength control electrodes 2 arranged periodically,
As shown in FIG. 7C, the equivalent refractive index of the wavelength control layer changes, and the resonance longitudinal mode wavelength shifts to the shorter wavelength side by the ratio of the length of the wavelength control region to the length of one cycle. The length of one cycle of the repeating structure is L t , and the length of the wavelength control region is L p
Then, the rate of change of the resonance longitudinal mode wavelength is
【００２０】[0020]
【数５】 Δλr ／λr ＝（Ｌp ／Ｌt ）・（Δｎ／ｎ） （５） となる。Δλ r / λ r = (L p / L t ) · (Δn / n) (5)
【００２１】一方、複数の反射ピークの各波長も、電流
注入による等価屈折率の変化の結果、短波長側にシフト
する。反射ピーク波長は繰り返し構造１周期内の平均等
価屈折率変化に比例するので、反射ピーク波長の変化の
割合Δλs ／λs は、On the other hand, each wavelength of a plurality of reflection peaks also shifts to a shorter wavelength side as a result of a change in the equivalent refractive index due to current injection. Since the reflection peak wavelength is proportional to the average equivalent refractive index change within one cycle of the repeating structure, the rate of change of the reflection peak wavelength Δλ s / λ s is:
【００２２】[0022]
【数６】 Δλs ／λs ＝（ＬP ／Ｌt ）・（Δｎ／ｎ） （６） となる。式（５），式（６）より、反射ピーク波長と共
振縦モード波長とは同じ量だけシフトする。したがっ
て、このレーザでは、最初に発振したモードを保ったま
ま連続的に波長が変化する。Δλ s / λ s = (L P / L t ) · (Δn / n) (6) From Equations (5) and (6), the reflection peak wavelength and the resonance longitudinal mode wavelength shift by the same amount. Therefore, in this laser, the wavelength continuously changes while maintaining the mode oscillated first.
【００２３】この例では、活性領域内に回折格子が形成
されていて、波長制御領域内に回折格子が形成されてい
ないので、波長制御領域への注入電流量を変化させて
も、回折格子が形成されている部分の等価屈折率は変化
しないため、ブラッグ波長、すなわち包絡関数のピーク
波長は、図７（Ｂ）に示すように変化しない。一方、波
長制御領域内に回折格子が形成されている場合には、波
長制御電流の注入により包絡関数のピーク波長が変化す
るが、反射ピーク波長と共振縦モード波長の変化量は一
致するので、図７（Ｃ）の例と同様に連続的な波長調整
が可能である。したがって、本発明によるレーザでは、
繰り返し構造の１周期内が活性領域と波長制御領域とか
ら構成されていて、１周期内に部分的に回折格子が形成
されていることが重要であり、回折格子が活性領域、波
長制御領域のどちらに形成されていようとも、連続的な
波長チューニング特性を得ることが可能である。In this example, since the diffraction grating is formed in the active region and the diffraction grating is not formed in the wavelength control region, even if the amount of current injected into the wavelength control region is changed, the diffraction grating is not changed. Since the equivalent refractive index of the formed portion does not change, the Bragg wavelength, that is, the peak wavelength of the envelope function does not change as shown in FIG. On the other hand, when a diffraction grating is formed in the wavelength control region, the peak wavelength of the envelope function changes due to the injection of the wavelength control current, but the amount of change between the reflection peak wavelength and the resonance longitudinal mode wavelength matches. As in the example of FIG. 7C, continuous wavelength adjustment is possible. Thus, in the laser according to the invention,
It is important that one cycle of the repetitive structure includes an active region and a wavelength control region, and that a diffraction grating is partially formed in one cycle. Whichever one is formed, continuous wavelength tuning characteristics can be obtained.
【００２４】このように、本発明による半導体レーザで
は、回折格子の形成される部分を周期的に配置してピー
ク幅の広い包絡関数の中にピーク幅の狭い反射ピークを
作り出し、さらにその周期と同じ周期で波長制御用の非
活性導波路層を配置することによって、連続的な波長可
変動作を達成することを基本原理としている。したがっ
て、通常のＤＢＲレーザや位相調整領域をもつＤＦＢレ
ーザのように周期構造がないものでは、本発明による半
導体レーザのような動作は達成されない。また、通常の
ＤＦＢレーザのように全領域を活性導波路層にしてしま
うと、レーザ発振によりキャリア密度がほぼ一定となる
ため、導波路の屈折率を変化させることができなくなっ
てしまうので、波長可変動作が達成されない。さらに、
部分的かつ周期的に回折格子が形成されている非活性導
波路層による分布反射器と、活性導波路層とが直列に接
続された、通常のＤＢＲレーザのような構造では、反射
ピーク波長と共振縦モード波長の動きとが一致しないの
で、連続的な波長可変動作が達成されない。As described above, in the semiconductor laser according to the present invention, the portion where the diffraction grating is formed is periodically arranged to generate a reflection peak having a narrow peak width in an envelope function having a wide peak width. The basic principle is to achieve a continuous wavelength tunable operation by arranging inactive waveguide layers for wavelength control at the same period. Therefore, an operation such as a semiconductor laser according to the present invention cannot be achieved by a device having no periodic structure, such as a normal DBR laser or a DFB laser having a phase adjustment region. Also, if the entire region is formed as an active waveguide layer as in a normal DFB laser, the carrier density becomes almost constant due to laser oscillation, so that the refractive index of the waveguide cannot be changed. Variable operation is not achieved. further,
In a structure such as a normal DBR laser in which a distributed reflector formed by a non-active waveguide layer in which a diffraction grating is formed partially and periodically and an active waveguide layer are connected in series, the reflection peak wavelength and Since the movement of the resonance longitudinal mode wavelength does not match, continuous wavelength tuning operation cannot be achieved.
【００２５】前述の半導体レーザで、繰り返し構造の周
期が異なるものを２つ直列に同一基板上に接続すれば、
連続的な波長可変動作が達成されると同時に、さらに広
範囲の波長調整を行うことができる。２つのレーザを直
列に接続した場合の反射特性を図８（Ａ）に示す。図８
（Ａ）において、２６は第１のレーザによる反射特性、
２７は第２のレーザによる反射特性、２１は２つのレー
ザの反射特性を掛け合わせて得られる主ピーク、２２は
副ピークを示している。この例では、前述の構造パラメ
ータＴ／ｔを大きくし、包絡関数２３の主ピークの幅を
広くして、反射ピークの本数を増やしている。このまま
では、それら各ピーク近傍の複数の波長で発振する可能
性があるが、繰り返し周期の異なるレーザを組み合わせ
ることにより、２つのレーザを合わせた反射特性は、図
８（Ａ）図中に示すように、２つのレーザの反射ピーク
が互いに一致する波長に主ピークを有するものとなるた
め、この主ピーク近傍で単一モード発振が得られる。By connecting two of the above-described semiconductor lasers having different repetition structures in series on the same substrate,
A continuous wavelength tuning operation is achieved, and at the same time, a wider range of wavelength adjustment can be performed. FIG. 8A shows the reflection characteristics when two lasers are connected in series. FIG.
In (A), 26 is a reflection characteristic by the first laser,
27 is a reflection characteristic of the second laser, 21 is a main peak obtained by multiplying the reflection characteristics of the two lasers, and 22 is a sub-peak. In this example, the structure parameter T / t is increased, the width of the main peak of the envelope function 23 is increased, and the number of reflection peaks is increased. In this state, there is a possibility that oscillation occurs at a plurality of wavelengths near each of the peaks. However, by combining lasers having different repetition periods, the reflection characteristics of the two lasers are combined as shown in FIG. In addition, since the reflection peaks of the two lasers have main peaks at wavelengths that match each other, single-mode oscillation is obtained in the vicinity of the main peaks.
【００２６】ここで、２つのレーザの繰り返し構造１周
期中の活性導波路層と非活性導波路層の長さの比を等し
くし、１周期の長さに対する波長制御電極の長さの比を
２つのレーザで等しくしておくと、全ての波長制御電極
を短絡してそこに電流注入を行えば、前例と同様に反射
ピーク波長と共振縦モード波長が同量だけ変化するの
で、連続的な波長調整を行うことができる。ここで、第
１のレーザ部と第２のレーザ部との間で反射ピークおよ
び共振縦モードの動きを一致させるために、１周期に対
する活性導波路層の長さの比と、波長制御電極の長さの
比を、２つのレーザ間で等しくしておくことが重要であ
る。この例のように２つのレーザを組み合わせた場合に
は、設計の自由度が広がり、反射ピークの主ピークと副
ピークの反射率差を大きくとることができ、変調時でも
安定な単一モード動作を得ることができる。また、包絡
関数の幅を広くして、可変波長帯において平坦な形状に
することにより、ピークをシフトさせたときでもピーク
反射率はほぼ一定に保たれるので、波長調整による光出
力の変動を小さくすることができる。Here, the ratio of the length of the active waveguide layer to the length of the non-active waveguide layer in one cycle of the repetitive structure of the two lasers is made equal, and the ratio of the length of the wavelength control electrode to the length of one cycle is set. If the two lasers are equal, if all the wavelength control electrodes are short-circuited and current is injected there, the reflection peak wavelength and the resonance longitudinal mode wavelength change by the same amount as in the previous example, so that continuous Wavelength adjustment can be performed. Here, in order to match the movement of the reflection peak and the resonance longitudinal mode between the first laser section and the second laser section, the ratio of the length of the active waveguide layer to one cycle and the wavelength control electrode It is important that the length ratio be equal between the two lasers. When two lasers are combined as in this example, the degree of freedom in design is widened, the difference in reflectance between the main peak and the sub-peak of the reflection peak can be increased, and stable single mode operation can be performed even during modulation. Can be obtained. Also, by increasing the width of the envelope function and making it flat in the variable wavelength band, the peak reflectance is kept almost constant even when the peak is shifted, so that the fluctuation of the optical output due to wavelength adjustment can be reduced. Can be smaller.
【００２７】さらに、２つのレーザの波長調整領域への
注入電流を独立に制御すれば、モード跳びを伴なった広
い範囲の波長調整が可能となる。図８（Ｂ）に第２のレ
ーザの波長制御電極にのみ電流を流した場合の、反射ピ
ークの動きを示す。この場合には、２つのレーザの反射
ピークの一致点が変化するので、主ピークの位置が大き
く変化する。このとき、共振縦モードはあまり変化しな
いので、発振波長はモード跳びを起こして大きく変化す
る。さらに電流注入量を増せば、主ピークの位置は次々
に大きく変化するので、それにつれて発振波長もとびと
びに大きく変化していく。図８（Ｂ）のように発振波長
が大きく跳んだ後の状態から、２つのレーザの波長制御
電極に同時に電流を流して、主ピークをシフトさせる
と、共振縦モードも同量だけシフトするので、連続的に
波長が変化する。このように２つのレーザの波長制御領
域への注入電流を独立に制御すれば、広い範囲にわたる
波長で発振させることができる。Further, if the injection currents of the two lasers into the wavelength adjustment regions are controlled independently, it is possible to adjust the wavelength over a wide range with mode jumps. FIG. 8B shows the movement of the reflection peak when current is applied only to the wavelength control electrode of the second laser. In this case, since the point of coincidence between the reflection peaks of the two lasers changes, the position of the main peak greatly changes. At this time, since the resonance longitudinal mode does not change much, the oscillation wavelength changes greatly due to mode jump. If the current injection amount is further increased, the position of the main peak changes greatly one after another, and accordingly, the oscillation wavelength changes greatly everywhere. When a current is simultaneously applied to the wavelength control electrodes of the two lasers to shift the main peak from the state after the oscillation wavelength jumps greatly as shown in FIG. 8B, the resonance longitudinal mode shifts by the same amount. , The wavelength changes continuously. If the injection currents of the two lasers into the wavelength control region are independently controlled in this manner, the laser can oscillate in a wide range of wavelengths.
【００２８】Ｙ分岐レーザや超周期回折格子レーザで
は、波長フィルタや反射器の中心波長を大きく変化させ
るのに２つの領域への注入電流を制御する必要があり、
さらに共振縦モード波長を制御するための電極が必要な
ため、合計３領域への注入電流制御が必要であったが、
本発明による半導体レーザでは、上述のように、反射器
の反射ピーク波長を変化させると共振縦モード波長も同
量だけ変化するので、２つの領域への注入電流を制御す
ればよいので、制御用回路を大幅に削減することができ
る。In the case of a Y-branch laser or a super-periodic grating laser, it is necessary to control the injection current into two regions in order to greatly change the center wavelength of a wavelength filter or a reflector.
Further, since an electrode for controlling the resonance longitudinal mode wavelength is required, injection current control for a total of three regions was necessary.
In the semiconductor laser according to the present invention, as described above, when the reflection peak wavelength of the reflector is changed, the resonance longitudinal mode wavelength also changes by the same amount. Therefore, it is sufficient to control the injection current into the two regions. Circuits can be greatly reduced.
【００２９】なお、繰り返し周期の異なる本発明による
発明による第１の半導体レーザを２つ作製し、それを光
学的に結合させた場合には、上述のように連続的に波長
を変化させることはできない。なぜならば、波長制御電
極に電流を注入したときに、２つのレーザ間の光の位相
は全く変化しないため、その分だけ共振縦モードの変化
が小さくなり、反射ピークの変化と一致しなくなるから
である。したがって、２つのレーザは完全に直列に接続
されている必要があるため、同一基板上に２つ一体に集
積されていなければならない。When two first semiconductor lasers according to the present invention having different repetition periods are manufactured and optically coupled, it is not possible to continuously change the wavelength as described above. Can not. This is because, when a current is injected into the wavelength control electrode, the phase of the light between the two lasers does not change at all, so that the change in the resonance longitudinal mode becomes smaller by that amount and does not match the change in the reflection peak. is there. Therefore, since the two lasers need to be completely connected in series, they must be integrated on the same substrate.
【００３０】[0030]
【実施例】次に本発明の実施例を図面とともに説明す
る。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００３１】（実施例１）図１は本発明の第１実施例を
示す図で、（Ａ）は本発明による半導体レーザを上部か
らみた図、（Ｂ）はＸ−Ｘ′間の断面構造図、（Ｃ）は
Ｙ−Ｙ′間の断面構造図である。図１において、１は活
性層駆動電極、２は波長制御電極、３はｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰコンタクト層、４はｐ型ＩｎＰ光閉じ込め層、５は
バンドギャップ波長１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性
導波路層、６はバンドギャップ波長１．３５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ非活性導波路層、７は回折格子、８はｎ型Ｉ
ｎＰ光閉じ込め層、９はｎ側共通電極、１０はＦｅドー
プＩｎＰ電流阻止層である。活性導波路層と非活性導波
路層は２５μｍの長さで、交互に周期的に配置されてい
る。また、回折格子もそれと同じ周期５０μｍ毎に部分
的に形成されている。回折格子が形成される部分の長さ
は約２０μｍで、回折格子の凸凹の周期は２３８ｎｍと
なっている。活性導波路層、および波長制御用非活性導
波路層の上部に設けられる電極は互いに分離されてお
り、図１（Ａ）に示すように、活性導波路層上の電極ど
うし、および波長制御導波路層上の電極どうしは素子上
で短絡されており、櫛型の電極形状になっている。この
ように素子上で各々の領域の電極どうしを短絡しておく
ことにより、金属製のボンディング・ワイヤをどこか一
か所ずつ接着させるだけで、各領域に電流を注入するこ
とができる。(Embodiment 1) FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a view of a semiconductor laser according to the present invention as viewed from above, and FIG. FIG. 7C is a sectional view taken along the line YY ′. In FIG. 1, 1 is an active layer drive electrode, 2 is a wavelength control electrode, and 3 is p-type InGaAs.
An sP contact layer, 4 is a p-type InP light confinement layer, 5 is an InGaAsP active waveguide layer having a band gap wavelength of 1.55 μm, and 6 is In having a band gap wavelength of 1.35 μm.
GaAsP inactive waveguide layer, 7 is a diffraction grating, 8 is an n-type I
Reference numeral 9 denotes an n-side common electrode, and reference numeral 10 denotes an Fe-doped InP current blocking layer. The active waveguide layers and the non-active waveguide layers have a length of 25 μm and are arranged alternately and periodically. The diffraction grating is also partially formed at the same period of 50 μm. The length of the portion where the diffraction grating is formed is about 20 μm, and the period of the unevenness of the diffraction grating is 238 nm. The electrodes provided on the active waveguide layer and the non-active waveguide layer for wavelength control are separated from each other, and as shown in FIG. 1A, the electrodes on the active waveguide layer and the wavelength control waveguide are separated from each other. The electrodes on the waveguide layer are short-circuited on the element, and have a comb-shaped electrode shape. By short-circuiting the electrodes of the respective regions on the element in this manner, current can be injected into the respective regions simply by bonding a metal bonding wire at any one position.
【００３２】上記半導体レーザの作製方法を簡単に説明
する。最初に有機金属気相エピタキシャル成長法を用い
て、ｎ型ＩｎＰ８上に活性導波路層５と非活性導波路層
６とを作製する。その後、上記活性導波路層の表面の一
部に塗布したレジストに、電子ビーム露光法を用いて回
折格子のパタンを転写し、転写パタンをマスクとしてエ
ッチングを行い回折格子７を形成する。ｐ型ＩｎＰ光閉
じ込め層４およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３を
成長した後、横モードを制御するために、幅１．２μｍ
のストライプ状に導波路を加工し、その両側にＦｅドー
プＩｎＰ電流阻止層１０を成長する。そして、各電極
１，２，９を形成した後、活性層駆動電極１と波長制御
電極２とを電気的に分離するために、それらの電極間の
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３を除去する。A method for fabricating the semiconductor laser will be briefly described. First, the active waveguide layer 5 and the non-active waveguide layer 6 are formed on the n-type InP 8 by using the metalorganic vapor phase epitaxial growth method. Thereafter, the pattern of the diffraction grating is transferred to a resist applied to a part of the surface of the active waveguide layer by using an electron beam exposure method, and etching is performed using the transfer pattern as a mask to form the diffraction grating 7. After the growth of the p-type InP light confinement layer 4 and the p-type InGaAsP contact layer 3, a width of 1.2 μm was used to control the transverse mode.
Is processed into a stripe shape, and Fe-doped InP current blocking layers 10 are grown on both sides of the waveguide. After the electrodes 1, 2, 9 are formed, the p-type InGaAsP contact layer 3 between the active layer drive electrode 1 and the wavelength control electrode 2 is removed in order to electrically separate the electrodes.
【００３３】図２は活性層駆動電極に一定の電流を流し
てレーザ発振させた後、波長制御電極に流す電流を変え
たときの発振波長の変化の様子を示したものである。本
半導体レーザは、作用のところで記述した原理にしたが
って動作し、波長制御電極への注入電流を変化させるこ
とにより、約５ｎｍの範囲で連続的に発振波長が変化し
ている。FIG. 2 shows how the oscillation wavelength changes when a constant current is applied to the active layer driving electrode to cause laser oscillation and then the current applied to the wavelength control electrode is changed. The present semiconductor laser operates according to the principle described in the section of operation, and the oscillation wavelength changes continuously in the range of about 5 nm by changing the injection current to the wavelength control electrode.
【００３４】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
を示す断面構造図である。本実施例のレーザは、第１の
実施例に示したレーザと同様の構造のもので繰り返し周
期の異なる２つのレーザを同一基板上に直列に集積した
ものである。図３において、３１は第１のレーザ部、３
２は第２のレーザ部を示し、１は活性層駆動電極、６２
は第１の波長制御電極、７２は第２の波長制御電極、３
はｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、４はｐ型ＩｎＰ光
閉じ込め層、５はバンドギャップ波長１．５５μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰ活性導波路層、６はバンドギャップ波長
１．３５μｍのＩｎＧａＡｓＰ非活性導波路層、７は回
折格子、８はｎ型ＩｎＰ光閉じ込め層、９はｎ側共通電
極である。第１のレーザ部の繰り返し構造の周期Ｔ1 は
６６．８μｍ、第２のレーザ部の繰り返し構造の周期Ｔ
2 は７１．４μｍとなっている。これに対して、第１の
レーザ部の反射ピーク間隔は約５ｎｍ、第２のレーザ部
の反射ピーク間隔は約４．７ｎｍとなる。活性導波層と
非活性導波路層の長さの比は第１のレーザ部，第２のレ
ーザ部とも１：２となっており、活性導波路層の一部に
周期２３９ｎｍの回折格子が部分的に形成されている。
回折格子形成部分の長さは繰り返し構造の周期の２０％
とし、高反射ピークの数は約１０本になっている。(Embodiment 2) FIG. 3 is a sectional structural view showing a second embodiment of the present invention. The laser of this embodiment has a structure similar to that of the laser shown in the first embodiment, and two lasers having different repetition periods are integrated in series on the same substrate. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a first laser unit, 3
2 denotes a second laser unit, 1 denotes an active layer drive electrode, 62
Is a first wavelength control electrode, 72 is a second wavelength control electrode, 3
Represents a p-type InGaAsP contact layer, 4 represents a p-type InP light confinement layer, and 5 represents an I-type semiconductor having a bandgap wavelength of 1.55 μm.
An nGaAsP active waveguide layer, 6 is an InGaAsP inactive waveguide layer having a bandgap wavelength of 1.35 μm, 7 is a diffraction grating, 8 is an n-type InP light confinement layer, and 9 is an n-side common electrode. The cycle T 1 of the repeating structure of the first laser unit is 66.8 μm, and the cycle T of the repeating structure of the second laser unit.
2 is 71.4 μm. On the other hand, the interval between the reflection peaks of the first laser section is about 5 nm, and the interval between the reflection peaks of the second laser section is about 4.7 nm. The ratio of the length of the active waveguide layer to the length of the non-active waveguide layer is 1: 2 for both the first laser section and the second laser section, and a diffraction grating having a period of 239 nm is formed in a part of the active waveguide layer. Partially formed.
The length of the part where the diffraction grating is formed is 20% of the period of the repeating structure
And the number of high reflection peaks is about 10.
【００３５】素子の作製方法は第１の実施例による半導
体レーザと同様の方法を用いている。第１のレーザ部の
波長制御領域上の電極は全て素子上で短絡されていて、
第２のレーザ部の波長制御領域上の電極も全て素子上で
短絡されている。また、全ての活性導波路層上の電極は
素子上で短絡されている。これにより、計３か所にボン
ディング・ワイヤを接着させることにより各領域へ電流
を注入することができる。The method for fabricating the element uses the same method as that of the semiconductor laser according to the first embodiment. The electrodes on the wavelength control area of the first laser section are all short-circuited on the element,
The electrodes on the wavelength control region of the second laser section are all short-circuited on the device. The electrodes on all the active waveguide layers are short-circuited on the device. As a result, a current can be injected into each region by bonding the bonding wires to a total of three locations.
【００３６】図４は活性層駆動電極−共通電極間に一定
の電流Ｉａを流してレーザ発振させた後、第１の波長制
御電極−共通電極間には電流を流さず、第２の波長制御
電極−共通電極間に流す電流Ｉ2 を変えたときの発振波
長の変化の様子を示したものである。本半導体レーザ
は、作用のところで記述した原理にしたがって動作し、
第１のレーザ部の反射ピークと第２のレーザ部の反射ピ
ークとが一致する波長付近で単一モード発振する。第２
のレーザ部の波長制御電流Ｉ2 を変化させると反射ピー
クの一致点が変わり、モード跳びを起こしながら波長が
短波長側に大きく変化する。１回のモード跳びによる波
長変化量は第１のレーザ部の反射ピーク間隔に等しく、
したがって繰り返し構造の周期Ｔ1 により定まる。この
例の場合、モード跳びによる波長変化量は約５ｎｍとな
っている。片方の波長制御電極への電流注入による波長
変化の方向は、２つのレーザ間における繰り返し周期Ｔ
1 およびＴ2 の大小関係により定まる。なお、第１のレ
ーザ部の波長制御電極のみ電流を流した場合には、逆に
長波長側に波長が変化し、その場合のモード跳びによる
波長間隔は第２のレーザ部の反射ピークの間隔に等しく
なる。FIG. 4 shows that after a constant current Ia flows between the active layer driving electrode and the common electrode to cause laser oscillation, no current flows between the first wavelength control electrode and the common electrode and the second wavelength control electrode - shows the manner of change in the oscillation wavelength when varying the current I 2 flowing between the common electrode. This semiconductor laser operates according to the principle described in the operation,
A single mode oscillation occurs near the wavelength where the reflection peak of the first laser unit and the reflection peak of the second laser unit coincide. Second
Match point of the reflection peaks with changing the wavelength control current I 2 of the laser unit changes the mode wavelength while causing a jump greatly changes to the short wavelength side of the. The wavelength change amount due to one mode jump is equal to the reflection peak interval of the first laser unit,
Therefore, it is determined by the period T 1 of the repeating structure. In the case of this example, the wavelength change amount due to the mode jump is about 5 nm. The direction of the wavelength change due to the current injection into one of the wavelength control electrodes is the repetition period T between the two lasers.
Determined by the magnitude relation of 1 and T 2. When a current is applied only to the wavelength control electrode of the first laser unit, the wavelength changes to the longer wavelength side. In this case, the wavelength interval due to the mode jump is the interval between the reflection peaks of the second laser unit. Is equal to
【００３７】第１の波長制御電極と第２の波長電極を短
絡して、同時に電流を流した場合、この例に示した半導
体レーザでは、繰り返し周期に対する活性導波路層の長
さの比、ならびに波長制御電極の比が、２つのレーザ部
で等しくなっているので、第１の実施例で示した図２の
ように連続的に波長を変化させることができる。さら
に、第１および第２の波長制御電極に流す電流を独立に
制御することにより、約５０ｎｍの波長帯の任意の波長
で発振させることができる。When the first wavelength control electrode and the second wavelength electrode are short-circuited and a current is caused to flow simultaneously, in the semiconductor laser shown in this example, the ratio of the length of the active waveguide layer to the repetition period, and Since the ratio of the wavelength control electrodes is equal in the two laser units, the wavelength can be continuously changed as shown in FIG. 2 shown in the first embodiment. Furthermore, by independently controlling the current flowing through the first and second wavelength control electrodes, it is possible to oscillate at an arbitrary wavelength in a wavelength band of about 50 nm.
【００３８】（実施例３）図５は本発明の第３の実施例
を示す断面構造図である。本実施例のレーザは、第２の
実施例に示したレーザとほぼ同様の構造であるが、繰り
返し構造中の波長制御電極が全て２つに分割されている
点が異なっている。図５において、３１は第１のレーザ
部、３２は第２のレーザ部を示し、６２は第１の波長制
御電極、７２は第２の波長制御電極、８２は第３の波長
制御電極である。第１のレーザ部の繰り返し構造の周期
Ｔ1 は６６．８μｍ、第２のレーザ部の繰り返し構造の
周期Ｔ2 は７１．４μｍとなっている。これに対応し
て、第１のレーザ部の反射ピーク間隔は約５ｎｍ、第２
のレーザ部の反射ピーク間隔は約４．７ｎｍとなる。活
性導波層と非活性導波路層の長さの比は第１のレーザ
部，第２のレーザ部とも１：２となっており、活性導波
路層の一部に周期２３９ｎｍの回折格子が部分的に形成
されている。回折格子形成部分の長さは繰り返し構造の
周期の２０％とし、高反射ピークの数は約１０本になっ
ている。以上の点は、第２の実施例で示したものと同じ
であるが、非活性導波路層上の電極が１：１の比率で２
分割されている点が異なっている。第１のレーザ部の各
周期構造における波長制御領域上の分割された電極のう
ちの１つは全て素子上で短絡されていて、第１の波長制
御電極を構成し、第２のレーザ部の各周期構造における
波長制御領域上の分割された電極のうちの１つも全て素
子上で短絡されて第２の波長制御電極を構成している。
そして、残りの波長制御領域上の電極は、全て素子上で
短絡されて第３の波長制御電極を構成している。さら
に、すべての活性導波路層上の電極は素子上で短絡され
ている。これにより、計４か所にボンディング・ワイヤ
を接着させることにより各領域へ電流を注入することが
できる。(Embodiment 3) FIG. 5 is a sectional structural view showing a third embodiment of the present invention. The laser of this embodiment has substantially the same structure as the laser shown in the second embodiment, except that the wavelength control electrodes in the repetitive structure are all divided into two. In FIG. 5, reference numeral 31 denotes a first laser unit, 32 denotes a second laser unit, 62 denotes a first wavelength control electrode, 72 denotes a second wavelength control electrode, and 82 denotes a third wavelength control electrode. . The period T 1 of the repeating structure of the first laser unit is 66.8 μm, and the period T 2 of the repeating structure of the second laser unit is 71.4 μm. Correspondingly, the interval between the reflection peaks of the first laser section is about 5 nm,
The reflection peak interval of the laser section is about 4.7 nm. The ratio of the length of the active waveguide layer to the length of the non-active waveguide layer is 1: 2 for both the first laser section and the second laser section, and a diffraction grating having a period of 239 nm is formed in a part of the active waveguide layer. Partially formed. The length of the portion where the diffraction grating is formed is 20% of the period of the repeating structure, and the number of high reflection peaks is about 10. The above points are the same as those shown in the second embodiment, except that the electrodes on the non-active waveguide layer are 2: 1 at a ratio of 1: 1.
The difference is that it is divided. One of the divided electrodes on the wavelength control region in each periodic structure of the first laser unit is all short-circuited on the element to constitute a first wavelength control electrode, One of the divided electrodes on the wavelength control region in each periodic structure is also short-circuited on the device to form a second wavelength control electrode.
Then, the electrodes on the remaining wavelength control regions are all short-circuited on the element to form a third wavelength control electrode. Furthermore, the electrodes on all active waveguide layers are shorted on the device. As a result, a current can be injected into each region by bonding bonding wires to a total of four locations.
【００３９】図６は活性層駆動電極−共通電極間に一定
の電流Ｉａを流してレーザ発振させた後、第１の波長制
御電極−共通電極間には電流を流さず、第２の波長制御
電極−共通電極間に流す電流Ｉ2 を固定して、第３の波
長制御電極−共通電極間に流す電流Ｉ3 を変えたときの
発振波長の変化の様子を示したものである。本半導体レ
ーザは、作用のところで記述したように、波長制御電流
Ｉ3 は共振器全体の各周期構造中に均一に注入されるた
め、反射ピークと共振縦モードが同じ量だけ変化し、モ
ード跳びを起こさずに連続的に波長が変化する。そし
て、第２の波長制御電極−共通電極間に流す電流Ｉ2 を
変えると、第２のレーザ部の反射ピークだけがシフトす
るため、第１のレーザ部と第２のレーザ部の反射ピーク
の一致点が変化して、モード跳びを起こしながら波長が
大きく変化する。この例の場合、モード跳びによる波長
変化量は約５ｎｍとなっている。FIG. 6 shows that after a constant current Ia flows between the active layer driving electrode and the common electrode to cause laser oscillation, no current flows between the first wavelength control electrode and the common electrode and the second wavelength control electrode - by fixing the current I 2 flowing between the common electrode, the third wavelength control electrode - shows the manner of change in the oscillation wavelength when varying the current I 3 flowing between the common electrode. This semiconductor laser, as described at the action, since the wavelength control current I 3 is uniformly injected into the periodic structure of the entire resonator, longitudinal mode resonance and the reflection peak change by the same amount, mode hopping The wavelength continuously changes without causing the phenomenon. Then, the second wavelength control electrode - Changing the current I 2 flowing between the common electrode, because only the reflection peak of the second laser part is shifted, the first laser part and the reflection peak of the second laser unit The coincident point changes, and the wavelength greatly changes while causing a mode jump. In the case of this example, the wavelength change amount due to the mode jump is about 5 nm.
【００４０】第３の実施例による半導体レーザでは、上
記のように、波長制御電流Ｉ2 により波長を約５ｎｍ毎
に大きく変化させ、波長制御電極Ｉ3 により波長を連続
的に細かく微調整することにより、約２５ｎｍの範囲で
波長を設定することが可能である。この例の半導体レー
ザでは、素調整用の電極と微調整用の電極というよう
に、機能別に電極が分れているため、第２の実施例の半
導体レーザよりも、さらに波長の制御が簡便になってい
る。[0040] In the semiconductor laser according to the third embodiment, as described above, greatly vary from about 5nm every wavelength by the wavelength control current I 2, successively to fine-tune the wavelength by the wavelength control electrode I 3 Can set the wavelength in the range of about 25 nm. In the semiconductor laser of this example, the electrodes are separated according to their functions, such as an element for elementary adjustment and an electrode for fine adjustment, so that the wavelength control is easier than in the semiconductor laser of the second embodiment. Has become.
【００４１】上記のように本発明にょる半導体レーザで
は、活性導波路層と非活性導波路層を交互に周期的に配
置し、回折格子を周期的に配置する点が異なるだけで、
通常の半導体レーザの作製法を用いて容易に作製するこ
とができる。なお、本実施例では、半絶縁性Ｆｅドープ
ＩｎＰによる埋め込み型レーザの例を示したが、ｐｎ逆
接合で電流阻止を行うタイプの埋め込み型レーザでもよ
い。また、ＧａＡｓを基板とした、より短波長で発振す
るレーザに対しても本発明が適用できることはいうまで
もない。As described above, the semiconductor laser according to the present invention differs only in that active waveguide layers and non-active waveguide layers are alternately and periodically arranged, and diffraction gratings are arranged periodically.
It can be easily manufactured by using a normal semiconductor laser manufacturing method. In this embodiment, an example of a buried laser made of semi-insulating Fe-doped InP has been described, but a buried laser of a type in which current is blocked by a pn reverse junction may be used. Further, it goes without saying that the present invention can be applied to a laser using a GaAs substrate and oscillating at a shorter wavelength.
【００４２】[0042]
【発明の効果】上記実施例で示したように、本発明によ
る半導体レーザは、１電極の電流制御で連続的に波長調
整が可能なレーザである。また、２電極の制御で１０ｎ
ｍを越える広い範囲の波長調整が可能なレーザを得るこ
とができる。As described above, the semiconductor laser according to the present invention is a laser whose wavelength can be continuously adjusted by controlling the current of one electrode. Also, 10n by controlling two electrodes
It is possible to obtain a laser whose wavelength can be adjusted in a wide range exceeding m.
【図１】本発明の第１の実施例による半導体レーザの示
す図で、（Ａ）は上部からみた平面図、（Ｂ）は上記平
面図に示すＸ−Ｘ′線断面図、（Ｃ）は上記平面図に示
すＹ−Ｙ′線断面図である。FIGS. 1A and 1B are views showing a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view seen from above, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along the line YY ′ shown in the plan view.
【図２】本発明の第１の実施例による半導体レーザの波
長変化特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a wavelength change characteristic of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施例による半導体レーザの断
面図である。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２の実施例による半導体レーザの波
長変化特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a wavelength change characteristic of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施例による半導体レーザの断
面図である。FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第３の実施例による半導体レーザの波
長変化特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a wavelength change characteristic of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
【図７】本発明の半導体レーザにおいて、発振波長の連
続的な制御方法を示す図で、（Ａ）は半導体レーザの構
造図、（Ｂ）は波長制御電極に電流を流す前の反射特
性、共振縦モードを示す図、（Ｃ）は波長制御電極に電
流を流したときの反射特性、共振縦モードを示す図であ
る。7A and 7B are diagrams showing a method of continuously controlling the oscillation wavelength in the semiconductor laser of the present invention, wherein FIG. 7A is a structural diagram of the semiconductor laser, FIG. 7B is a reflection characteristic before a current is applied to the wavelength control electrode, FIG. 7C is a diagram illustrating a resonance longitudinal mode, and FIG. 7C is a diagram illustrating a reflection characteristic and a resonance longitudinal mode when a current is applied to the wavelength control electrode.
【図８】本発明の半導体レーザにおいて、発振波長を大
きく変化させる方法を示す図で、（Ａ）は波長制御電極
に電流を流す前の２つのレーザ部各々の反射特性、２つ
のレーザ部を合わせた反射特性、および共振縦モードを
示す図であり、（Ｂ）は第２のレーザ部の波長制御電極
にのみ電流を流したときの２つのレーザ部各々の反射特
性、２つのレーザ部を合わせた反射特性、および共振縦
モードを示す図である。8A and 8B are diagrams illustrating a method of greatly changing an oscillation wavelength in a semiconductor laser according to the present invention. FIG. 8A illustrates reflection characteristics of two laser units before a current is applied to a wavelength control electrode. It is a figure which shows the combined reflection characteristic and resonance longitudinal mode, (B) shows the reflection characteristic of each of two laser parts when an electric current flows only to the wavelength control electrode of a 2nd laser part, and shows two laser parts. It is a figure which shows the combined reflection characteristic and resonance longitudinal mode.
【図９】従来の二重導波路型レーザ（ＴＴＧレーザ）の
断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional double waveguide laser (TTG laser).
【図１０】従来の分布反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）の
断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a conventional distributed reflection laser (DBR laser).
１ 活性層駆動電極 ２ 波長制御電極 ３ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ４，４３ ｐ型ＩｎＰ光閉じ込め層 ５，４４ 活性導波路層，活性層 ６，４５ 非活性導波路層，波長制御層 ７，４６ 回折格子 ８ ｎ型ＩｎＰ光閉じ込め層，ｎ型ＩｎＰ基板 ９，４８ ｎ型共通電極 １０ 半絶縁性ＦｅドープＩｎＰ電流阻止層 ２１ 主反射ピーク ２２ 副反射ピーク ２３ 包絡関数 ２４ 共振縦モード ２５ レーザ発振モード ２６ 第１のレーザ部の反射ピーク ２７ 第２のレーザ部の反射ピーク ３１ 第１のレーザ部 ３２ 第２のレーザ部 ４７ ｎ型ＩｎＰスペーサ層 ４９ ｎ型光閉じ込め層 ５０ 位相調整電極 ６２ 第１の波長制御電極 ７２ 第２の波長制御電極 ８２ 第３の波長制御電極 Reference Signs List 1 active layer drive electrode 2 wavelength control electrode 3 p-type InGaAsP contact layer 4,43 p-type InP light confinement layer 5,44 active waveguide layer, active layer 6,45 non-active waveguide layer, wavelength control layer 7,46 diffraction Lattice 8 n-type InP light confinement layer, n-type InP substrate 9, 48 n-type common electrode 10 semi-insulating Fe-doped InP current blocking layer 21 main reflection peak 22 sub-reflection peak 23 envelope function 24 resonance longitudinal mode 25 laser oscillation mode 26 Reflection peak of first laser section 27 Reflection peak of second laser section 31 First laser section 32 Second laser section 47 n-type InP spacer layer 49 n-type optical confinement layer 50 Phase adjustment electrode 62 first wavelength Control electrode 72 Second wavelength control electrode 82 Third wavelength control electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−202324（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-7-202324 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50
Claims (4)
的屈折率が大きい光導波路層と、該光導波路層より屈折
率が小さい光閉じ込め層とをそれぞれ１層以上含む直線
光導波路を有する半導体レーザであって、 前記光導波路層は、発振波長帯の光に対して光学的利得
を有する活性領域と光学的利得を持たない非活性領域と
が、光の伝搬方向に沿って交互に繰り返す周期Ｔの周期
構造を有し、 前記光導波路層は、回折格子が形成された領域と回折格
子が形成されていない領域とが、交互に繰り返す前記周
期Ｔの周期構造を有し、 前記活性領域および前記非活性領域の上方にそれぞれ独
立に電流を注入するための電極が設けられており、前記
活性領域の電極どうしが短絡され、かつ前記非活性領域
の電極どうしが短絡されていることを特徴とする半導体
レーザ。1. A semiconductor having, on a semiconductor substrate, a linear optical waveguide including at least one optical waveguide layer having an optical refractive index larger than that of the semiconductor substrate and at least one optical confinement layer having a lower refractive index than the optical waveguide layer. A laser, wherein the optical waveguide layer has a period in which an active region having an optical gain and a non-active region having no optical gain for light in an oscillation wavelength band are alternately repeated along the light propagation direction. The optical waveguide layer has a periodic structure of the period T in which a region where a diffraction grating is formed and a region where a diffraction grating is not formed are alternately repeated. Electrodes for independently injecting currents are provided above the non-active regions, and electrodes of the active region are short-circuited, and electrodes of the non-active region are short-circuited. Do Semiconductor laser.
的屈折率が大きい光導波路層と、該光導波路層より屈折
率が小さい光閉じ込め層とをそれぞれ１層以上含む直線
光導波路において、 前記光導波路層は、発振波長帯の光に対して光学的利得
を有する活性領域と光学的利得を持たない非活性領域と
が、光の伝搬方向に沿って交互に繰り返す周期Ｔの周期
構造を有し、 前記光導波路層は、回折格子が形成された領域と回折格
子が形成されていない領域とが、交互に繰り返す前記周
期Ｔの周期構造を有する半導体レーザであって、 該半導体レーザが同一の半導体基板上に２つ直列に接続
されていて、第１の半導体レーザの周期構造の周期Ｔ１
と、第２の半導体レーザの周期構造の周期Ｔ２とが異な
る長さであり、 かつ、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レー
ザの周期構造における１周期中の前記活性領域と前記非
活性領域の長さの比が等しいことを特徴とする半導体レ
ーザ。2. A linear optical waveguide comprising, on a semiconductor substrate, at least one optical waveguide layer having an optical refractive index larger than that of the semiconductor substrate and one or more optical confinement layers having a refractive index smaller than that of the optical waveguide layer. The optical waveguide layer has a periodic structure having a period T in which an active region having an optical gain and an inactive region having no optical gain for light in an oscillation wavelength band are alternately repeated along the light propagation direction. The optical waveguide layer is a semiconductor laser having a periodic structure of the period T in which a region where a diffraction grating is formed and a region where a diffraction grating is not formed are alternately repeated. The two are serially connected on the semiconductor substrate, and the period T 1 of the periodic structure of the first semiconductor laser is
When the period T 2 of the periodic structure of the second semiconductor laser are different lengths, and the active region in one period in the periodic structure of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser and the A semiconductor laser, wherein the length ratios of the inactive regions are equal.
て、 前記活性領域および前記非活性領域の上方にそれぞれ独
立に電流を注入するための電極が設けられており、 前記第１の半導体レーザの前記非活性領域の電極どうし
が短絡され、前記第２の半導体レーザの前記非活性領域
の電極どうしが短絡され、かつ、前記第１の半導体レー
ザおよび前記第２の半導体レーザの前記活性領域の電極
どうしが短絡されていることを特徴とする半導体レー
ザ。3. The semiconductor laser according to claim 2, further comprising an electrode for independently injecting a current above the active region and the non-active region. The electrodes in the non-active region are short-circuited, the electrodes in the non-active region of the second semiconductor laser are short-circuited, and the electrodes in the active region of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser are connected. Wherein the semiconductor laser is short-circuited.
て、 前記活性領域および前記非活性領域の上方にそれぞれ独
立に電流を注入するための電極が設けられており、 前記非活性領域の電極は、同じ分割比で２つに分割され
て、第１の組の非活性領域用電極と第２の組の非活性領
域用電極とを形成し、 前記第１の半導体レーザの前記第１の組の非活性領域用
電極どうしが短絡され、前記第２の半導体レーザの前記
第１の組の非活性領域用電極どうしが短絡され、かつ、
前記第１の半導体レーザおよび前記第２の半導体レーザ
の前記第２の組の非活性領域用電極どうしが短絡され、 前記第１の半導体レーザおよび前記第２の半導体レーザ
の前記活性領域の電極どうしが短絡されていることを特
徴とする半導体レーザ。4. The semiconductor laser according to claim 2, wherein electrodes for independently injecting a current are provided above the active region and the non-active region, respectively. The first set of non-active area electrodes and the second set of non-active area electrodes are divided into two at the same split ratio, and the first set of the first set of semiconductor lasers is formed. The non-active area electrodes are short-circuited, the first set of non-active area electrodes of the second semiconductor laser are short-circuited, and
The second set of inactive region electrodes of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser are short-circuited to each other, and the electrodes of the active region of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser are shorted to each other. Wherein the semiconductor laser is short-circuited.
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