JP4288953B2 - 波長可変半導体レーザ - Google Patents
波長可変半導体レーザ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4288953B2 JP4288953B2 JP2003027141A JP2003027141A JP4288953B2 JP 4288953 B2 JP4288953 B2 JP 4288953B2 JP 2003027141 A JP2003027141 A JP 2003027141A JP 2003027141 A JP2003027141 A JP 2003027141A JP 4288953 B2 JP4288953 B2 JP 4288953B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical waveguide
- waveguide region
- region
- wavelength
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、幹線系の電話交換網等で利用される光ファイバー通信技術、特に異なる波長のレーザ光を同時に信号伝送に利用する波長多重光通信技術で必要とされる広帯域の波長可変半導体レーザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の多電極DBR(Distributed Bragg Reflectors)構造を具備した波長可変半導体レーザの一例として、回折格子部にいわゆる超周期構造回折格子(SSG:Super-Structure-Grating)DBRを用いたSSG−DBR波長可変半導体レーザについて説明する。図11は、非特許文献1で報告された従来のSSG−DBR波長可変半導体レーザの構成を示した模式図であって、波長可変半導体レーザの光軸に平行方向の断面図を示す。
【0003】
図11中、101は活性領域、102は前方光導波領域、103は後方光導波領域、104は位相制御領域、105はInGaAsPからなる光導波路、106はn型InP基板、107はn型InPクラッド層、108はp型InPクラッド層、109はp型InGaAsPコンタクト層、113はn型電極、114a、114b、114c、114dはp型電極、115は光共振器の前方端面(レーザ光出射端面)から出射するレーザ光、121および122は前方SSG−DBRミラーおよび後方SSG−DBRミラーの回折格子ピッチ変化、つまり変調の一周期、をそれぞれ示す。
【0004】
ここで、SSG−DBRミラーとは、所定の距離間の一端から他端へと回折格子のピッチをΛaからΛbまで線形に連続的に変化(リニアチャーピング)させた部分を一周期Λsとして複数周期繰り返した周期構造を指す。SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルは波長λa=2neq×Λaからλb=2neq×Λbまでの波長域にわたって波長間隔δλ=λ0 2/(2neq×Λs)、で複数の反射ピークを有する。ここで、neqは光導波路の等価屈折率、λ0は中心波長である。
【0005】
従来の波長可変半導体レーザにおける前方光導波領域102を構成する前方SSG−DBRミラーおよび後方光導波領域103を構成する後方SSG−DBRミラーでは、上述の前方SSG−DBRミラー中の一周期121および後方SSG−DBRミラー中の一周期122がそれぞれ複数周期繰り返されている(繰り返しについては図示せず)。SSG-DBR波長可変半導体レーザでは、上述の一周期121の距離に対して一周期122の距離を変える方法によって、前後のSSG−DBRミラーの反射ピークの波長間隔を互いにわずかに異なるように設計している。
【0006】
次に、図11に示した従来のSSG−DBR波長可変半導体レーザの動作について説明する。図11に示すように、光導波路105は、活性領域101、前方光導波領域102、後方光導波領域103および位相制御領域104を合わせて一体となるよう構成している。各領域の上部には、それぞれ電気的に分離されたp型電極114a,114b,114c,114dが設けられている。活性領域101上に設置されたp型電極114bと半導体基板106の裏面側に設けられたn型電極113の間に順方向バイアス電圧を印加することにより、活性層電流が活性領域101に注入され、活性領域101において広い波長範囲にわたる自然放出光が発生する。
【0007】
かかる自然放出光は光共振器内に形成されている光導波路105を伝播しながら、前方光導波領域102に形成された前方SSG−DBRミラーおよび後方光導波領域103に形成された後方SSG−DBRミラーによって繰返し反射、増幅されるとともに、前方光導波領域102あるいは後方光導波領域103と、さらに位相制御領域104への電流注入による各領域毎の屈折率制御によって最終的に任意の一波長が選択、制御され、ある閾値電流において単一波長でレーザ発振する。
【0008】
従来の波長可変半導体レーザのレーザ発振波長制御について、さらに詳細に説明する。図12(a)は、前方光導波領域102および後方光導波領域103に電流注入を行わない場合の各領域内にそれぞれ形成された前方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルと後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルを示し、図12(b)は、後方光導波領域103に電流注入を行った場合の後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルを、電流注入していない前方光導波領域102の前方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルと比較して示したものである。図において、横軸は波長、縦軸は反射率を示し、λ1は前方光導波領域102および後方光導波領域103のいずれにも電流注入を行わない場合に前後のSSG−DBRミラーの反射ピークが一致する波長を、また、λ2は後方光導波領域103に電流注入を行った場合に前後のSSG−DBRミラーの反射ピークが一致する波長をそれぞれ示している。これらの反射ピークスペクトルは、一般にSSG−DBR波長可変半導体レーザの特徴である互いに強度の異なる複数の極めて線幅の狭い反射ピークから成っている。
【0009】
上述したように、前方SSG−DBRミラー制御電流と後方SSG−DBRミラー制御電流が共にゼロである初期状態では、前方光導波領域102および後方光導波領域103にそれぞれ形成された前方および後方SSG−DBRミラーの反射ピークが一致する波長はλ1となる。この結果、波長λ1の光は前後のSSG−DBRミラーで強い反射を受けるので、波長λ1における損失は他の波長光に比べて極めて小さくなる。すなわち、波長λ1における光の利得が他の波長と比較して相対的に増大し、この結果、波長可変半導体レーザは波長λ1でレーザ発振に至る。なお、前方および後方SSG−DBRミラーの反射ピークが一致する波長がλ1のみで近傍の他の反射ピークとは一致しないのは、両者の一周期121,122それぞれの距離の相違に基づいた回折格子のピッチの相違に起因した前後ミラー間における反射ピークスペクトルの波長間隔の微妙なずれのため、あたかもバーニアの目盛りのように特定箇所だけでしか一致しないからである。SSG−DBR波長可変半導体レーザのレーザ発振波長を変化させるには、図12(b)に例示したように、前方光導波領域102または後方光導波領域103のどちらか一方あるいは両方に順方向バイアス電圧を印加して、かかる領域に電流注入を行ない、この電流注入によって前方光導波領域102および/または後方光導波領域103の屈折率を等価的に変化させる。電流注入により屈折率を変化させることによって相対的に利得の大きな波長が短波長側にシフトし、この光が光導波路105内を伝播、増幅して、最終的に前方および後方SSG−DBRミラーの反射ピークが一致する波長λ2でレーザ発振する。このような手段、つまりSSG−DBRミラーが形成された光導波領域に電流を注入し、かかる電流注入レベルを制御して光導波領域の屈折率を意図的に変化させることにより、波長可変半導体レーザのレーザ発振波長を制御性良く変化させることが可能となる。SSG−DBRミラーの特徴としては、各反射ピーク強度が比較的高くとれる点にある。特に後述するSG−DBRミラーに対してかかる効果は顕著である。
【0010】
また、SSG-DBRと類似した波長可変半導体レーザ用ミラーとして、例えば、非特許文献2に報告されているサンプルド・グレーティング−DBR、つまりSG−DBRがある。SG−DBRとは一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返した構造を指す。なお、回折格子部の回折格子は通常の均一ピッチのものである。
【0011】
図13にSG−DBR波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面図を示す。SG−DBR波長可変半導体レーザは、上述のSSG−DBR波長可変半導体レーザに対して、前後の光導波領域102,103を構成するミラーがSG−DBRである点でのみ相違する。SG−DBRミラーの特徴としては、一対の回折格子部と非回折格子部を一周期とし、かかる部分を複数周期繰り返して光導波領域を形成した結果、反射ピークスペクトルに周期的な反射ピークが発生する点にある。因みに、通常の均一ピッチのみの回折格子からなる光導波領域、すなわちDBRミラーでは反射ピークは一つだけであり、この点で両者は顕著に相違する。しかしながら、SG−DBRミラーでは各反射ピーク強度が高くとれず、また、各強度自体がそれぞれの反射ピークで異なっている。具体的には、SG−DBRミラーの反射ピークスペクトルは、中央の反射ピークから両側に向かって単調に減少するスペクトル形状を呈している。
【0012】
【非特許文献1】
H.Ishii他, 量子エレクトロニクスジャーナル(IEEE Journal of Quantum Electronics), 32巻, 3号, 1996年, p. 433-441
【非特許文献2】
V. Jayaraman他, 量子エレクトロニクスジャーナル(IEEE Journal of Quantum Electronics), 29巻, 6号, 1993年, p. 1624-1834
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
図12では、上述したように、従来のSSG-DBR波長可変半導体レーザにおける前後のSSG-DBRミラーの反射ピークの波長依存性を示している。SSG-DBR波長可変半導体レーザでは、上述したように、前方光導波領域102の一周期121の距離に対して後方光導波領域103の一周期122の距離を変える方法等によって、前後のSSG−DBRミラーの反射ピークの波長間隔を互いにわずかに異なるように設計している。前後のSSG−DBRミラー領域、すなわち前方光導波領域102や後方光導波領域103に電流を注入して屈折率を低下させて反射ピークを短波長側にシフトさせ、前後のSSG−DBRミラーの反射ピークが一致する波長を変える方法、つまりいわゆるバーニア効果を適用した方法によってレーザ発振波長を変化させていた。
【0014】
しかしながら、SSGモード毎に反射ピーク強度がランダムに変動しているため、上述のバーニア効果を適用してレーザ発振波長を変える際に、本来意図していない他のSSGモードでのレーザ発振とのモード間競合が起こり得た。したがって、前方SSG−DBRミラーへの注入電流(if)と後方SSG−DBRミラーへの注入電流(ir)を変えた場合に、レーザ発振波長が素子温度や注入電流の変動によって不規則に変動する可能性が高かった。また、かかる反射ピーク強度のランダムな変動により、一部の波長域において連続的に変化しにくい問題も生じた。
【0015】
従来のSSG−DBR波長可変半導体レーザにおいて、SSG−DBRミラーをなす回折格子の一周期121、122の繰り返し周期を増加して反射率を十分に高めることにより、反射ピーク強度の均一化を図ることも可能であるが、この場合、前方SSG-DBRミラーの反射率を高くすると外部へ取り出すことのできるレーザ光出力115が低下し、微分量子効率も低下する問題が生じた。また、前方光導波領域102を長くすると、電流注入を行った際にフリーキャリア吸収やキャリア再結合の影響によって、レーザ発振線幅が広がる問題も新たに発生した。 一方、前後の光導波領域がSG−DBRミラーの場合、SSG−DBRミラー構造に比べて各反射ピークの反射ピーク強度が高く取れず、さらに中央の反射ピークから両側に向かって反射ピーク強度は単調に減少にしているので、反射ピークスペクトルが波長全体として平坦ではないため、SSG−DBRミラーに比べて波長可変域が狭いという問題があった。
【0016】
この発明は、上述のような従来の波長可変半導体レーザで発生した問題点を解決するためになされたものであり、波長可変時の波長安定性や低閾値電流等の素子特性に優れた波長可変半導体レーザを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る波長可変半導体レーザは、半導体基板と、上記半導体基板上に形成されたクラッド層と、上記クラッド層上に形成された光導波路と、上記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、上記光導波路の一部で上記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、を備えることとした。
【0018】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザは、第1導電型の半導体基板と、上記半導体基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、上記クラッド層上に形成された光導波路と、上記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、上記光導波路の一部で上記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、上記光導波路上に形成された高抵抗層と、上記前方光導波領域上の高抵抗層中に上記光導波路に沿って形成された屈折率制御層と、上記前方光導波領域上の高抵抗層の上部に形成された第1導電型の第1コンタクト層と、上記光導波路の両側面にそれぞれ形成された第2導電型の埋め込み層と、上記第2導電型の埋め込み層上に形成された第2導電型の第2コンタクト層と、上記前方光導波領域と上記後方光導波領域の境界上の高抵抗層中に設けられた分離溝と、上記半導体基板の裏面側に形成された第1電極と、上記第1コンタクト層上に形成された第2電極と、上記第2コンタクト層上に形成された第3電極と、を備えることとした。
【0019】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザは、上記分離溝の深さ方向に上記分離溝底部から上記第1導電型のクラッド層に達するイオン注入による高抵抗領域を設けることとした。
【0020】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザは、上記屈折率制御層が、さらに上記後方光導波領域上の高抵抗層中にも設けられることとした。
【0021】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザは、半絶縁性の半導体基板と、上記半導体基板上に形成された半絶縁性のクラッド層と、上記クラッド層上に形成された光導波路と、上記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、上記光導波路上に形成された高抵抗層と、上記光導波路の一部で上記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、上記光導波路の両側面にそれぞれ形成された第1導電型の埋め込み層および第2導電型の埋め込み層と上記第1導電型の埋め込み層上に形成された第1電極と、上記第2導電型の埋め込み層上に形成された第2電極と、上記前方光導波領域および上記後方光導波領域上部の上記高抵抗層上に絶縁膜を介してそれぞれ形成された薄膜ヒータと、上記前方光導波領域と上記後方光導波領域の境界上の高抵抗層中に設けられた分離溝と、を備えることとした。
【0022】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザは、上記半導体基板、上記クラッド層および埋め込み層がインジウム燐(InP)からなることとした。
【0023】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザは、上記前方光導波領域の結合定数が上記後方光導波領域の結合定数より小さいこととした。
【0025】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
実施の形態1の波長可変半導体レーザについて、図1に基づき説明する。図1(a)は、実施の形態1の波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面図、(b)はレーザ光軸に垂直方向で前方光導波領域を含む部分における断面図、(c)は上面図、をそれぞれ示す。図中、1は活性領域を兼ねたSGミラーを具備する前方光導波領域、1aは前方光導波領域に設けられたSGミラー中の回折格子部、1bはSGミラー中の一対の回折格子部と非回折格子部を併せて一単位とした場合の一周期、2はSSG−DBRミラーを具備する後方光導波領域、2aはSSG−DBRミラーの回折格子のピッチ変化、つまり変調に対する一周期、3はInGaAsPからなる光導波路、4はn型InP基板、5はn型InPクラッド層、6はp型InP埋め込み層、7は屈折率制御層、7a、b、cは高抵抗InP層、8aはn型InP第1コンタクト層、8bはp型InGaAsP第2コンタクト層、9は第1のn型電極(第1電極)、10はp型電極(第3電極)、11は第2のn型電極(第2電極)、12は分離溝、13は波長可変半導体レーザの出射端面から外部に出射されたレーザ光、をそれぞれ示す。SGミラーあるいはSSG−DBRミラーはInGaAsPからなる光導波路3に所望の形状の回折格子をエッチング等の方法によって形成することにより設けられる。なお、図1(c)から分かるように、p型電極10は前方光導波領域1側上部と後方光導波領域2側上部の各領域毎に設けられているが、第2のn型電極11は前方光導波領域1側上部のみに設けられている。
【0026】
なお、上述の波長可変半導体レーザの構成材料としては、InP基板上に形成されたInGaAsP系の化合物半導体を用いている。かかる化合物半導体を構成材料とすると、光通信の光源として重要な長波長帯の波長可変半導体レーザが得られる。
【0027】
次に、本発明に係る実施の形態1の波長可変半導体レーザの動作について説明する。活性領域を兼ねたSGミラーを有する前方光導波領域1側上部に電気的に分離して設置されたp型電極10と半導体基板4の裏面側に形成されたn型電極9との間に順方向バイアス電圧を印加することにより、活性層電流が活性領域を兼ねた前方光導波領域1に注入され、前方光導波領域1中で、広い波長範囲にわたる自然放出光が発生する。かかる自然放出光はInGaAsPからなる光導波路3を伝播しながら、前方光導波領域1に設けられたSGミラーおよび後方光導波領域2に設けられたSSG−DBRミラーによって繰返し反射、増幅されるとともに、前方光導波領域1と後方光導波領域2への電流注入の制御によって、最終的に任意の一つの波長が選択、制御され、ある閾値電流において単一波長でレーザ発振する。
【0028】
次いで本発明に係る実施の形態1における波長可変半導体レーザのレーザ発振波長制御について、詳細に説明する。
【0029】
まず、前方SGミラーと後方SSG−DBRミラーの機能について説明する。図2(a)は、前方光導波領域1および後方光導波領域2に電流注入を行わない場合の各光導波領域1、2内にそれぞれ生じる前方SGミラーの反射ピークスペクトルと後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルであり、図2(b)は、後方光導波領域2に電流注入を行った場合の後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルを、電流注入していない前方SGミラーの反射ピークスペクトルと比較して示したものである。図において、横軸は波長、縦軸は反射率を示す。図からわかるように、極めて線幅の狭い個々の反射ピークが一定の波長間隔で並んでいる様相を呈している。図中、λ1は前方光導波領域1および後方光導波領域2のいずれも電流注入を行わない場合に前後のミラーの反射ピークスペクトルが一致する波長を、また、λ2は後方光導波領域2に電流注入を行った場合に前後のミラーの反射ピークスペクトルが一致する波長をそれぞれ表している。前方光導波領域1における反射ピークスペクトルは、SGミラーに特有の反射ピークスペクトル、すなわち、反射ピーク強度が中央の反射ピークから両側に向かって単調に減少する形状を呈している。
【0030】
上述したように、図2(a)は、前方SGミラー注入電流と後方SSG−DBRミラー注入電流が共にゼロである初期状態の反射ピークスペクトルを表す。この場合、前方光導波領域1および後方光導波領域2にそれぞれ設けられた前方SGミラーと後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルが一致する波長はλ1となる。波長λ1における損失は、他の波長の光に比べて極めて小さくなるので、波長λ1の光の利得が相対的に増大し、この結果、本実施の形態の波長可変半導体レーザは波長λ1でレーザ発振に至る。
【0031】
本実施の形態における波長可変半導体レーザのレーザ発振波長を意図的に変化させるには、前方光導波領域1側または後方光導波領域2側のどちらか一方あるいは両方に順方向バイアス電圧を印加して各領域に電流注入を行い、フリーキャリア・プラズマ効果によって前方光導波領域1および/または後方光導波領域2の屈折率を等価的に変化させる。但し、前方光導波領域1には、レーザ発振に寄与する活性層電流を流しておく必要がある。
【0032】
図2(b)に一例として示したのは、後方光導波領域2にのみ電流注入を行った場合である。後方SSG−DBRミラーにおける電流注入による屈折率の低下によって、後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルは短波長側にシフトし、前方SGミラーと後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルが一致する波長は電流注入の無い場合の波長λ1から波長λ2へとシフトし、波長λ2の光が光導波路3内を伝播、増幅されて最終的にかかる波長λ2でレーザ発振に至る。前方光導波領域1のみに電流注入を行った場合や、前方光導波領域1および後方光導波領域2の両方に電流注入を行った場合も同様にしてレーザ発振波長を変えることができる。以上の如く、前後の光導波領域1、2の一方あるいは両方に電流注入し、電流注入レベルを制御して屈折率を変化させることによって、任意にレーザ発振波長を変えることが可能となる。
【0033】
図2(b)は上述した如く、実施の形態1に係る波長可変半導体レーザの前後のミラーの回折格子の反射ピークの波長依存性を示しているが、前方SGミラーの場合には、反射ピークは中央モードを極大値として両側で単調に減少しているのに対し、後方SSG-DBRミラーに関してはSSGの周期を所定回数以上設けて反射率をなるべく大きく設定することより、中央付近の複数の反射ピーク強度をほぼ一定に揃えている。
【0034】
前方光導波領域1側では、電流注入方法は2通りある。すなわち、p型電極10と第1のn型電極9間に順方向のバイアス電圧を印加する方法と、p型電極10と第2のn型電極11間に順方向のバイアス電圧を印加する方法である。前者による屈折率変化は注入電流密度が発振閾値電流密度に到達して前方光導波領域中のキャリア密度がクランプされるまで継続し、後者は前者とは独立に当該領域の屈折率変化に寄与できる。かかる2通りの電流注入方法を併用することにより、レーザ発振に寄与する電流と屈折率変化に寄与する電流を独立に制御でき、より安定な波長制御が可能となる。この結果、電流注入による波長制御性が向上し、波長可変半導体レーザの制御回路が簡素化される効果も併せて生じる。
【0035】
次に、実施の形態1の波長可変半導体レーザにおけるSCH(Separate-Confinement-Heterostructure)構造について説明する。
【0036】
上述の波長可変半導体レーザにおける前方光導波領域1側の部分では、n型InP基板4に対して垂直方向には、n型InP基板4、n型InPクラッド層5、多重量子井戸からなるInGaAsPからなる光導波路3、高抵抗InP層7a、屈折率制御層7、高抵抗InP層7b、という層構成となっている。かかる層構成では、図3のような屈折率プロファイルが得られ(多重量子井戸部分については図示せず)、いわゆるSCH構造をなしている。なお、屈折率の変化は各層における化合物半導体の構成元素の組成比が異なることに起因する。ここで、屈折率制御層7は、屈折率を変えることで光の閉じ込め係数を意図的に変化させて、SCH構造の等価屈折率を本来の値からシフトさせる機能を果たしている。
【0037】
上述のSCH構造を適用することにより、縦モードの安定性に優れ、かつ高出力動作時に狭線幅である波長可変半導体レーザが得られる。
【0038】
実施の形態1の波長可変半導体レーザの前方光導波領域1に設けられたSGミラーによって、前方光導波領域1の結合定数κ1が決定される。結合定数κ1は、回折格子部分1aのピッチや高さ、SGミラー中の一対の回折格子部と非回折格子部を併せて一単位とした場合の一周期1bによって値を変えることができる。
【0039】
一方、後方光導波領域2に設けられたSSG-DBRミラーによって、後方光導波領域2の結合定数κ2が決定される。結合定数κ2は、結合定数κ1と同様、回折格子のピッチ等によって値を変えることができる。
【0040】
実施の形態1の波長可変半導体レーザでは、結合定数κ1と結合定数κ2は、κ1<κ2
の関係を満たすように回折格子のピッチ等を予め設定する。かかる関係が成立すれば、前方ミラーの反射率に比べて後方ミラーの反射率を高めることが可能となり、また、反射ピーク波長位置を調整して前後ミラー領域における光の伝搬定数がほぼ一致する波長でレーザ発振させることができるので、BIGレーザの場合と同様に前面からの光出力割合を多くすることができ、この結果、高出力かつ高効率動作の波長可変半導体レーザが得られる。
【0041】
前方SGミラーと後方SSG−DBRミラーの回折格子間には、さらにλ/4の位相シフトが設けられている。この結果、前進波と後退波とを回折格子のブラッグ波長において位相整合させることができ、安定した単一縦モード動作が可能となる。
【0042】
以上、本実施の形態の波長可変半導体レーザでは、前方SGミラーには、上述したように、その性質上波長に対して反射ピーク強度の極大が存し、かかる極大値の両側では反射ピーク強度は単調に減少しているため、SSG−DBRミラーのような反射ピークスペクトルのランダムな変動がない結果、従来のSSG−DBRミラーのみで構成された波長可変半導体レーザと比較して安定にレーザ発振波長を制御することが可能となる。また、従来のSG−DBRミラーのみで構成された波長可変半導体レーザに比べて、後方がSSG−DBRミラーで構成されている分、後方反射率を高くとれるので、より低い閾値電流でレーザ発振し、かつ、効率の高い波長可変半導体レーザが得られ、さらに、SCH構造の適用により、縦モードの安定性に優れ、かつ高出力動作時に狭線幅の波長可変半導体レーザが得られる。
【0043】
また、本実施の形態の波長可変半導体レーザでは、前方光導波領域に電流を注入することによりかかる領域の屈折率と光出力を、後方光導波領域に電流を注入することによりかかる領域の屈折率をそれぞれ独立に制御できる結果、電流注入による波長制御性が向上し、波長可変半導体レーザの制御回路が簡素化される効果が生じる。
さらに、本実施の形態の波長可変半導体レーザでは、前方光導波領域がSGミラーと活性領域の両方の機能を兼ね備えているので、両者を別個に形成する素子構造より、素子面積の減少や注入電流の低減といった効果が生じる。
【0044】
実施の形態2.
本発明の実施の形態2における波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面を図4(a)に、レーザ光軸に垂直方向で前方光導波領域を含む部分における素子断面を(b)に示す。図中、図1と同様の部分は同一符号で示す。15はイオン注入による高抵抗領域を示す。
【0045】
実施の形態1の波長可変半導体レーザにおいては、前方光導波領域1と後方光導波領域2に注入される電流を別個に制御すべく、両者の間には分離溝12が設けられていた。しかしながら、分離溝12部分は高抵抗InP層7bが薄くなっているものの、前方光導波領域1から後方光導波領域2の境界上で未だ高抵抗InP層7bが連続的に形成されているため、分離溝12を設けているにもかかわらず前方光導波領域1と後方光導波領域2間は必ずしも完全に電気的に分離されている訳ではない。
【0046】
そこで、実施の形態2による波長可変半導体レーザでは、かかる電気的分離の度合いを一層高めるため、前方光導波領域1と後方光導波領域2の境界上の高抵抗層7b中に設けられた分離溝12の底部からn型クラッド層5中に達するイオン注入による高抵抗領域15を設けた。イオン注入された高抵抗領域15は本来の結晶の抵抗より高い抵抗値を示す。これは、イオン注入により結晶内部に結晶欠陥あるいは深い準位が形成され、かかる結晶欠陥等がキャリアの捕獲中心として機能するからである。このような効果をもたらすイオン種としては、例えばプロトン(H+)、酸素(O)、鉄(Fe)等が挙げられる。イオン注入による高抵抗領域15の存在によって、前方光導波領域1側から後方光導波領域2側の高抵抗層7bへ、あるいはその逆方向へ流れる電流は著しく制限されるため、前方光導波領域1と後方光導波領域2の注入電流に対する独立性が向上する結果、電流注入による波長制御性がさらに向上し、波長可変半導体レーザの制御回路が一層簡素化される効果が生じる。なお、図4(a)中で、屈折率制御層7は、実施の形態1の場合と異なって後方光導波領域2側にも設けられている。しかしながら、実施の形態1の場合と同様、屈折率制御層7が後方光導波領域2側に設けられていない素子構造であっても同一の機能を発揮することはいうまでもない。
【0047】
実施の形態3.
本発明の実施の形態3における波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面を図5(a)に、レーザ光軸に垂直方向で前方光導波領域を含む部分における素子断面を(b)に示す。また、素子の上面図を図6に示す。実施の形態1の波長可変半導体レーザは、前方光導波領域1では表面側のp型電極10から裏面側の第1のn型電極9へと素子に対して垂直方向に電流が流れることも可能な素子構造であるのに対して、実施の形態3の波長可変半導体レーザでは、基板が半絶縁性InP基板31で構成され光導波路3下部のクラッド層としての機能もこの半絶縁性InP層が兼ねており、また、光導波路3の両側面にそれぞれp型InP埋め込み層32およびn型InP埋め込み層33が、光導波路3上部には高抵抗InP層34が、さらに、前方光導波領域1におけるp型InP埋め込み層32上にはp型電極35(第1電極)、n型InP埋め込み層33上にはn型電極36(第2電極)がそれぞれ設けられ、素子上部のp型電極35とn型電極36間に順方向のバイアス電圧を印加することにより、素子に対して水平方向に電流が流れる構造となっている。
【0048】
また、前方光導波領域1上方の主に高抵抗InP層34上に、シリコン酸化膜SiO2等からなる絶縁膜37aを介して白金(Pt)や金(Au)等の金属薄膜からなる薄膜ヒータ38aが、後方光導波領域2上方の高抵抗InP層34上に、シリコン酸化膜SiO2等からなる絶縁膜37bを介して白金(Pt)や金(Au)等の金属薄膜からなる薄膜ヒータ38bが、それぞれ設けられている。なお、薄膜ヒータ38aの一部がp型InP埋め込み層32あるいはn型InP埋め込み層33上に形成されても何ら問題なく、この場合も所望の機能を発揮する。
【0049】
次に、本実施の形態における波長可変半導体レーザの特徴的な部分である薄膜ヒータ38a、38bによる波長制御動作について詳述する。図7は初期状態(薄膜ヒータ38aをオフとし、後方光導波領域2に電圧を印加していない場合)における前方SGミラーおよび後方SSG−DBRミラーのそれぞれの反射ピークスペクトルを表し、図7において、43は前方SGミラーの反射ピークスペクトル、44は後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルをそれぞれ表す。また、図8は、波長可変時の前方SGミラーおよび後方SSG−DBRミラーの各反射ピークスペクトルを表し、45は前方SGミラーの反射ピークスペクトル、46は後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトル、47は前方SGミラーの反射ピークスペクトルの波長シフト量、48は後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルの波長シフト量を示す。
【0050】
初期状態において、図7に示すように前方SGミラーと後方SSG−DBRミラーの反射ピークは波長λ1において一致しているものとすると、レーザ発振波長もλ1となる。レーザ発振波長を意図的に変化させるには、前方SGミラーまたは後方SSG−DBRミラーの反射ピークを波長軸上で移動させる必要がある。半導体からなるDBRミラーの反射ピーク波長は、例えば、雑誌フォトニクス・テクノロジー・レターズ(S. L. Woodward et al. IEEE Photonics Technology Letters, vol. 4, No. 12, 1992, pp. 1330-1332)に報告されているように、DBR部分に通電加熱して屈折率を変えることによって、最大で10nm程度、長波長側にシフトさせることが可能である。
【0051】
本実施の形態の波長可変半導体レーザにおいて、前方光導波領域1側の薄膜ヒータ38aに通電することにより前方光導波領域1を加熱すると、図8に示すように、前方SGミラーの反射ピークスペクトル45は長波長側にシフトする。図8において、この場合における前方SGミラーの波長シフト47の大きさと向きを矢印で示す。
【0052】
一方、この場合にさらに後方光導波領域2側の薄膜ヒータ38bに通電することにより、後方光導波領域2を加熱すると、図8に示すように、後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトル46も長波長側にシフトする。この時の後方SSG−DBRミラーの波長シフトの大きさ48と向きを同じく矢印で示す。その結果、前方SGミラーと後方SSG−DBRミラーの反射ピークが一致する波長はλ2に変化し、レーザ発振波長もλ2となる。薄膜ヒータの加熱による波長シフト量は加熱の度合いに比例的に変化するので、両者の通電量を別個に制御することにより、所望の長波長シフト量を得ることが可能となる。
【0053】
以上説明したように、薄膜ヒータ38aへの通電加熱によって前方SGミラーの反射ピークスペクトルは波長軸上で長波長側に移動し、同様な方法によって、後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルも波長軸上で長波長側に移動する。これにより、本実施の形態3の波長可変半導体レーザでは、前方光導波領域1、2に対する加熱の相乗効果によって、より安定かつ制御性良くレーザ発振波長を所望の値に変えることができる。
【0054】
実施の形態4.
本発明の実施の形態4における波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面を図9に示す。図中、図5と同様の部分は同一符号で示す。38cは薄膜ヒータ、60は屈折率制御領域を示す。また、図10は、本発明の実施の形態4における波長可変半導体レーザ動作時の前方SGミラーおよび後方SSG−DBRミラーの各反射ピークスペクトルを表す。
【0055】
実施の形態4の波長可変半導体レーザでは、実施の形態3の波長可変半導体レーザの前方光導波領域1と後方光導波領域2の間に屈折率制御領域60を設けた点に特徴がある。本実施の形態の波長可変半導体レーザでは、上述のように後方光導波領域2と独立に屈折率可変な位相制御領域60を設けることによってセルフパルセーション動作と波長可変動作の両立を可能としたものである。すなわち、位相制御領域60に所定の電流を注入あるいは薄膜ヒータ38cによる加熱のいずれか一方または両方の手段によって位相制御領域60の屈折率を微調整することにより、セルフパルセーション動作の開始と停止を行わせることができる。
【0056】
ここで、セルフパルセーション動作について説明する。光ファイバ通信技術は、現代の情報化社会を支える重要なインフラストラクチャーである。従来、海底光ケーブルや都市間を結ぶ陸上幹線通信ネットワークを始めとして整備が進められ、急速な発展を遂げてきた。現在では、幹線系の1チャネル当たりの通信速度は10〜40Gbpsに及び、将来的には80〜160Gbps以上の超高速・大容量通信の実現も期待されている。
【0057】
現状のシステム構成では、ネットワークのノード部分において光信号を一旦電気信号に変換(E−O変換)して、リタイミング、波形整形を行った後に、再度光信号に変換(O−E変換)して送出している。しかしながら、数10Gbpsを超えるような超高速光通信システムでは、このような電気信号を介した制御で光信号を処理するのはもはや困難であった。すなわち、ノードにおける信号処理速度が次第にネットワーク全体の信号処理速度を制限するボトルネックになりつつあった。かかる問題点を解決し、超高速・大容量通信を実現するためのキー技術が全光信号処理である。
【0058】
全光信号処理では、技術的および経済的観点からネットワークノードに送られてきた光信号を電気信号に変換することなく光信号のままで波形整形や増幅を行った後に送り出す処理が求められている。光―光制御方式を用いた場合の利点として、電気回路のCR時定数により動作速度が制限されないこと、超短パルスの発生が可能な光パルスが直接利用可能な点が挙げられる。
【0059】
かかる全光信号処理の実現には各種光素子が必要となるが、特に短い光パルスを一定の周波数で持続させた光クロックパルスは必須であり、安定でジッタ、つまり時間軸での信号の揺らぎの少ない光クロックパルス発生素子の実現が求められている。半導体素子による光クロックパルスの発生は、ネットワークシステムの小型化や振動に対する堅牢さの観点からも重要である。
【0060】
高速動作可能な光クロックパルスを発生させる半導体レーザとして、パルセーション動作を行うセルフパルセーティングDFBレーザ(self-pulsating distributed feedback laser)が知られている。光クロックパルスを発生する半導体レーザでは、単にセルフパルセーション動作可能であるだけでなく、波長可変機能を具備することが望ましい。光通信で用いられる波長はいわゆるCバンドと呼ばれる幅30nm程度の範囲から選択されるので、異なる波長の入力信号光を波長可変範囲内の任意の波長に変換する波長変換機能をも一つの半導体レーザで受け持たせることができると、波長変換素子面積の縮小や低コスト化が可能となるからである。しかしながら、従来のセルフパルセーティングDFBレーザでは波長可変機能は実用上充分ではなく、波長可変範囲は極めて狭かった。
【0061】
実施の形態4の波長可変半導体レーザの動作を以下に説明する。なお、波長可変半導体レーザとしての動作は実施の形態3の波長可変半導体レーザとほぼ同一なので、本実施の形態の半導体レーザで特徴的なセルフパルセーション動作を主に説明する。
【0062】
実施の形態4の波長可変半導体レーザのような3電極構成では、上述したように、回折格子を設けた前方光導波領域1および後方光導波領域3の2つの活性領域が両者の間に設けられた位相制御領域60を挟んで集積されている。各領域はエッチングによる分離溝12で電気的に分離されており、独立に電流注入可能である。
【0063】
実施の形態4の波長可変半導体レーザのセルフパルセーションの繰り返し周波数は、SGミラーから成る前方光導波領域1、SSG−DBRミラーから成る後方光導波領域2への直流的な注入電流によって調整可能である。
【0064】
実施の形態4の波長可変半導体レーザは、以下に説明する分散性自己Qスイッチング(dispersive self Q-switching)の原理に基づき動作する。一般に、Qスイッチレーザでは、活性層内で強い励起による高い反転分布が生成されているが、初期状態では高い共振器損失が存在するため、レーザ動作が妨げられている。一旦共振器損失が打ち消されると、高いインパルス強度の短パルスが放出される。上記Qスイッチング動作を達成するには、外部に設けた共振器反射ミラーの損失を高い状態から低い状態へ急激に変化させる方法、あるいは初期的に共振器中に内部損失を形成した後、その内部損失を取り除くようにする方法がある。
【0065】
前方光導波領域1はレーザ閾値電流を十分に上回るように強く励起し、後方光導波領域2はレーザ閾値電流付近でほぼ透明の状態になる程度に弱く励起する。このとき、前方光導波領域1はレーザの活性領域として機能し、後方光導波領域2は分散性の強い、すなわち反射率の波長依存性が大きい、いわゆる反射ミラーとして機能する。前方光導波領域1と後方光導波領域2それぞれのブラッグ(Bragg)波長は、当該領域内に注入されたキャリア密度に依存して変化する。前方光導波領域1と後方光導波領域2間で強く非対称励起すると、2つの領域のブラッグ波長がわずかにずれるデチューニング(離調)状態が発生する。ストップバンドの長波長側では、後方光導波領域2からの光反射、つまりフィードバックによって光密度が増大するのでレーザ発振が生じやすい。
【0066】
後方光導波領域2の反射率が高いとレーザの閾値電流は低減し、逆に後方光導波領域2の反射率が低いとレーザの閾値電流は上昇する。ストップバンドの長波長側では分散性反射ミラーの急峻な反射ピークの裾付近のわずかな波長の変化により、レーザ閾値電流は非常に効率的に変調される。
【0067】
例えば、後方光導波領域2の反射率が低くて結果的にレーザ閾値電流が上昇すると、共振器内部のキャリア密度も増加して屈折率が低下するため、レーザ発振波長は短波長側にシフトする。そのとき、後方光導波領域2の反射率は高くなり、レーザ閾値電流が急減する結果、Qスイッチレーザと同様に短パルスが出力される。レーザ発振によって消費された活性領域中のキャリアが再び電流注入で補充されるまでには時間遅れがあり、この間レーザ発振は停止する。このように後方光導波領域2からのフィードバックの最小点付近では、キャリア密度の揺らぎによって後方光導波領域2からのフィードバック、すなわち共振器のQ値が大きく変化する。以上の過程を繰り返すことにより、直流の励起電流を用いているにもかかわらずセルフパルセーション動作を持続させることができる。
【0068】
本素子構造では、位相制御領域60は前方光導波領域1と後方光導波領域2で構成された共振器中の光波の位相を、電流注入あるいは薄膜ヒータ38cによる加熱のいずれか一方または両方の手段によって調整してセルフパルセーション動作のオン・オフを制御することにより、セルフパルセーション動作を安定化させる。
【0069】
本実施の形態の波長可変半導体レーザの動作の一例を以下に説明する。後方光導波領域2の反射スペクトルは1〜2nmの波長幅を有する複数のブラッグ反射ピークを伴う。一方、活性な前方光導波領域1の利得ピークは、各ブラッグ反射ピークの両側に一つずつ存在する。図10(a)に示すように、そのうち一つの反射ピークの長波長側の傾斜した裾に前方領域の利得スペクトルの短波長側のピークを合わせることによって、波長λ1においてセルフパルセーション動作が可能となる。
【0070】
後方光導波領域2の薄膜ヒータ38bに電流を注入して発熱によりかかる領域の光導波層3の屈折率が高くなると、図10(b)のように、別の波長λ2においてもセルフパルセーション動作が可能となる。波長可変半導体レーザの波長可変動作時における後方光導波領域2の任意の反射ピークの組み合わせ毎に、上述のようなセルフパルセーション動作が可能であるから、結果として一つの波長可変半導体レーザで、レーザ発振波長を変えると同時にセルフパルセーション動作を行わせることが可能となる効果がある。
【0071】
なお、実施の形態1または2の波長可変半導体レーザにおいて、p型InP埋め込み層6の下部、つまりInP基板4側に高抵抗の電流狭窄層を設けると、光導波路3に一層効率良く電流を注入できるので、高効率で動作する波長可変半導体レーザが得られる効果がある。
【0072】
【発明の効果】
本発明に係る波長可変半導体レーザでは、半導体基板と、上記半導体基板上に形成されたクラッド層と、上記クラッド層上に形成された光導波路と、上記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、上記光導波路の一部で上記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、を備えることとしたので、従来のSSG−DBRミラーのみで構成された波長可変半導体レーザと比較して安定にレーザ発振波長を制御することが可能となり、また、従来のSG−DBRミラーのみで構成された波長可変半導体レーザに比べて後方導波領域がSSG−DBRミラーで構成されている分、後方反射率を高くとれるため、より低い閾値電流でレーザ発振し、高効率でかつ高出力動作時に狭線幅の波長可変半導体レーザが得られる。
【0073】
本発明に係る波長可変半導体レーザでは、第1導電型の半導体基板と、上記半導体基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、上記クラッド層上に形成された光導波路と、上記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、上記光導波路の一部で上記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、上記光導波路上に形成された高抵抗層と、上記前方光導波領域上の高抵抗層中に上記光導波路に沿って形成された屈折率制御層と、上記前方光導波領域上の高抵抗層の上部に形成された第1導電型の第1コンタクト層と、上記光導波路の両側面にそれぞれ形成された第2導電型の埋め込み層と、上記第2導電型の埋め込み層上に形成された第2導電型の第2コンタクト層と、上記前方光導波領域と上記後方光導波領域の境界上の高抵抗層中に設けられた分離溝と、上記半導体基板の裏面側に形成された第1電極と、上記第1コンタクト層上に形成された第2電極と、上記第2コンタクト層上に形成された第3電極と、を備えることとしたので、従来のSSG−DBRミラーのみで構成された波長可変半導体レーザと比較して安定にレーザ発振波長を制御することが可能となり、また、従来のSG−DBRミラーのみで構成された波長可変半導体レーザに比べて後方導波領域がSSG−DBRミラーで構成されている分、後方反射率を高くとれるため、より低い閾値電流でレーザ発振し、かつ高効率で、さらに、SCH構造の適用により、縦モードの安定性に優れ、かつ高出力動作時に狭線幅の波長可変半導体レーザが得られる。
【0074】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザでは、上記分離溝の深さ方向に上記分離溝底部から上記第1導電型のクラッド層に達するイオン注入による高抵抗領域を設けることとしたので、かかるイオン注入による高抵抗領域の存在によって、前方光導波領域側から後方光導波領域側へ、あるいはその逆方向へ流れる電流は著しく制限されるため、前方光導波領域と後方光導波領域の注入電流に対する独立性が向上する結果、電流注入による波長制御性がさらに向上し、波長可変半導体レーザの制御回路が一層簡素化される効果が生じる。
【0075】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザでは、上記屈折率制御層がさらに上記後方光導波領域上の高抵抗層中にも設けられることとしたので、縦モードの安定性に優れ、かつ高出力動作時に狭線幅の波長可変半導体レーザが得られる。
【0076】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザでは、半絶縁性の半導体基板と、上記半導体基板上に形成された半絶縁性のクラッド層と、上記クラッド層上に形成された光導波路と、上記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、上記光導波路上に形成された高抵抗層と、上記光導波路の一部で上記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、上記光導波路の両側面にそれぞれ形成された第1導電型の埋め込み層および第2導電型の埋め込み層と上記第1導電型の埋め込み層上に形成された第1電極と、上記第2導電型の埋め込み層上に形成された第2電極と、上記前方光導波領域および上記後方光導波領域上部の上記高抵抗層上に絶縁膜を介してそれぞれ形成された薄膜ヒータと、上記前方光導波領域と上記後方光導波領域の境界上の高抵抗層中に設けられた分離溝と、を備えることとしたので、より安定かつ制御性良くレーザ発振波長を所望の値に変えることができる。また、本発明に係る波長可変半導体レーザでは、上記半導体基板、上記クラッド層および埋め込み層がインジウム燐(InP)からなることとしたので、長波長帯の波長可変半導体レーザが得られる。
【0077】
また、本発明に係る波長可変半導体レーザでは、上記前方光導波領域の結合定数が上記後方光導波領域の結合定数より小さいこととしたので、かかる関係を満たすことにより、前方ミラーの反射率に比べて後方ミラーの反射率を高めることが可能となり、また反射ピーク波長位置を調整して前後ミラー領域における光の伝搬定数がほぼ一致する波長で発振させることができるので、前面からの光出力割合を多くすることができ、高出力かつ高効率動作の半導体レーザが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、実施の形態1の波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面図、(b)はレーザ光軸に垂直方向で前方光導波領域における断面図、(c)は波長可変半導体レーザの上面図、をそれぞれ示す。
【図2】 (a)は、実施の形態1の波長可変半導体レーザにおける前方および後方光導波領域に電流を注入しない場合の前方SGミラーの反射ピークスペクトルと、後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルを示した図であり、(b)は、実施の形態1の波長可変半導体レーザにおける後方光導波領域に電流注入を行った場合の後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルを、電流注入していない前方SGミラーの反射ピークスペクトルと比較して示した図である。
【図3】 実施の形態1の波長可変半導体レーザにおけるSCH構造の屈折率プロファイルである。
【図4】 (a)は、実施の形態3の波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面図,(b)はレーザ光軸に垂直方向で前方光導波領域を含む部分における断面図、をそれぞれ示す。
【図5】 (a)は、実施の形態3の波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面図,(b)はレーザ光軸に垂直方向で前方光導波領域を含む部分における断面図、をそれぞれ示す。
【図6】 実施の形態3の波長可変半導体レーザの上面図である。
【図7】 実施の形態3の波長可変半導体レーザにおける初期状態における前方SGミラーおよび後方SSG−DBRミラーのそれぞれの反射スピークペクトルである。
【図8】 実施の形態3の波長可変半導体レーザにおける波長可変時における前方SGミラーおよび後方SSG−DBRミラーの各反射ピークスペクトルである。
【図9】 実施の形態4の波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面図である。
【図10】 実施の形態4の波長可変半導体レーザ動作時の前方SGミラーおよび後方SSG−DBRミラーの各反射ピークスペクトルである。
【図11】 従来のSSG−DBR波長可変半導体レーザの構成を示した模式図である。
【図12】 (a)は、前方光導波領域および後方光導波領域に電流注入を行わない場合における前方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルと後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトル、(b)は、後方光導波領域に電流注入を行った場合における後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルをそれぞれ示す。
【図13】 従来のSG−DBR波長可変半導体レーザのレーザ光軸に沿った素子断面図である。
【符号の説明】
1 活性領域を兼ねたSGミラーを有する前方光導波領域、 1a 前方光導波領域に設けられたSGミラー中の回折格子部、 1b SGミラー中の一対の回折格子部と非回折格子部を併せて一単位とした場合の一周期、 2 SSG−DBRミラーを有した後方光導波領域、 2a SSG−DBRミラーの回折格子のピッチ変化、つまり変調に対する一周期、 3 InGaAsPからなる光導波路、 4 n型InP基板、 5 n型InPクラッド層、 6 p型InP埋め込み層、 7 屈折率制御層、 7a、b、c高抵抗InP層、 8a n型InP第1コンタクト層、 8b p型InGaAsP第2コンタクト層、9 第1のn型電極、 10 p型電極、 11 第2のn型電極、 12 分離溝、 13 波長可変半導体レーザの出射端面から外部に出射されたレーザ光、 15 イオン注入による高抵抗領域、 31 半絶縁性のSI−InP基板、 32 p型InP埋め込み層、 33 n型InP埋め込み層、 34 高抵抗InP層、 35 p型電極、 36 n型電極、 37a,b シリコン酸化膜SiO2等からなる絶縁膜、 38a,b,c 薄膜ヒータ、 43 前方SGミラーの反射ピークスペクトル、 44 後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトル、 45 前方SGミラーの反射ピークスペクトル、 46 後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトル、 47 前方SGミラーの反射ピークスペクトルの波長シフト量、 48 後方SSG−DBRミラーの反射ピークスペクトルの波長シフト量、 60 屈折率制御領域、 101 活性領域、 102 前方光導波領域、 103 後方光導波領域、 104 位相制御領域、 105 InGaAsPからなる光導波路、 106 n型InP基板、 107 n型InPクラッド層、 108 p型InPクラッド層、 109 p型InGaAsPコンタクト層、 113 n型電極、 114a、114b、114c、114d p型電極、 115 レーザ光、 121前方SSG−DBRミラーの回折格子ピッチ変化つまり変調の一周期、 122 後方SSG−DBRミラーの回折格子ピッチ変化つまり変調の一周期。
Claims (7)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層上に形成された光導波路と、
前記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、
前記光導波路の一部で前記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、
を備えたことを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、
前記クラッド層上に形成された光導波路と、
前記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、
前記光導波路の一部で前記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、
前記光導波路上に形成された高抵抗層と、
前記前方光導波領域上の高抵抗層中に前記光導波路に沿って形成された屈折率制御層と、前記前方光導波領域上の高抵抗層の上部に形成された第1導電型の第1コンタクト層と、前記光導波路の両側面にそれぞれ形成された第2導電型の埋め込み層と、
前記第2導電型の埋め込み層上に形成された第2導電型の第2コンタクト層と、前記前方光導波領域と前記後方光導波領域の境界上の高抵抗層中に設けられた分離溝と、
前記半導体基板の裏面側に形成された第1電極と、
前記第1コンタクト層上に形成された第2電極と、
前記第2コンタクト層上に形成された第3電極と、
を備えたことを特徴とした波長可変半導体レーザ。 - 前記分離溝の深さ方向に前記分離溝底部から前記第1導電型のクラッド層に達するイオン注入による高抵抗領域が設けられたことを特徴とする請求項2記載の波長可変半導体レーザ。
- 前記屈折率制御層が、さらに前記後方光導波領域上の前記高抵抗層中にも設けられていることを特徴とする請求項3記載の波長可変半導体レーザ。
- 半絶縁性の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された半絶縁性のクラッド層と、
前記クラッド層上に形成された光導波路と、
前記光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたSGミラーからなりかつ活性領域を兼ねる前方光導波領域と、
前記光導波路上に形成された高抵抗層と、
前記光導波路の一部で前記レーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたSSG−DBRミラーからなる後方光導波領域と、
前記光導波路の両側面にそれぞれ形成された第1導電型の埋め込み層および第2導電型の埋め込み層と、
前記第1導電型の埋め込み層上に形成された第1電極と、
前記第2導電型の埋め込み層上に形成された第2電極と、
前記前方光導波領域および前記後方光導波領域上部の前記高抵抗層上に絶縁膜を介してそれぞれ形成された薄膜ヒータと、
前記前方光導波領域と前記後方光導波領域の境界上の高抵抗層中に設けられた分離溝と、を備えたことを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 前記半導体基板、前記クラッド層および前記埋め込み層が、インジウム燐(InP)からなることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか1項記載の波長可変半導体レーザ。
- 前記前方光導波領域の結合定数が、前記後方光導波領域の結合定数より小さいことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項記載の波長可変半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003027141A JP4288953B2 (ja) | 2002-02-19 | 2003-02-04 | 波長可変半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002041962 | 2002-02-19 | ||
JP2002-41962 | 2002-02-19 | ||
JP2003027141A JP4288953B2 (ja) | 2002-02-19 | 2003-02-04 | 波長可変半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003318483A JP2003318483A (ja) | 2003-11-07 |
JP4288953B2 true JP4288953B2 (ja) | 2009-07-01 |
Family
ID=29551699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003027141A Expired - Fee Related JP4288953B2 (ja) | 2002-02-19 | 2003-02-04 | 波長可変半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4288953B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4231854B2 (ja) | 2005-03-17 | 2009-03-04 | アンリツ株式会社 | 半導体レーザ素子及びガス検知装置 |
JP4606248B2 (ja) * | 2005-05-17 | 2011-01-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ |
JP4606271B2 (ja) * | 2005-08-01 | 2011-01-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ |
JP4629022B2 (ja) * | 2005-12-27 | 2011-02-09 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | レーザ装置、レーザモジュール、および、半導体レーザ |
JP2007273644A (ja) | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Eudyna Devices Inc | 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール |
JP5474338B2 (ja) | 2008-11-28 | 2014-04-16 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザのチューニング方法 |
KR101221873B1 (ko) | 2008-12-04 | 2013-01-15 | 한국전자통신연구원 | 다중 분포귀환 레이저 소자 |
JP5272859B2 (ja) * | 2009-04-03 | 2013-08-28 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子 |
JP5407526B2 (ja) * | 2009-04-27 | 2014-02-05 | 住友電気工業株式会社 | 波長可変レーザ、波長可変レーザ装置、及び波長可変レーザ制御方法 |
JP5625459B2 (ja) * | 2009-05-21 | 2014-11-19 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子及びその作製方法 |
JP5990971B2 (ja) * | 2012-03-28 | 2016-09-14 | 富士通株式会社 | 光半導体装置 |
JP2013219192A (ja) * | 2012-04-09 | 2013-10-24 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ |
JP5692330B2 (ja) * | 2013-10-18 | 2015-04-01 | 住友電気工業株式会社 | 波長可変レーザ、波長可変レーザ装置、及び波長可変レーザ制御方法 |
JP6382506B2 (ja) * | 2013-11-29 | 2018-08-29 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 波長可変レーザの制御方法 |
CN105765799B (zh) * | 2013-11-30 | 2020-06-23 | 统雷量子电子有限公司 | 可调谐半导体辐射源 |
JP6507604B2 (ja) * | 2014-12-04 | 2019-05-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ及び半導体レーザアレイ |
US20240047941A1 (en) * | 2020-12-10 | 2024-02-08 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Wavelength Tunable Optical Transmitter |
-
2003
- 2003-02-04 JP JP2003027141A patent/JP4288953B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003318483A (ja) | 2003-11-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4288953B2 (ja) | 波長可変半導体レーザ | |
US6650673B2 (en) | Generation of short optical pulses using strongly complex coupled DFB lasers | |
JP5737777B2 (ja) | 波長可変レーザアレイ素子の制御方法および制御装置 | |
JP4770077B2 (ja) | 波長可変半導体レーザおよび光モジュール | |
WO2010111689A2 (en) | A semiconductor laser device and circuit for and method of driving same | |
US7949029B2 (en) | Wavelength tunable semiconductor laser having multiple sets of intercavity spacings | |
JP4026334B2 (ja) | 半導体レーザ、分布帰還型半導体レーザおよび波長可変半導体レーザ | |
JP2019083351A (ja) | 半導体光増幅器、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリ | |
CA2473396C (en) | High coherent power, two-dimensional surface-emitting semiconductor diode array laser | |
JP4301925B2 (ja) | 半導体レーザ、半導体レーザの駆動方法および波長変換素子 | |
Ishii et al. | A tunable distributed amplification DFB laser diode (TDA-DFB-LD) | |
JP2003289169A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
CA1252188A (en) | Single mode injection laser structure | |
JPH09512962A (ja) | ダイオードレーザにおいて極めてパルス幅の短いパルスを生成する光qスイッチング | |
RU2540233C1 (ru) | Инжекционный лазер с многоволновым модулированным излучением | |
JP4585168B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP4374862B2 (ja) | 半導体レーザ、半導体レーザの駆動方法および波長変換素子 | |
JPH08298355A (ja) | レーザー装置 | |
JPH03248130A (ja) | 半導体光増幅素子 | |
WO2021148120A1 (en) | Single-mode dfb laser | |
JP4606248B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JP4606271B2 (ja) | 半導体レーザ | |
US20240113504A1 (en) | Extended-cavity diode laser component and method for producing same | |
JP2004273644A (ja) | 半導体レーザ | |
JP4985368B2 (ja) | 半導体レーザ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040709 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051013 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081201 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081209 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090123 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090310 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090323 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120410 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120410 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130410 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130410 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140410 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |