JPH0484484A - 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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- JPH0484484A JPH0484484A JP19963890A JP19963890A JPH0484484A JP H0484484 A JPH0484484 A JP H0484484A JP 19963890 A JP19963890 A JP 19963890A JP 19963890 A JP19963890 A JP 19963890A JP H0484484 A JPH0484484 A JP H0484484A
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- type semiconductor
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- inp
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/06203—Transistor-type lasers
- H01S5/06206—Controlling the frequency of the radiation, e.g. tunable twin-guide lasers [TTG]
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光通信などの光源として用いられる波長可変
半導体レーザに関する。
半導体レーザに関する。
光フアイバ通信技術としては、直接変調、直接検波方式
がすでに実用化されているが、さらに高感度が期待でき
るコヒーレント光通信が将来の実用化を目脂してさかん
に研究されている。コヒーレント光通信は光の周波数や
位相を情報として伝送する技術であり、検波の際に局部
発振光源として、厳密に周波数制御された単一波長動作
半導体レーザが必要になる。また、多数の光信号を一定
の周波数間隔で同時に伝送するコヒーレント周波数多重
伝送方式を実現するためには、やはり周波数制御された
単一波長動作半導体レーザが必要となる。
がすでに実用化されているが、さらに高感度が期待でき
るコヒーレント光通信が将来の実用化を目脂してさかん
に研究されている。コヒーレント光通信は光の周波数や
位相を情報として伝送する技術であり、検波の際に局部
発振光源として、厳密に周波数制御された単一波長動作
半導体レーザが必要になる。また、多数の光信号を一定
の周波数間隔で同時に伝送するコヒーレント周波数多重
伝送方式を実現するためには、やはり周波数制御された
単一波長動作半導体レーザが必要となる。
このようにコヒーレント光通信技術の実現に不可欠な周
波数(波長)制御単一モード動作半導体レーザの構造と
して、3電極を有する波長可変分布帰還型半導体レーザ
(DBR−LD)がある(S、Murata et a
l、、Electronics Letters、23
,1987゜p、40B、)。この波長可変DBR−L
Dは、共振器方向に分割された活性領域、位相制御領域
、DBR領域を有し、回折格子はDBR領域のみに形成
されている。DBR領域に電流を流すことによってブラ
ッグ波長を変化させ、さらに位相制御領域に独立に電流
を流すことによってモードとびのない波長チューニング
を実現しており、720GHz (5,8nm)を連続
チューニングが報告されている。
波数(波長)制御単一モード動作半導体レーザの構造と
して、3電極を有する波長可変分布帰還型半導体レーザ
(DBR−LD)がある(S、Murata et a
l、、Electronics Letters、23
,1987゜p、40B、)。この波長可変DBR−L
Dは、共振器方向に分割された活性領域、位相制御領域
、DBR領域を有し、回折格子はDBR領域のみに形成
されている。DBR領域に電流を流すことによってブラ
ッグ波長を変化させ、さらに位相制御領域に独立に電流
を流すことによってモードとびのない波長チューニング
を実現しており、720GHz (5,8nm)を連続
チューニングが報告されている。
第2区は活性領域とチューニング領域が重なって存在し
ているツイン・ガイド構造半導体レーザの共振器に垂直
な方向の断面構造である(M、C,Amannetal
、、EC0C’89.nI、p、46.) InGa
AsP活性層2を流れる電流はn電極10から順にp基
板1、p−InGaAsP光ガイド層13、InGaA
sP活性層2、n−InP層3、n電極11という経路
をたどって流れる。一方、チューニング電流はp電極8
からp−InP14、pInP層5、I nGaAs
Pチューニング層12、n−InP層3、n電極11と
いう経路のたどって流れる。チューニング電流を変化さ
せることによって波長チューニングを行っており、7.
1nmの連続チューニングも報告されている(S、ll
1ek et al、、Electronics Le
tters、26,1990゜p、46.)。
ているツイン・ガイド構造半導体レーザの共振器に垂直
な方向の断面構造である(M、C,Amannetal
、、EC0C’89.nI、p、46.) InGa
AsP活性層2を流れる電流はn電極10から順にp基
板1、p−InGaAsP光ガイド層13、InGaA
sP活性層2、n−InP層3、n電極11という経路
をたどって流れる。一方、チューニング電流はp電極8
からp−InP14、pInP層5、I nGaAs
Pチューニング層12、n−InP層3、n電極11と
いう経路のたどって流れる。チューニング電流を変化さ
せることによって波長チューニングを行っており、7.
1nmの連続チューニングも報告されている(S、ll
1ek et al、、Electronics Le
tters、26,1990゜p、46.)。
第2図に示したツイン・カイト構造は3電極DBR構造
に比べて、構造が簡単て、チューニング幅も広くできる
可能性がある。しかし、報告例ではチューニング層に格
子整合したInGaAsPを用いており、必ずしも最大
の波長チューニング量の得られる構造ではない。また電
流狭窄のpnホモ接合を用いたものであるなめ、電流量
じこめか弱く、充分な光出力が得られないなどの欠点か
を有している。
に比べて、構造が簡単て、チューニング幅も広くできる
可能性がある。しかし、報告例ではチューニング層に格
子整合したInGaAsPを用いており、必ずしも最大
の波長チューニング量の得られる構造ではない。また電
流狭窄のpnホモ接合を用いたものであるなめ、電流量
じこめか弱く、充分な光出力が得られないなどの欠点か
を有している。
本発明は、その1つは、第1導電型基板の上に積層され
た、少なくとも回折格子、活性層、第2導電型半導体層
、チューニング層、および第1導電型半導体層からなる
多層構造がメサ状に形成され、少なくとも前記第2導電
型半導体層に接触して第2導電型半導体コンタクト層が
形成され、前記第2導電型半導体層上のチューニング層
が歪超格子構造となっていることを特徴とする波長可変
半導体レーザである。
た、少なくとも回折格子、活性層、第2導電型半導体層
、チューニング層、および第1導電型半導体層からなる
多層構造がメサ状に形成され、少なくとも前記第2導電
型半導体層に接触して第2導電型半導体コンタクト層が
形成され、前記第2導電型半導体層上のチューニング層
が歪超格子構造となっていることを特徴とする波長可変
半導体レーザである。
もう1つは、第1導電型基板上に形成された、少なくと
も回折格子、活性層、第2導電型半導体層、歪超格子の
チューニング層、および第1導電型半導体層からなる多
層構造がメサ状に形成され、その周辺に少なくともサイ
リスタ構造の電流ブロック層を含む埋め込み領域のうち
、前記第2導電型半導体層に接触した部分に第2導電型
半導体コンタクト層が形成されており、さらに前記第1
導電型基板表面および第1導電型半導体層に接してそれ
ぞれ第一導電型電極が、第2導電型半導体コンタクト層
に接して第2導電型電極が形成されており、前記第2導
電型半導体コンタクト層上の電流ブロック層がチューニ
ング層での遷移エネルギーの組成よりも大きな遷移エネ
ルギーの組成であることを特徴とする波長可変半導体レ
ーザである。
も回折格子、活性層、第2導電型半導体層、歪超格子の
チューニング層、および第1導電型半導体層からなる多
層構造がメサ状に形成され、その周辺に少なくともサイ
リスタ構造の電流ブロック層を含む埋め込み領域のうち
、前記第2導電型半導体層に接触した部分に第2導電型
半導体コンタクト層が形成されており、さらに前記第1
導電型基板表面および第1導電型半導体層に接してそれ
ぞれ第一導電型電極が、第2導電型半導体コンタクト層
に接して第2導電型電極が形成されており、前記第2導
電型半導体コンタクト層上の電流ブロック層がチューニ
ング層での遷移エネルギーの組成よりも大きな遷移エネ
ルギーの組成であることを特徴とする波長可変半導体レ
ーザである。
第1図に本発明の波長可変半導体レーザの断面図を示す
。第2図と異なるのは、InGaAsPチューニング層
12を歪超格子チューニング層4としたことと、n−I
JJP層3とp−I rIP層5からなるサイリスタ構
造の電流ブロック層を用いたことである。チューニング
層を歪超格子層としたことで、ホールの有効質量が軽く
なることが期待出来、さらにこの効果によるプラズマ効
果の増大が期待される。これを以下で説明する。
。第2図と異なるのは、InGaAsPチューニング層
12を歪超格子チューニング層4としたことと、n−I
JJP層3とp−I rIP層5からなるサイリスタ構
造の電流ブロック層を用いたことである。チューニング
層を歪超格子層としたことで、ホールの有効質量が軽く
なることが期待出来、さらにこの効果によるプラズマ効
果の増大が期待される。これを以下で説明する。
古典論によると半導体中のキャリアのプラズマ効果によ
る屈折率変化は次式で表される。
る屈折率変化は次式で表される。
d n −82
d N 2 m cω2nε0
ここで、m e、 m vは電子、ホールの有効質量を
それぞれ表し、eは電荷素置を表す。格子整合したIn
GaAsP等ではmoはmVに比べて一部小さく、プラ
ズマ効果のキャリア密度依存性はほぼ電子の有効質量で
決まる。しかし、歪超格子では価電子帯のバンドミキシ
ンクが生じることから、ホールの有効質量が通常の格子
整合しているものに比べて115程度となる。この効果
により、ホールの有効質量もプラズマ効果に大きく寄与
し、屈折率のキャリア密度依存性の増大が期待され、わ
ずかな注入電流の変化でも大きな屈折率変化が得られる
。チューニング層の屈折率が変化すると、レーザを構成
している導波路の等偏屈折率が変化し、DFB−LDの
発振波長を変化することが可能となる。本発明で示した
構造を用いれば少ない電流変化で大きな等偏屈折率の変
化が期待されるので、可変波長範囲が従来例のものと比
べて1.5倍以上となる。
それぞれ表し、eは電荷素置を表す。格子整合したIn
GaAsP等ではmoはmVに比べて一部小さく、プラ
ズマ効果のキャリア密度依存性はほぼ電子の有効質量で
決まる。しかし、歪超格子では価電子帯のバンドミキシ
ンクが生じることから、ホールの有効質量が通常の格子
整合しているものに比べて115程度となる。この効果
により、ホールの有効質量もプラズマ効果に大きく寄与
し、屈折率のキャリア密度依存性の増大が期待され、わ
ずかな注入電流の変化でも大きな屈折率変化が得られる
。チューニング層の屈折率が変化すると、レーザを構成
している導波路の等偏屈折率が変化し、DFB−LDの
発振波長を変化することが可能となる。本発明で示した
構造を用いれば少ない電流変化で大きな等偏屈折率の変
化が期待されるので、可変波長範囲が従来例のものと比
べて1.5倍以上となる。
さらに本発明では電流ブロック層にサイリスタ構造を採
用したことにより、漏れ電流が少なくなり注入効率の改
善が期待され高光出力が期待される。
用したことにより、漏れ電流が少なくなり注入効率の改
善が期待され高光出力が期待される。
結晶成長はすべてMOVPE <有機金属気相成長法)
を用いた。ます、(100)p型InP基板1(キャリ
ア濃度p= I X 1018cm−’)表面に周期2
400人の回折格子を形成した。p−InGaAsP光
ガイド層13(波長1.3μm組成、層厚0.1μm)
、p−InGaAsP活性層2く波長1.55μm組成
、層厚0.1μm、キャリア濃度p=IX1018cm
−3) 、n−InP半導体層3(層厚0.3μm、キ
ャリア濃度n=I X 1018cm−3) 、20人
のI n o、g G a O,2Asウ工ル層、10
0人のI nGaAsP (波長1.3μm組成)10
周期からなるI nGaAsP歪超格子チューニング層
4、p−InPクラッド層(層厚1μm、キャリア濃度
5 X 10 ”cm−’)p−InGaAsキー’t
”7プ層6(層厚0.2pm、キャリア濃度I X 1
019cm−’)を成長した。
を用いた。ます、(100)p型InP基板1(キャリ
ア濃度p= I X 1018cm−’)表面に周期2
400人の回折格子を形成した。p−InGaAsP光
ガイド層13(波長1.3μm組成、層厚0.1μm)
、p−InGaAsP活性層2く波長1.55μm組成
、層厚0.1μm、キャリア濃度p=IX1018cm
−3) 、n−InP半導体層3(層厚0.3μm、キ
ャリア濃度n=I X 1018cm−3) 、20人
のI n o、g G a O,2Asウ工ル層、10
0人のI nGaAsP (波長1.3μm組成)10
周期からなるI nGaAsP歪超格子チューニング層
4、p−InPクラッド層(層厚1μm、キャリア濃度
5 X 10 ”cm−’)p−InGaAsキー’t
”7プ層6(層厚0.2pm、キャリア濃度I X 1
019cm−’)を成長した。
次に、<011>方向に形成したSiO□膜をマスクと
して用いて、p基板1に達するまでメサエチングした。
して用いて、p基板1に達するまでメサエチングした。
メサ形状は幅2μm、高さ3゜5μmになるようにした
。また、メサ側面は表面に垂直な(011)面が形成さ
れるよう、塩酸系および硫酸系のエツチング溶液を併用
した。 続いて、メサストライプの両側にn−InPn
P層3厚207μm、キャリア濃度n=IXn=lX1
018C、p−102層5(層厚0.1.czm、キャ
リア濃度p= I X 10”cm−3> 、n −I
nP層(コンタクト層)3(層厚0.1μm、キャリ
ア濃度n=lX1018cm−3) −p −I nG
aAs2層9(波長1.2um組成、層厚0.1μm、
キャリア濃度P=IX1018cm−3) −n−I
nP層3(層厚1.13μm、キャリア濃度n=1×1
018cm−’)を選択埋め込み成長する。さらに、S
iO2膜をフッ酸で除去した後、p−InGaAsキャ
ップ層6(層厚0.2μm、キャリア密度p=IX10
19叩−3)の成長を行なう。pI nGaAsキャッ
プ層6の表面にp電極8を形成し、p型InP基板1を
研磨した後、基板にp電[iloを形成する。さらに、
メサストライプ以外の一部を第1図にあるようにn−I
nP層くコンタクト層)3表面まで選択エツチングしn
電極11を形成する。
。また、メサ側面は表面に垂直な(011)面が形成さ
れるよう、塩酸系および硫酸系のエツチング溶液を併用
した。 続いて、メサストライプの両側にn−InPn
P層3厚207μm、キャリア濃度n=IXn=lX1
018C、p−102層5(層厚0.1.czm、キャ
リア濃度p= I X 10”cm−3> 、n −I
nP層(コンタクト層)3(層厚0.1μm、キャリ
ア濃度n=lX1018cm−3) −p −I nG
aAs2層9(波長1.2um組成、層厚0.1μm、
キャリア濃度P=IX1018cm−3) −n−I
nP層3(層厚1.13μm、キャリア濃度n=1×1
018cm−’)を選択埋め込み成長する。さらに、S
iO2膜をフッ酸で除去した後、p−InGaAsキャ
ップ層6(層厚0.2μm、キャリア密度p=IX10
19叩−3)の成長を行なう。pI nGaAsキャッ
プ層6の表面にp電極8を形成し、p型InP基板1を
研磨した後、基板にp電[iloを形成する。さらに、
メサストライプ以外の一部を第1図にあるようにn−I
nP層くコンタクト層)3表面まで選択エツチングしn
電極11を形成する。
素子は共振器長400μmに切り出し、ヒートシンク基
板を融着してマウントし、p電極8およびn電極11に
それぞれボンディングする。
板を融着してマウントし、p電極8およびn電極11に
それぞれボンディングする。
しきい値電流は、報告されている従来例に比べて低く、
25mA程度のものが再現性良く得られた。これは、本
発明の構造によってI nGaAsP活性層2を通らな
い漏れ電流が減少したことによる。最大光出力は40m
W程度である。また、活性層に流れる電流を100mA
一定として、チューニング電流を60mAまで変化すれ
ば、チューニング幅として15nm程度の値が得られる
。
25mA程度のものが再現性良く得られた。これは、本
発明の構造によってI nGaAsP活性層2を通らな
い漏れ電流が減少したことによる。最大光出力は40m
W程度である。また、活性層に流れる電流を100mA
一定として、チューニング電流を60mAまで変化すれ
ば、チューニング幅として15nm程度の値が得られる
。
この特性は従来例に比べて優れており、本発明のチュー
ニング層に歪量子井戸構造を導入したことで波長チュー
ニング幅の拡大が実現できることを示すものである。
ニング層に歪量子井戸構造を導入したことで波長チュー
ニング幅の拡大が実現できることを示すものである。
実施例では電流狭窄構造として、メサストライプの両側
にサイリスタ構造の電流ブロック層を形成した例を示し
たが、他の電流狭窄構造、例えばサイリスタ構造に替え
て高抵抗層を電流ブロック層に用いる構造でもよい。
にサイリスタ構造の電流ブロック層を形成した例を示し
たが、他の電流狭窄構造、例えばサイリスタ構造に替え
て高抵抗層を電流ブロック層に用いる構造でもよい。
以上述べたように、本発明の波長可変半導体レーザ構造
を用いることによって、従来例に比べ広い波長可変特性
を得ることができ、コヒーレント光通信用光源として有
望であることを示した。活性層を量子井戸構造にすれば
狭スペクトル線幅を実現できるので、さらに高性能を備
えた素子を作製することができる。
を用いることによって、従来例に比べ広い波長可変特性
を得ることができ、コヒーレント光通信用光源として有
望であることを示した。活性層を量子井戸構造にすれば
狭スペクトル線幅を実現できるので、さらに高性能を備
えた素子を作製することができる。
第1図は本発明の波長可変半導体レーザの断面図であり
、第2図は従来例を表す断面図である。 図中、1はp−InP基板、2はp−InGaAsPガ
イド層、3はn−InP、4は歪超格子チューニング層
、5はp−InP層、6はp−InGaAsキャップ層
、8はn電極、9はpI nGaAsP層、10はn電
極、11はn電極、12はI nGaAsPチューニン
グ層、13はInGaAsP光ガイド層、14はp−I
nP層を表す。
、第2図は従来例を表す断面図である。 図中、1はp−InP基板、2はp−InGaAsPガ
イド層、3はn−InP、4は歪超格子チューニング層
、5はp−InP層、6はp−InGaAsキャップ層
、8はn電極、9はpI nGaAsP層、10はn電
極、11はn電極、12はI nGaAsPチューニン
グ層、13はInGaAsP光ガイド層、14はp−I
nP層を表す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1導電型基板の上に積層された、少なくとも回折
格子、活性層、第2導電型半導体層、チューニング層、
および第1導電型半導体層からなる多層構造がメサ状に
形成され、少なくとも前記第2導電型半導体層に接触し
て第2導電型半導体コンタクト層が形成され、前記第2
導電型半導体層上のチューニング層が歪超格子構造とな
っていることを特徴とする波長可変半導体レーザ。 2、第1導電型基板上に形成された、少なくとも回折格
子、活性層、第2導電型半導体層、歪超格子のチューニ
ング層、および第1導電型半導体層からなる多層構造が
メサ状に形成され、その周辺に少なくともサイリスタ構
造の電流ブロック層を含む埋め込み領域のうち、前記第
2導電型半導体層に接触した部分に第2導電型半導体コ
ンタクト層が形成されており、さらに前記第1導電型基
板表面および第1導電型半導体層に接してそれぞれ第一
導電型電極が、第2導電型半導体コンタクト層に接して
第2導電型電極が形成されており、前記第2導電型半導
体コンタクト層上の電流ブロック層がチューニング層で
の遷移エネルギーの組成よりも大きな遷移エネルギーの
組成であることを特徴とする波長可変半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19963890A JP2630035B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 波長可変半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19963890A JP2630035B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 波長可変半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0484484A true JPH0484484A (ja) | 1992-03-17 |
JP2630035B2 JP2630035B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=16411180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19963890A Expired - Lifetime JP2630035B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 波長可変半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2630035B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07135368A (ja) * | 1993-11-11 | 1995-05-23 | Nec Corp | 波長可変半導体レーザの製造方法 |
EP0663710A2 (en) * | 1994-01-18 | 1995-07-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical semiconductor device and method for producing the same |
US5692002A (en) * | 1994-09-20 | 1997-11-25 | Nec Corporation | Buried heterostructure semiconductor laser fabricated on a p-type substrate |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP19963890A patent/JP2630035B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07135368A (ja) * | 1993-11-11 | 1995-05-23 | Nec Corp | 波長可変半導体レーザの製造方法 |
EP0663710A2 (en) * | 1994-01-18 | 1995-07-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical semiconductor device and method for producing the same |
EP0663710A3 (en) * | 1994-01-18 | 1996-01-10 | Canon Kk | Semiconductor optical device and manufacturing method. |
US5728605A (en) * | 1994-01-18 | 1998-03-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing an optical semiconductor device having a carrier injection path or an electric-field applying path |
US5692002A (en) * | 1994-09-20 | 1997-11-25 | Nec Corporation | Buried heterostructure semiconductor laser fabricated on a p-type substrate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2630035B2 (ja) | 1997-07-16 |
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