JPH11312846A - 偏波依存性を持つ位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザ、それを用いた光送信機及び光通信システム - Google Patents

偏波依存性を持つ位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザ、それを用いた光送信機及び光通信システム

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JPH11312846A
JPH11312846A JP10132770A JP13277098A JPH11312846A JP H11312846 A JPH11312846 A JP H11312846A JP 10132770 A JP10132770 A JP 10132770A JP 13277098 A JP13277098 A JP 13277098A JP H11312846 A JPH11312846 A JP H11312846A
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phase shift
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region
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Koichiro Nakanishi
宏一郎 中西
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Abstract

(57)【要約】 【課題】効率的な偏波変調が可能である偏波スイッチン
グ機能を有する分布帰還型半導体レーザなどの半導体レ
ーザ装置である。 【解決手段】分布帰還型半導体レーザは、少なくとも光
導波路２、３、４と活性層２と回折格子７を有する。光
導波路は２つの異なる偏波モードの光の伝搬を許容する
様に構成されている。一方の偏波に対してのみ波長の四
分の一の位相シフトを発生する様に伝搬光に対する実効
屈折率が他の領域と異なって光伝搬方向に伸びた偏波依
存性を持つ位相シフト領域９が形成されている。位相シ
フト領域９は、好適には、他方の偏波に対しては波長の
二分の一の位相シフトを発生する様に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信などの光源
として好適な偏波依存性を持つ位相シフト領域を有する
半導体レーザ装置、特に偏波変調可能な分布帰還型半導
体レーザ装置等の半導体レーザ装置、それを用いた装置
等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、マルチメディアなどの発展に伴う
取扱い情報量の急速な増大に対応するため、光通信や光
情報処理が行われている。この光通信や光情報処理の光
源として、スペクトル幅が狭く単一モード動作を行うデ
バイスが要求され、その為に分布反射（ＤＢＲ）型半導
体レーザや分布帰還（ＤＦＢ）型半導体レーザなどの研
究が行われている。中でも、特にこの目的に好適なデバ
イスとして、半導体レーザの発振光のモードを２つの直
交する偏波モード間でスイッチングして消光比の高い振
幅変調信号を得る事を可能にする偏波変調デバイスが、
特開平２−１５９７８１号公報において提案されてい
る。これは、ＤＦＢレーザの一部分の励起状態を変化さ
せて、かかる偏波モードのスイッチングを行わせるとし
ている。
【０００３】図１５の共振器方向の模式図を用いて、こ
の偏波変調デバイスを説明する。図１５において、１１
０１はＩｎＰなどの基板、１１０２は光導波層、１１０
３は活性層、１１０４はクラッド層、１１０５はキャッ
プ層、１１０６はバイアス電極、１１０７は等価位相シ
フト領域に形成された制御電極、１１０８は均一に形成
された回折格子、１１０９は基板側の共通電極である。
制御電極１１０７には独立して電流注入が行えるよう
に、制御電極１１０７とバイアス電極１１０６とは電気
的に分離されている。この提案においては、図１５のバ
イアス電極１１０６に適当な値のバイアス電流を流して
おき、等価位相シフト領域に形成された制御電極１１０
７への電流を可変（変調）する。この事によって部分的
に屈折率を変化させ、両偏波モードに対する等価位相シ
フト量を調整する事により、両偏波モードのしきい値ゲ
インの大小関係を変えて偏波スイッチングを行なうとし
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記公報の提案において、出力光の偏波を切り替えて変調
に用いるという偏波変調方式自体は優れた方式である
が、通常のＤＦＢレーザはＴＥモードでの発振がＴＭモ
ードでの発振に対して優勢であり、偏波モード競合が起
こりにくく、前記提案ではこれに対する具体的対策が述
べられていない。また、構造的に作り付けられた位相シ
フト部を持たないＤＦＢレーザではいわゆるブラッグ波
長での単一モード発振でなく、回折格子の微細な不均一
や端面位相の影響などで、ストップバンドの端のいずれ
か、或いは両方での発振が生じる。前記公報における提
案では部分的に励起状態を変化させる事により、位相シ
フトの導入を図っているが、このような電流注入制御に
よる位相シフトは不安定であり、単一モード発振を安定
して得る事は困難であった。また、端面位相などの影響
により単一モード発振する電流値、また偏波スイッチン
グする電流値が素子ごとにばらつくという問題点もあっ
た。
【０００５】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、その目的は、効率的な偏波変調が可能である
偏波スイッチング機能を有する分布帰還型半導体レーザ
などの、偏波依存性を持つ位相シフト領域を有してλ／
４位相シフトの影響を受ける偏波の光波を安定した単一
モードで発振できる半導体レーザ装置等を提供すること
にある。また、光分布の極端な集中によるホールバーニ
ングなどの好ましくない現象が発生しにくく、かつ従来
のλ／４シフト回折格子の作成などに要求される複雑な
プロセスの必要ない、簡易なプロセスにより作製できる
偏波スイッチング機能を有する分布帰還型半導体レーザ
などの半導体レーザ装置等を提供することにある。ま
た、ＴＥ、ＴＭの２つの偏波モードがそれぞれ単一モー
ド発振し、安定した偏波モード競合を引き起こし、効率
的な偏波変調が可能である偏波スイッチング機能を有す
る分布帰還型半導体レーザなどの半導体レーザ装置等を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する分布
帰還型半導体レーザは、少なくとも光導波路と活性層と
回折格子を有し、該光導波路は２つの異なる偏波モード
の光の伝搬を許容する様に構成された分布帰還型半導体
レーザであって、一方の偏波に対してのみ波長の四分の
一の位相シフトを発生する様に伝搬光に対する実効屈折
率が他の領域と異なって光伝搬方向に伸びた偏波依存性
を持つ位相シフト領域を具備する事を特徴とする。位相
シフト領域は、好適には、他方の偏波に対しては波長の
二分の一の位相シフトを発生する様に形成されている。
【０００７】このレーザは、典型的ないし好適には、偏
波スイッチングないし変調機能（偏波スイッチングは、
比較的高速でスイッチングする偏波変調を含む広い意味
で用いている）を有する分布帰還型半導体レーザとして
構成されるが、これに限られるものではない。例えば、
偏波モードはそのままで波長を可変とできるチューナブ
ルな単一モード半導体レーザや一方の偏波モードで安定
的に発振できる単一モード半導体レーザとしても使用し
得る。
【０００８】より具体的には、以下のような３つの形態
を取り得る。第１の形態は、前記２つの偏波モードのレ
ーザ光を発生し得る分布帰還型半導体レーザであって、
ＴＥ偏波に対する利得よりもＴＭ偏波に対する利得をよ
り多く発生する活性層と、ＴＥ偏波に対してのみ波長の
四分の一の位相シフトを発生しＴＭ偏波に対しては波長
の二分の一の位相シフトを発生する位相シフト領域とを
同時に具備する事で偏波スイッチング機能を有する事を
特徴とする。この場合、位相シフト領域以外の導波路に
おけるＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞ
れｎＴＥ、ｎＴＭとし、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の波長をそ
れぞれλＴＥ、λＴＭとし、位相シフト領域におけるＴ
Ｅ偏波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎ１Ｔ
Ｅ、ｎ１ＴＭとし、位相シフト領域におけるＴＥ偏波と
ＴＭ偏波に対する実効屈折率の比をｎ１ＴＥ／ｎ１ＴＭ
＝αとし、位相シフト領域の共振器長方向長さをＬとす
るとき、好適には、α＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋２×λＴ
Ｅ）／（４×Ｌ×ｎＴＭ十λＴＭ）となるようにｎＴ
Ｅ、ｎＴＭおよびＬが定められている。
【０００９】また、第２の形態は、前記２つの偏波モー
ドのレーザ光を発生し得る分布帰還型半導体レーザであ
って、ＴＭ偏波に対する利得よりもＴＥ偏波に対する利
得をより多く発生する活性層と、ＴＭ偏波に対してのみ
波長の四分の一の位相シフトを発生しＴＥ偏波に対して
は波長の二分の一の位相シフトを発生する位相シフト領
域とを同時に具備する事で偏波スイッチング機能を有す
る事を特徴とする。この場合、位相シフト領域以外の導
波路におけるＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率を
それぞれｎＴＥ、ｎＴＭとし、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の波
長をそれぞれλＴＥ、λＴＭとし、位相シフト領域にお
けるＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞれ
ｎ１ＴＥ、ｎ１ＴＭとし、位相シフト領域におけるＴＥ
偏波とＴＭ偏波に対する実効屈折率の比をｎ１ＴＥ／ｎ
１ＴＭ＝αとし、位相シフト領域の共振器長方向長さを
Ｌとするとき、好適には、α＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋λＴ
Ｅ）／（４×Ｌ×ｎＴＭ十２×λＴＭ）となるようにｎ
ＴＥ、ｎＴＭおよびＬが定められている。
【００１０】また、第３の形態は、前記２つの偏波モー
ドのレーザ光を発生し得る分布帰還型半導体レーザであ
って、片方の偏波に対してのみ波長の四分の一の位相シ
フトを発生し残る一方の偏波に対しては波長の二分の一
の位相シフトを発生する第１の位相シフト領域、前記位
相シフト領域とは各偏波に対する位相シフト量の関係が
逆転している第２の位相シフト領域とを同時に具備する
事で偏波スイッチング機能を有する事を特徴とする。こ
の場合、位相シフト領域以外の導波路におけるＴＥ偏
波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎＴＥ、ｎ
ＴＭとし、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の波長をそれぞれλＴ
Ｅ、λＴＭとし、第１の位相シフト領域におけるＴＥ偏
波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎ１ＴＥ、
ｎ１ＴＭとし、第２の位相シフト領域におけるＴＥ偏
波、ＴＭ偏波に対する屈折率をそれぞれｎ２ＴＥ、ｎ２
ＴＭとし、第１と第２の位相シフト領域におけるＴＥ偏
波とＴＭ偏波に対する実効屈折率の比をｎ１ＴＥ／ｎ１
ＴＭ＝α１、ｎ２ＴＥ／ｎ２ＴＭ＝α２とし、第１と第
２の位相シフト領域の共振器長方向長さをＬ１、Ｌ２と
するとき、好適には、α１＝（４×Ｌ１×ｎＴＥ＋λＴ
Ｅ）／（４×Ｌ１×ｎＴＭ＋２×λＴＭ）、α２＝（４
×Ｌ２×ｎＴＥ＋２×λＴＥ）／（４×Ｌ２×ｎＴＭ＋
λＴＭ）となるようにｎＴＥ、ｎＴＭ、Ｌ１およびＬ２
が定められている。また、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の利得が
概略等しい活性層を有するのが好ましい。これにより、
偏波変調可能或は発振偏波をスイッチングできる単一モ
ード半導体デバイスを確実に実現できる。
【００１１】更に具体的には、以下の様にできる。前記
位相シフト領域の偏波依存性を持つ位相シフト作用が、
この領域の導波路の形状を他の領域の導波路の形状から
変化させる事により為される。この場合、前記位相シフ
ト領域の偏波依存性を持つ位相シフト作用が、この領域
の導波路の幅を他の領域の導波路の幅から変化させる事
により為されたり、この領域の導波路の厚さを他の領域
の導波路の厚さから変化させる事により為されたりす
る。
【００１２】更に、両偏波に対する利得の関係を所望の
ものとする為に、活性層が面内引っ張り応力によって引
っ張り歪みを受けていたり、活性層として量子井戸構造
を用いていたりする。
【００１３】また、前記活性層は回折格子に対して基板
側に形成されてもよいし、回折格子に対して基板と反対
の側に形成されてもよい。
【００１４】更に、出力部に偏光子などの偏光選択手段
を具備し、偏波スイッチング機能を有する分布帰還型半
導体レーザとしてレーザを構成してもよい。
【００１５】また、異なる結合係数を有する回折格子は
全体に渡って周期が一様であり、位相シフト部を備えな
い。これにより、複雑なプロセスを要しない簡単な構成
の半導体レーザ装置が確実に実現できる。
【００１６】本発明による光信号送信機は、上記の分布
帰還型半導体レーザと該レーザを送信信号に従って駆動
する駆動手段を含む事を特徴とする。また、本発明によ
る光伝送システムは、上記の分布帰還型半導体レーザを
光源として光信号送信側に設けた事を特徴とする。
【００１７】本発明の分布帰還型半導体レーザの第１及
び第２の形態は、偏波変調方式において実際に信号伝送
に用いる偏波は片方のみである事に着目し、少なくとも
信号伝送に用いる偏波の単一モード発振動作と偏波スイ
ッチングに十分な偏波モード競合を得るための構造を提
供する。ＴＥモードの偏波にのみλ／４シフトを与える
場合、従来の半導体レーザはＴＥ偏波で発振するものが
大部分であり、従来の半導体レーザに対して設計された
機器・システムにも対応出来るようにＴＥ偏波での単一
モード発振と偏波スイッチングを行うための構造を提供
できるものである。ＴＭモードの偏波にのみλ／４シフ
トを与える場合は、通常のバルク活性層などではＴＥモ
ードの利得の方がＴＭモードに対する利得よりも大きい
が、ＴＭモードの偏波にのみλ／４シフトを与える構造
により、偏波モード競合を容易に引き起こすことができ
る。活性層が面内引っ張り応力を受ける構成を持つこと
で所望の利得を実現でき易い。
【００１８】本発明による分布帰還型半導体レーザの第
３の形態は、少なくとも光導波路と活性層と回折格子を
有する分布帰還型半導体レーザにおいて、片方の偏波に
のみ波長の四分の一の位相シフトを発生し、残る一方の
偏波に対しては波長の二分の一の位相シフトを発生する
第一の位相シフト領域と、前記位相シフト領域とは各偏
波に対する位相シフト量の関係が逆転している第二の位
相シフト領域とを同時に具備する事を特徴とする分布帰
還型半導体レーザである。この場合、好適には、ＴＥ偏
波とＴＭ偏波の利得が概略等しい活性層を有する。
【００１９】
【作用】本発明の必須の要件は、少なくとも光導波路と
活性層と回折格子を有し、該光導波路は２つの異なる偏
波モードの光の伝搬を許容する様に構成された分布帰還
型半導体レーザであって、一方の偏波に対してのみ波長
の四分の一の位相シフトを発生し、他方の偏波に対して
は波長の二分の一の位相シフトを発生する様に伝搬光に
対する実効屈折率が他の領域と異なって光伝搬方向に伸
びた偏波依存性を持つ位相シフト領域を具備する事であ
る。これにより、他の要件の設定との関係で、所望の偏
波モードでの単一モード発振が作成容易な構成で安定的
に確保できる。更に両偏波モードの利得の拮抗した或は
適当に設定した活性層を用いれば偏波変調可能或は発振
偏波をスイッチングできるデバイスを確実に実現でき、
更に位相シフト領域の長さが相当なものであるので、ホ
ールバーニング現象の抑制、偏波変調の安定性を確保で
きる。
【００２０】以下に本発明の原理を用いた具体的な各形
態のデバイスの動作原理を説明する。図１を用いて本発
明の分布帰還型半導体レーザの第１の形態の作用を説明
する。図１はこの第１の形態の構成を模式的に表した図
である。図１において、１はＩｎＰなどの基板、２は例
えば引っ張り歪みを有する活性層であり、ＴＭモードに
対する利得がＴＥモードに対する利得よりも大きい（す
なわち、こうなる様に比較的大きな引っ張り歪みが導入
されている）。３は光ガイド層、４はクラッド層、５は
キャップ層、６は２つに分離された上部電極、７は一様
な周期がΛである回折格子、８は共通の下部電極、９は
共振器長方向長さがＬ（回折格子の周期のλ／４のずれ
で位相シフトを実現する従来のλ／４シフト部と比較し
て、桁違いに共振器長方向長さが大きいし、この様な従
来のλ／４シフト部に偏波依存性を持たせることは無理
である）である作り付けのＴＥ偏波位相シフト領域、１
０はストライプ導波路である。
【００２１】今、ＴＥ偏波位相シフト領域以外の導波路
におけるＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する屈折率（実効屈折
率）をそれぞれｎＴＥ、ｎＴＭとし、ＴＥ偏波、ＴＭ偏
波の波長をそれぞれλＴＥ、λＴＭとする。また、ＴＥ
偏波位相シフト領域９におけるＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対
する屈折率をそれぞれｎ１ＴＥ、ｎ１ＴＭとする。ま
た、ＴＥ偏波位相シフト領域９におけるＴＥ偏波とＴＭ
偏波に対する屈折率の比をｎ１ＴＥ／ｎ１ＴＭ＝αとす
る。ＴＥ偏波のみがλ／４シフト（λ／４（２ｎ（整
数）＋１）シフトを代表的にこの様に言う）を受けるた
めには、位相シフト領域９において以下の２式が同時に
成り立てばよい（特に（１）式は必須である。（２）式
の右辺は厳密にλＴＭ／２でなくてλＴＭ／４以外の他
の値でもよい場合もあるが、ここでは最も好適な値であ
るλＴＭ／２としている）。 （ｎ１ＴＥ−ｎＴＥ）×Ｌ＝λＴＥ／４ （１） （ｎ１ＴＭ−ｎＴＭ）×Ｌ＝λＴＭ／２ （２） 即ち、 α＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋２×λＴＥ）／（４×Ｌ×ｎＴＭ十λＴＭ） （３） となるようにｎＴＥ、ｎＴＭおよびＬを定めればよい。
ＴＭ偏波の光波が共振器一往復で受ける位相シフトはλ
となって元の波と位相が一致するので、ＴＭ偏波の波に
対しては何の影響も及ぼさず、実効的にＴＥ偏波の光波
のみが位相シフトの影響を受ける事になる。これで位相
シフト領域では、ＴＥ偏波のみが、実効的にλ／４位相
シフトを受ける事になり、ＴＥ偏波の安定した単一モー
ド発振が達成できる。このとき、ＴＭ偏波に対しては位
相シフトが作用しないため、活性層２においてＴＭ偏波
に対する利得をＴＥ偏波に対する利得よりも大きくし、
偏波モード競合を発生しやすくすれば、偏波変調ないし
偏波スイッチングが安定的に行なわれる様になる（勿
論、ＴＥ偏波の安定した単一モード発振のみを達成でき
ればよい場合には、ＴＥ偏波に対する利得が充分であり
さえすればよい）。この利得調整は活性層２に引っ張り
歪みを導入することにより達成する事が出来る。このよ
うにＴＥ偏波のみに作用する偏波依存性を持つ位相シフ
トと偏波モード競合を起こし易くするための利得調整を
構造的に作り込んであるために、安定したＴＥ偏波の単
一モード発振と偏波モード競合を得る事が出来る。ま
た、λ／４シフトを受ける領域９を比較的長くとる事が
可能であるので、λ／４シフト部への光分布の集中によ
るホールバーニングなどの悪影響を受けにくく、安定し
た動作が行える。また、回折格子の周期のλ／４のずれ
で位相シフトを実現する従来のλ／４シフト部と比較し
て、比較的簡単なプロセスで形成できる。
【００２２】次に、図６を用いて本発明の分布帰還型半
導体レーザの第２の形態の作用を説明する。図６はこの
第２の形態の構成を模式的に表した図である。図６にお
いて、２１はＩｎＰなどの基板、２２は活性層であり、
ＴＭモードに対する利得をＴＥモードに対する利得に近
付けてあるが、ＴＥモードに対する利得よりは小さく設
定してある。バルク活性層ではＴＥに対する利得がＴＭ
に対する利得よりも大きく、活性層の設計に対する自由
度が広くとれる。２３は光ガイド層、２４はクラッド
層、２５はキャップ層、２６は２つに分離された上部電
極、２７は一様な周期がΛである回折格子、２８は共通
の下部電極、２９は共振器長方向長さがＬである作り付
けの偏波位相シフト領域、３０はストライプ導波路であ
る。
【００２３】今、上記と同様な記号の約束とする。今度
は、ＴＭ偏波のみがλ／４シフトを受けるためには、位
相シフト領域２９において以下の２式が同時に成り立て
ばよい（ここでも第１の形態と同様なことが言える）。 （ｎ１ＴＥ−ｎＴＥ）×Ｌ＝λＴＥ／２ （４） （ｎ１ＴＭ−ｎＴＭ）×Ｌ＝λＴＭ／４ （５） 即ち、 α＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋λＴＥ）／（４×Ｌ×ｎＴＭ十２×λＴＭ） （６） となるようにｎＴＥ、ｎＴＭ、およびＬを定めればよ
い。今度は、ＴＥ偏波の波が共振器一往復で受ける位相
シフトはλとなって元の波と位相が一致するので、ＴＥ
偏波の波に対しては何の影響も及ぼさず、実効的にＴＭ
偏波の波のみが位相シフトの影響を受ける事になる。こ
れで、位相シフト領域２９では、ＴＭ偏波のみが、実効
的にλ／４位相シフトを受ける事になり、安定した単一
モード発振が達成できる。このとき、ＴＥ偏波に対して
は位相シフトが作用しないため、活性層２２においてＴ
Ｅ偏波に対する利得をＴＭ偏波に対する利得よりも大き
くし、偏波モード競合を発生しやすくしてもよい（ここ
でも第１の形態と同様なことが言える）。この利得調整
は活性層２２に比較的小さな引っ張り歪みを導入するこ
とにより達成する事が出来る。このようにＴＭ偏波のみ
に作用する位相シフトと偏波モード競合を起こし易くす
るための利得調整を構造的に作り込んであるために、安
定したＴＭ偏波の単一モード発振と偏波モード競合を得
る事が出来る。この場合も、λ／４シフトを受ける領域
を比較的長くとる事が可能であるので、光分布の集中に
よるホールバーニングなどの悪影響を受けにくく、安定
した動作が行える。
【００２４】更に、図９を用いて本発明の分布帰還型半
導体レーザの第３の形態の作用を説明する。図９はこの
第３の形態の構成を模式的に表した図である。図９にお
いて、３１はＩｎＰなどの基板、３２は活性層でＴＥモ
ード、ＴＭモードに対する利得がほぼ等しくなるように
設計されている。これは活性層に適当な引っ張り歪みを
導入する事で達成できる。３３は回折格子形成層、３４
はクラッド層、３５はキャップ層、３６は２つに分離さ
れた電極、３７は回折格子、３８は基板側の共通電極、
３９は共振器長方向の長さがＬ１である作り付けの第１
の位相シフト領域、４０は共振器長方向長さがＬ２であ
る作り付けの第２の位相シフト領域、４１はストライプ
導波路である。
【００２５】今、位相シフト領域以外の導波路における
ＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する屈折率（実効屈折率）をそ
れぞれｎＴＥ、ｎＴＭとし、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の波長
をそれぞれλＴＥ、λＴＭとし、第１の位相シフト領域
３９におけるＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する屈折率をそれ
ぞれｎ１ＴＥ、ｎ１ＴＭとし、第２の位相シフト領域４
０におけるＴＥ偏波、ＴＭ偏波に対する屈折率をそれぞ
れｎ２ＴＥ、ｎ２ＴＭとする。また、各位相シフト領域
３９、４０におけるＴＥ偏波とＴＭ偏波に対する屈折率
の比をｎ１ＴＥ／ｎ１ＴＭ＝α１、ｎ２ＴＥ／ｎ２ＴＭ
＝α２とする。今、第１の位相シフト領域３９ではＴＭ
偏波のみがλ／４シフトを受けるとすると、第１の位相
シフト領域３９において以下の２式が同時に成り立てば
よい（ここでは、両偏波モードに対して単一モード発振
が要求されるので、第１或は第２の形態とは異なって両
式が必須である）。 （ｎ１ＴＥ−ｎＴＥ）×Ｌ１＝λＴＥ／２ （７） （ｎ１ＴＭ−ｎＴＭ）×Ｌ１＝λＴＭ／４ （８） 即ち、 α１＝（４×Ｌ１×ｎＴＥ＋λＴＥ）／（４×Ｌ１×ｎＴＭ＋２×λＴＭ） （ ９） となるようにｎＴＥ、ｎＴＭ、およびＬ１を定めればよ
い。第１の位相シフト領域３９においてはＴＥ偏波の波
が共振器一往復で受ける位相シフトはλとなって元の波
と位相が一致するので、ＴＥ偏波の波に対しては何の影
響も及ぼさず、実効的にＴＭ偏波の波のみが位相シフト
の影響を受ける事になる。
【００２６】同様に第２の位相シフト領域４０において
ＴＥ偏波のみがλ／４シフトを受けるとすると、 （ｎ２ＴＥ−ｎＴＥ）×Ｌ２＝λＴＥ／４ （１０） （ｎ２ＴＭ−ｎＴＭ）×Ｌ２＝λＴＭ／２ （１１） 即ち、 α２＝（４×Ｌ２×ｎＴＥ＋２×λＴＥ）／（４×Ｌ２×ｎＴＭ＋λＴＭ） （ １２） となるようにｎＴＥ、ｎＴＭ、およびＬ２を定めればよ
い。
【００２７】これで第１の位相シフト領域３９ではＴＭ
偏波のみが、第２の位相シフト領域４０ではＴＥ偏波の
みが実効的にλ／４位相シフトを受ける事になり、お互
いに単一モード発振でかつ安定した偏波モード競合が達
成できる。また、各々の偏波がλ／４シフトを受ける領
域３９、４０を比較的長くとる事が可能であるので、光
分布の集中によるホールバーニングなどの悪影響を受け
にくく、安定した動作が行える。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照しながら詳しく述べる。
【００２９】第１実施例 図２は本発明による第１の実施例（上記の第１の形態に
属する）の平面と共振器方向の断面を示す。詳細な層構
成は後述するとして、本実施例では、ストライプ導波路
２１２の一部に偏波依存性を持つ（ＴＥ偏波に対しての
みλ／４位相シフト効果を持つ）位相シフト領域２１１
が設けてある。本実施例では、位相シフト領域以外の導
波路におけるＴＥ偏波の屈折率ｎＴＥ＝３．２１７、同
じく位相シフト領域以外の導波路におけるＴＭ偏波の屈
折率ｎＴＭ＝３．２０９とした。また、位相シフト領域
２１１の長さＬを１００μｍとし、位相シフト領域２１
１におけるＴＥ偏波に対する屈折率ｎ１ＴＥと位相シフ
ト領域２１１におけるＴＭ偏波に対する屈折率ｎ１ＴＭ
との比α＝ｎ１ＴＥ／ｎ１ＴＭを１．００３７となるよ
うに位相シフト領域２１１の幅を定めた。これにより、
上記（３）式であるα＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋２×λＴ
Ｅ）／（４×Ｌ×ｎＴＭ十λＴＭ）を満たす様になって
いる。
【００３０】以下、本実施例の層構成について説明す
る。図２において、２０１はｎ−ＩｎＰ基板、２０２は
ｎ−ＩｎＰクラッド層、２０４は多重量子井戸活性層、
２０５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層（光ガイド
層）、２０６はｐ−ＩｎＰクラッド層、２０７はｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰキャップ層、２０８ａ、２０８ｂは電極、
２０９は回折格子、２１０は基板側の共通電極、２１１
は位相シフト領域、２１２はストライプ導波路である。
活性層２０４は、０．７％の引っ張り歪みを有する１３
ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ井戸層、１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡ
ｓＰ（バンドギャップ波長λｇ＝１．１５μｍ）障壁層
の３対から構成されており、いずれの層もノンドープで
ある。これにより、ＴＭモードに対する利得がＴＥモー
ドに対する利得よりも大きい様に設定されている。
【００３１】図２においてはレーザの断面構造を示した
が、言うまでもなくレーザは横方向に電流及び光を閉じ
込める構造も具備している。これはリッジ構造、埋め込
み構造などで実現されている。図３は、横方向光閉じ込
め構造を代表的構成である埋め込み（ＢＨ）構造とした
場合の横断面図を示している。活性層２０４を中心にＰ
ＮＰ構造となるようにｐ−ＩｎＰ層４０２、ｎ−ＩｎＰ
層４０３、ｐ−ＩｎＰ層４０４で埋め込みが行なわれ、
側部への無効電流が低減できる構成としている。
【００３２】以下、第１実施例のデバイスの作製プロセ
スの概略について説明する。ｎ型ＩｎＰ基板２０１上に
ｎ−ＩｎＰクラッド層２０２、ノンドープ多重量子井戸
活性層２０４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２０５を順
次エピタキシャル成長する。本実施例において、エピタ
キシャル成長法としてはＭＯＣＶＤ法を用いたが、方法
はこれに限定されるものではない。ＬＰＣＶＤ法やＭＢ
Ｅ法、ＣＢＥ法などから適宜選択して使用することが可
能である。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２０５にフォト
レジストを塗布しＨｅ−Ｃｄレーザによる２光束露光に
より回折格子パターンを形成し、続いて、反応性イオン
ビームエッチング（ＲＩＢＥ）により、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ回折格子層ないしガイド層２０５に一様な周期を持
つ凹凸グレーティング２０９を形成する。
【００３３】次に、グレーティング加工されたｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰガイド層２０５上に結晶の再成長を行う。本
実施例においては再成長方法としてはＭＯＣＶＤ法を用
いたが、本発明における再成長方法はこれに限定される
ものではない。他のＬＰＥ法、ＭＢＥ法などの方法を用
いて同様の再成長ができることは言うまでもなく、必要
に応じて適当な方法を適宜選択して用いれば良い。ＭＯ
ＣＶＤ法により、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０６、キャッ
プ層としてのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層２０７を形成して一
連のエピタキシャル成長プロセスを終了する。
【００３４】次に、チャンネル導波路を形成する為、フ
ォトリソグラフィーによりストライプマスクを形成し、
ＲＩＢＥによってメサ形状のチャンネルストライプを形
成する。次に、ストライプ周辺のみをＭＯＣＶＤ法によ
り選択成長させ、図３のようにｐ−ＩｎＰ層１４０２、
ｎ−ＩｎＰ層１４０３、ｐ−ＩｎＰ層１４０４を埋め込
む。この際、活性層２０４側部にｎ−ＩｎＰ層１４０３
が接するようにして、側部に漏れる無効電流を低減でき
る。最後に、基板２０１を所望の厚さにラッピング研磨
した後、上部電極２０８ａ、２０８ｂ、下部電極２１０
用の金属膜Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎを蒸着し、これらをアロイ
処理しオーミック化を行なう。ここで２つの領域を電気
的に分離する為にキャップ層２０７までをエッチングす
る（これにより上部電極２０８ａ、２０８ｂ、２つに分
離されたキャップ層２０７が形成される）。最終的には
バー状に劈開し、チップ化し、ステムにダイボンディン
グ、ワイヤボンディングを施し、半導体レーザデバイス
が完成する。
【００３５】次に本デバイスの動作（変調）について説
明する。２つの電極２０８ａ、２０８ｂに注入する電流
Ｉａ、Ｉｂと発振モードの関係には、おおむね、図４に
示す様な固有の領域がある（ＴＥモード発振領域とＴＭ
モード発振領域の間には若干モード発振の不安定な遷移
領域がある）。発振しきい値以上で２つの電流の組み合
わせ（Ｉａ、Ｉｂ）を選べば、所望の偏波モード（ＴＥ
またはＴＭモード）の出力を得ることが可能となる。例
えば、図４においてΧ印のポイントに両電流値Ｉａ、Ｉ
ｂをバイアスしておくと、ＴＭモード発振となる。この
状態で、位相シフト領域２１１を含む電極２０８ｂに注
入する電流Ｉｂに僅かに電流を減算し変調を加えると、
○印のポイントにバイアスされ、瞬時にＴＥモード発振
となる（電極２０８ｂに対応する領域の注入電流が若干
減少するのでプラズマ効果で若干ここの屈折率が大きく
なってブラッグ波長が若干長波長側にずれＴＥモードの
利得ピーク波長に近付くので、ＴＥモード発振とな
る）。すなわち、Ｉｂに変調電流ΔＩｂを重畳すること
により、本デバイスの出力信号が偏波変調される。この
変調電流ΔＩｂは、ＦＳＫ変調と同等の数ｍＡ程度であ
る。これで、単一モード発振できるＴＥ偏波のみに注目
すれば、大きな消光比を実現することができ、チャービ
ングも極めて少ない動作が可能とされる。偏波変調され
たレーザからの光信号出力は、レーザ出力端に偏光板、
偏光プリズムなどの偏波選択素子を設けてＴＥ偏波のみ
を出力させることにより、振幅変調（ＡＳＫ）された信
号とされる。
【００３６】図１２（ａ）は光伝送の機能ブロック図を
示している。送信部６５で送出された信号は光ファイバ
６２で伝送され、受信部６６で検出される。波長多重シ
ステムにおいては、必要に応じて光検出器６４の前に波
長フィルタ６３を設けておく。このように、本デバイス
６０を用いて偏波変調を行ないその偏波変調出力を偏光
子６１によって選択することにより、極めて消光比が高
くチャーピングが少ないＡＳＫ信号を得ることができ
る。チャーピングが少ない特性は、本デバイスを高密度
の波長多重システムに適用することを可能にするもので
あり、その潜在性は極めて高いものがある。
【００３７】図１２（ｂ）に実際に偏波変調の為の電流
注入法を示し、本発明の半導体レーザを用いて強度変調
信号を伝送し、受信する光伝送系のブロック図を示す。
符号は、図１２（ａ）と同じものは同一部材を示す。信
号は、バイアスＴなどの重畳回路を通して、固定のバイ
アス電流に加算され、半導体レーザ６０の電極５７ｂ
（光出射側の電極５７ａの反対側の電極）に印加されて
いる。この様に本発明のデバイスを光伝送系に用いるこ
とについては、以下の実施例でも同じである。
【００３８】第２実施例 図５は本発明による第２の実施例（第１実施例と同様に
上記の第１の形態に属する）を示す。本実施例において
は導波路幅を共振器長全体に渡って一定とし、位相シフ
ト領域３１１でのガイド層の厚みを変化させる事により
位相シフトを行っている。
【００３９】図３において、３０１はｎ−ＩｎＰ基板、
３０２はｎ−ＩｎＰクラッド層、３０３はｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ（バンドギャップ波長λｇ＝１．３μｍ）ガイド
層、３０４は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からなる活性
層、３０５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、３０６はｐ
−ＩｎＰクラッド層、３０７はキャップ層であるｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層、３０９は周期が一様な回折格子、３０
８ａ、３０８ｂ、３１０は金属電極である。活性層３０
４は、０．７％の引っ張り歪みを有する１３ｎｍ厚のＩ
ｎＧａＡｓ井戸層、１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（バン
ドギャップ波長λｇ＝１．１５μｍ）障壁層の３対から
構成されており、いずれの層もノンドープである。ＭＱ
Ｗ活性層３０４までを第１実施例と同様のプロセスにて
作製した後、ＭＯＣＶＤによる選択成長により位相シフ
ト部３１１の厚みを変えたガイド層３０５をエピタキシ
ャル成長して形成し、続けてクラッド層３０６、キャッ
プ層３０７を順次形成する。選択成長により位相シフト
部３１１の厚みを変えたガイド層３０５は、第１実施例
の幅を変える場合と比較して、制御性が良い。
【００４０】次に第１実施例と同様のプロセスによりチ
ャンネルストライプ形成、横方向閉じ込め構造の形成を
行った。また、図５にはデバイスの断面構造のみ示して
いるが、第１実施例と同様にして横方向閉じ込め構造を
も作製した（図３参照）。図４は、本実施例の電流Ｉ
ａ、Ｉｂと発振する偏波モードの関係を示したものでも
ある。バイアス点を同図の○点またはΧ点に置き、電流
Ｉｂに変調成分ΔＩｂを重畳することにより、ＴＥモー
ドとＴＭモード間のスイッチングが可能となる。このΔ
Ｉｂの幅は数ｍＡ程度で、実効的に２０ｄＢ以上の消光
比（偏波モードのパワー比）が得られた。第１実施例と
同様に、変調された信号はそのままでは偏波が変調され
ているにすぎないので、強度信号に変換する為に半導体
レーザの前面に偏波板を設置し、所望の偏波モードの軸
方向（ＴＥの電界方向）に合わせておくと、高い消光比
の強度変調信号が得られる。本実施例の半導体レーザの
偏波変調時のチャーピングも極めて少なく、単一モード
発振であるＴＥモード出力のみを観測したところ１Å以
下であることが認められた。また、偏波変調の変調周波
数帯域も５００ＭＨｚ以上であることが示された。ま
た、ホールバーニングによるスペクトル線幅の拡大や入
力に対する応答の線形性の劣化も観測されなかった。
【００４１】第３実施例 図７は本発明による第３の実施例（上記の実施例と異な
って、上記の第２の形態に属する）を示す。詳細な層構
成は後述するとして、本実施例では、ストライプ導波路
４１２の一部に偏波依存性を持つ（ＴＭ偏波に対しての
みλ／４位相シフト効果を持つ）位相シフト領域４１１
が設けてある。本実施例では位相シフト領域以外の導波
路におけるＴＥ偏波の屈折率ｎＴＥ＝３．２１７、同じ
く位相シフト領域以外の導波路におけるＴＭ偏波の屈折
率ｎＴＭ＝３．２０９とした。また、位相シフト領域４
１１の長さＬを１００μｍとし、位相シフト領域４１１
におけるＴＥ偏波に対する屈折率ｎ１ＴＥと位相シフト
領域４１１におけるＴＭ偏波に対する屈折率ｎ１ＴＭと
の比α＝ｎ１ＴＥ／ｎ１ＴＭを１．００１２８となるよ
うに位相シフト領域４１１の幅を定めた。これにより、
上記（６）式であるα＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋λＴＥ）／
（４×Ｌ×ｎＴＭ十２×λＴＭ）を満たす様になってい
る。
【００４２】以下、本実施例の層構成について説明す
る。図７において、４０１はｎ−ＩｎＰ基板、４０２は
ｎ−ＩｎＰクラッド層、４０４は多重量子井戸活性層、
４０５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層（光ガイド
層）、４０６はｐ−ＩｎＰクラッド層、４０７はｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰキャップ層、４０８ａ、４０８ｂは電極、
４０９は一様な周期の回折格子、４１０は基板側の共通
電極、４１１は位相シフト領域、４１２はストライプ導
波路である。活性層４０４は、０．５％の引っ張り歪み
を有する１３ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ井戸層、１０ｎｍ厚
のＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長λｇ＝１．１５
μｍ）障壁層の３対から構成されており、いずれの層も
ノンドープである。活性層の引っ張り歪み量が０．６％
の時にＴＥに対する利得とＴＭに対する利得がほぼ等し
いため、本実施例においては歪み量を０．５％としてＴ
Ｅに対する利得を若干ＴＭに対する利得よりも大きくし
ている。
【００４３】図７においてはレーザの断面構造を示した
が、いうまでもなくレーザは横方向に電流及び光を閉じ
込める構造も具備している。これは上記実施例と同じで
ある（図３参照）。本実施例のデバイスの作製プロセス
についても、第１実施例に準じて行なえばよい。
【００４４】本デバイスの変調についても上記実施例と
実質的に同じである。すなわち、２つの電極４０８ａ、
４０８ｂに注入する電流Ｉａ、Ｉｂと発振モードの関係
には、おおむね、図４に示す様な固有の領域がある。発
振しきい値以上でこの２つの電流の組み合わせ（Ｉａ、
Ｉｂ）を選べば、所望の偏波モード（ＴＥまたはＴＭモ
ード）の出力を得ることが可能となる。例えば、図４に
おいて○印のポイントに両電流値Ｉａ、Ｉｂをバイアス
しておくと、ＴＥモード発振となる。この状態で、位相
シフト領域４１１を含む電極４０８ｂに注入する電流Ｉ
ｂに僅かに電流を加算し変調を加えると、Χ印のボイン
トにバイアスされ、瞬時にＴＭモード発振となる（電極
４０８ｂに対応する領域の注入電流が若干増加するので
プラズマ効果で若干ここの屈折率が小さくなってブラッ
グ波長が若干短波長側にずれＴＭモードの利得ピーク波
長に近付くので、ＴＭモード発振となる）。すなわち、
Ｉｂに変調電流ΔＩｂを重畳することにより、本デバイ
スの出力信号が偏波変調される。この変調電流ΔＩｂ
は、ＦＳＫ変調と同等の数ｍＡ程度である。
【００４５】第４実施例 図８は本発明による第４の実施例（第３実施例と同様、
上記の第２の形態に属する）を示す。本実施例において
は導波路幅を共振器長全体に渡って一定とし、位相シフ
ト領域５１１でのガイド層の厚みを変化させる事により
ＴＭモードに対してのみλ／４位相シフトを行ってい
る。本実施例では位相シフト領域以外の導波路における
ＴＥ偏波の屈折率ｎＴＥ＝３．２１７、同じく位相シフ
ト領域以外の導波路におけるＴＭ偏波の屈折率ｎＴＭ＝
３．２０９とした。また、ＴＭ偏波に対してのみλ／４
位相シフト効果を持つ位相シフト領域５１１の長さＬを
１００μｍとし、位相シフト領域５１１におけるＴＥ偏
波に対する屈折率ｎ１ＴＥと位相シフト領域５１１にお
けるＴＭ偏波に対する屈折率ｎ１ＴＭとの比α＝ｎ１Ｔ
Ｅ／ｎ１ＴＭを１．００１２８となるように位相シフト
領域５１１におけるガイド層の厚みを定めた。これによ
り、上記（６）式であるα＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋λＴ
Ｅ）／（４×Ｌ×ｎＴＭ十２×λＴＭ）を満たす様にな
っている。
【００４６】図８において、５０１はｎ−ＩｎＰ基板、
５０２はｎ−ＩｎＰクラッド層、５０３はｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ（バンドギャップ波長λｇ＝１．３μｍ）ガイド
層、５０４は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からなる活性
層、５０５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、５０６はｐ
−ＩｎＰクラッド層、５０７はキャップ層であるｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層、５０９は一様な周期の回折格子、５０
８ａ、５０８ｂ、５１０は金属電極である。活性層５０
４は、０．５％の引っ張り歪みを有する１３ｎｍ厚のＩ
ｎＧａＡｓ井戸層、１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（バンド
ギャップ波長λｇ＝１．１５μｍ）障壁層の３対から構
成されて厚おり、いずれの層もノンドープである。これ
により、ＴＥに対する利得を若干ＴＭに対する利得より
も大きくしている。
【００４７】ＭＱＷ活性層５０４までを第３実施例と同
様のプロセスにて作製した後、ＭＯＣＶＤによる選択成
長により位相シフト部５１１の厚みを変えたガイド層５
０５をエピタキシャル成長して形成し、続けてクラッド
層５０６、キャップ層５０７を順次形成する。動作な
ど、その他の点は、本実施例は第３実施例と同様であ
る。
【００４８】第５実施例 図１０は本発明による第５の実施例（上記の実施例と異
なって、上記の第３の形態に属する）を示す。詳細な層
構成は後述するとして、本実施例では、ｎ−ＩｎＰ基板
６０１上に２つの位相シフト領域６１１、６１２が設け
てある。
【００４９】本実施例では位相シフト領域以外の導波路
におけるＴＥ偏波の屈折率ｎＴＥ＝３．２１７、同じく
位相シフト領域以外の導波路におけるＴＭ偏波の屈折率
ｎＴＭ＝３．２０９とした。また、本実施例において、
ＴＥ偏波に対してのみλ／４位相シフト効果を持つ第１
の位相シフト領域６１１の長さＬ１及び第２の位相シフ
ト領域６１２の長さＬ２を各々１００μｍとし、第１の
位相シフト領域６１１におけるＴＥ偏波に対する屈折率
ｎ１ＴＥと第１の位相シフト領域６１１におけるＴＭ偏
波に対する屈折率ｎ１ＴＭとの比α１＝ｎ１ＴＥ／ｎ１
ＴＭを１．００１２８となるように第１の位相シフト領
域６１１の幅を定めた。これにより、上記（６）式であ
るα１＝（４×Ｌ１×ｎＴＥ＋λＴＥ）／（４×Ｌ１×
ｎＴＭ＋２×λＴＭ）を満たす様になっている。
【００５０】また、ＴＭ偏波に対してのみλ／４位相シ
フト効果を持つ第２の位相シフト領域６１２におけるＴ
Ｅ偏波に対する屈折率ｎ２ＴＥと第２の位相シフト領域
６１２におけるＴＭ偏波に対する屈折率ｎ２ＴＭとの比
α２＝ｎ２ＴＥ／ｎ２ＴＭを１．００３７となるように
第２の位相シフト領域６１２の幅を定めた。これによ
り、上記（６）式であるα２＝（４×Ｌ２×ｎＴＥ＋２
×λＴＥ）／（４×Ｌ２×ｎＴＭ＋λＴＭ）を満たす様
になっている。
【００５１】以下、本実施例の層構成について説明す
る。図１０において、６０１はｎ−ＩｎＰ基板、５０２
はｎ−ＩｎＰクラッド層、６０４はＴＥ偏波とＴＭ偏波
の利得が概略等しいノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、
６０５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層、６０６はｐ−
ＩｎＰクラッド層、６０７はｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャッ
プ層、６０８ａ、６０８ｂは金属電極、６０９は一様な
周期の回折格子、６１０は基板側の金属電極、６１１は
第１の位相シフト領域、６１２は第２の位相シフト領
域、６１３はストライプ導波路である。
【００５２】レーザの横方向に電流及び光を閉じ込める
構造は上記実施例と同じである。本実施例のデバイスの
作製プロセスについても上記実施例の作製プロセスに準
じて行なえばよい。
【００５３】次に本デバイスの変調について説明する。
２つの電極６０８ａ、６０８ｂに注入する電流Ｉａ、Ｉ
ｂと発振モードの関係には、おおむね、図４に示す様な
固有の領域がある。発振しきい値以上でこの２つの電流
の組み合わせ（Ｉａ、Ｉｂ）を選べば、所望の偏波モー
ド（ＴＥまたはＴＭモード）の出力を得ることが可能と
なる。例えば、図４において○印のボイントに両電流値
Ｉａ、Ｉｂをバイアスしておくと、ＴＥモード発振とな
る。この状態で、電極６０８ｂの第２ＤＦＢ領域に注入
する電流Ｉｂに僅かに電流を加算し変調を加えると、Χ
印のポイントにバイアスされ、瞬時にＴＭモード発振と
なる。すなわち、Ｉｂに変調電流ΔＩｂを重畳すること
により、本デバイスの出力信号が偏波変調される。この
変調電流ΔＩｂは、ＦＳＫ変調と同等の数ｍＡ程度であ
る。これで、大きな消光比を実現することができ、チャ
ービングも極めて少ない動作を可能とする。偏波変調さ
れたレーザからの光信号出力は、レーザ出力端に偏光
板、偏光プリズムなどの偏波選択素子を設けて所望の偏
波のみを出力させることにより、振幅変調（ＡＳＫ）さ
れた信号とされる。本実施例ではどちらの偏波モードも
単一モード化されているのでどちらの偏波モードを選択
してもよい。
【００５４】第６実施例 図１１に本発明に係る第６の実施例のデバイス構成（第
５実施例と同様、上記の第３の形態に属する）の断面図
を示す。第５実施例において、位相シフトはストライプ
導波路の幅を位相シフト領域において部分的に変える事
で為されているが、本実施例においてはストライプ導波
路幅は共振器全体に渡って一様であり、位相シフト領域
７１１、７１２のガイド層の厚みを部分的に変える事に
より、第１の位相シフト領域７１１と第２の位相シフト
領域７１２を形成している。各々の位相シフト領域７１
１、７１２の長さ及びＴＥ偏波に対する屈折率とＴＭ偏
波に対する屈折率の関係は第５の実施例と同じである。
【００５５】以下、本実施例の層構成について説明す
る。図１１において、７０１はｎ−ＩｎＰ基板、７０２
はｎ−ＩｎＰクラッド層、７０３はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層、７０４はＴＥ偏波とＴＭ偏波の利得が概略等
しい多重量子井戸活性層、７０５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層、７０６はｐ−ＩｎＰクラッド層、７０７はキ
ャップ層としてのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層、７０８ａ，７
０８ｂは金属電極、７０９は回折格子、７１０は基板側
の金属電極である。活性層７０４は、０．６％の引っ張
り歪みを有する１３ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ井戸層、１０
ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長λｇ＝
１．１５μｍ）障壁層の３対から構成されており、いず
れの層もノンドープである。本実施例では多重量子井戸
構造の活性層を用いているので、注入電流がより有効に
発振光の励起に使用され、より低いしきい値を実現する
ことができる。
【００５６】本レーザでも上記の実施例と同様な横方向
に電流及び光を閉じ込める構造を具備している。本実施
例のデバイスの作製プロセスも上記実施例のプロセスに
準じて行なえばよい。動作等、その他の点は第５実施例
と同じである。
【００５７】第７実施例 図１３は本発明のデバイスを用いて光送信機を構成した
例である。図１３において、７１は本発明のデバイスを
用いて構成された光送信機、７２は制御回路、７３は制
御回路７２からの駆動信号により駆動される本発明のデ
バイス、７４はＴＥ或はＴＭ偏波のみを通過させ得るよ
うに設定された偏光子、７５は光信号を光ファイバなど
の光伝送路７６へ結合するための結合手段である。
【００５８】次に本実施例の光送信機７１の動作につい
て説明する。端末からの電気信号が制御手段７２へ入力
されると、制御手段７２は、変調信号が重畳された駆動
信号により本発明の半導体レーザ７３を駆動する。これ
により、本発明の半導体レーザ７３は、制御手段７２か
らの駆動信号に従って偏光状態を変調された光信号を出
力する。偏光状態が変調された光出力はＴＥ或はＴＭ偏
波のみを通過させうるように設定された偏光子７４によ
りＴＥ或はＴＭ偏波の強度変調信号に変換される。ＴＥ
或はＴＭ偏波の強度変調となった光信号は光結合手段７
５により光ファイバなどの外部光伝送路７６へ結合され
る。
【００５９】第８実施例 図１４は、本発明のデバイスを、波長多重型のシステム
構成時にスター型のトポロジーにおいて使用したシステ
ム例を示す。図１４において、８１−１〜８１−ｎは本
発明の偏波変調レーザ（分布帰還型半導体レーザ）と偏
光子からなる送信部であり、８２−１〜８２−ｎは波長
フィルタと光検出器で構成される受信部である。本発明
の偏波変調レーザの出力波長を変えるには、通常のＤＦ
Ｂ−ＬＤと同様にその注入電流バイアスを制御してやれ
ばよい。本実施例では、１Åずつ並べた送信器８１より
１０波（ｎ＝１０）の波長多重を実現した。受信器８２
の波長フィルタとしては、この波長多重度に対応させた
ＤＦＢ型の導波型フィルタ（半値全巾＜０．５Å）を用
いることにより、所望の波長の光信号を選択的に受信す
ることが可能となる。隣接する波長間では相異なる偏波
を用いる場合（本発明の第１と第２の形態のレーザを混
ぜて用いたり、第３の形態のレーザを用いる）、クロス
トークが極めて小さい波長多重が実現出来る。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２つの異なる偏波の一方の偏波にのみ波長の四分の一の
位相シフトを発生し、他方の偏波に対しては好適には波
長の二分の一の位相シフトを発生する偏波依存性を持つ
位相シフト領域を具備する事で、前記一方の偏波に対す
る安定な単一モード発振動作ができるデバイスが得られ
る。そして、この位相シフトを、伝搬光に対する実効屈
折率が他の領域と異なる作り付けの比較的長い領域で行
うためにホールバーニングによる不安定性を排除する事
が出来る。
【００６１】より具体的な形態によれば以下のような効
果が奏される。ＴＥ偏波にのみ波長の四分の一の位相シ
フトを発生し、ＴＭ偏波に対しては好適には波長の二分
の一の位相シフトを発生する位相シフト領域を設け、更
に好適にはＴＥ偏波に対する利得よりＴＭ偏波に対する
利得が大きい活性層を具備する事で、ＴＥ偏波に対する
安定な単一モード発振動作と偏波モード間のモード競合
が安定に行われ（或は、ＴＭ偏波にのみ波長の四分の一
の位相シフトを発生し、ＴＥ偏波に対しては好適には波
長の二分の一の位相シフトを発生する位相シフト領域を
設け、更に好適にはＴＭ偏波に対する利得よりＴＥ偏波
に対する利得が大きい活性層を具備する事で、ＴＭ偏波
に対する安定な単一モード発振動作と偏波モード間のモ
ード競合が安定に行われる）、これにより効率的で再現
性の良い偏波スイッチングデバイスが得られる。勿論、
一方の偏波に対する安定な単一モード発振動作を行なえ
る様にも設計できる。
【００６２】また、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の各偏波に対し
て概略等しい利得を発生する活性層を有し、片方の偏波
にのみ波長の四分の一の位相シフトを発生し、残る一方
の偏波に対しては波長の二分の一の位相シフトを発生す
る第一の位相シフト領域と、前記位相シフト領域とは各
偏波に対する位相シフト量の関係が逆転している第二の
位相シフト領域とを同時に具備する事で、各々の偏波モ
ードに対して安定な単一モード発振を行わせる事が出
来、偏波モード競合が安定に行われ、これにより効率的
で再現性の良い偏波スイッチングデバイスが得られる。
【００６３】以上の形態では、さらに前記位相シフトを
数１０μｍ程度ないし１００μｍ程度の比較的長い領域
で行うためにホールバーニングによる不安定性を排除す
る事が出来る。また、これを変調機構とした偏波変調レ
ーザと出力側に設けた偏光選択素子との組み合わせによ
り、少ない電流変調で大きな消光比のＡＳＫ信号が得ら
れ、かつ変調時のチャーピングやホールバーニングに起
因するスベクトル幅の増大を従来のＡＳＫ方式変調に比
較して極めて小さく出来る。これにより、従来は複雑な
装置構成のＦＳＫ方式や高価なデバイスを使用する外部
変調方式でのみ可能とされてきた高密度波長多重通信
が、簡単な構成において可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分布帰還型半導体レーザの第１の形態
の概念構造の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図２】本発明の分布帰還型半導体レーザの第１実施例
の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図３】レーザの横方向閉じ込め構造を表す横方向の断
面図である。
【図４】電流注入による発振偏波モード（ＴＥ／ＴＭ）
の変化の様子を示す図である。
【図５】本発明の分布帰還型半導体レーザの第２実施例
の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図６】本発明の分布帰還型半導体レーザの第２の形態
の概念構造の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図７】本発明の分布帰還型半導体レーザの第３実施例
の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図８】本発明の分布帰還型半導体レーザの第４実施例
の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図９】本発明の分布帰還型半導体レーザの第３の形態
の概念構造の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図１０】本発明の分布帰還型半導体レーザの第５実施
例の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図１１】本発明の分布帰還型半導体レーザの第６実施
例の平面と共振器方向の断面を示す図である。
【図１２】本発明によるレーザを光伝送系に用いた例及
び偏光子を挿入して強度変調方式の伝送を行う例を示す
ブロック図である。
【図１３】本発明の第７の実施例である光送信機のブロ
ック図である。
【図１４】本発明の第８の実施例である波長多重伝送シ
ステムを示すプロック図である。
【図１５】従来例を示す共振器方向の断面図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、２０１、３０１、４０１、５０１、６
０１、７０１ 基板 ２、２２、３２、２０４、３０４、４０４、５０４、６
０４、７０４ 活性層（多重量子井戸活性層） ３、２３、３３、２０５、３０３、３０５、４０５、５
０３、５０５、６０５、７０３、７０５ 光ガイド層
（回折格子層） ４、２４、３４、２０２、２０６、３０２、３０６、４
０２、４０６、５０２、５０６、６０２、６０６、７０
２、７０６クラッド層 ５、２５、３５、２０７、３０７、４０７、５０７、６
０７、７０７ キャップ層 ６、２６、３６、５７ａ、５７ｂ、２０８ａ、２０８
ｂ、３０８ａ、３０８ｂ、４０８ａ、４０８ｂ、５０８
ａ、５０８ｂ、６０８ａ、６０８ｂ、７０８ａ、７０８
ｂ 上部電極 ７、２７、３７、２０９、３０９、４０９、５０９、６
０９、７０９ 回折格子 ８、２８、３８、５９、２１０、３１０、４１０、５１
０、６１０、７１０下部電極 ９、２９、２１１、３１１、４１１、５１１ 位相シフ
ト領域 １０、３０、４１、２１２、３１２、４１２、５１２、
６１３、７１３ ストライプ導波路 ３９、６１１、７１１ 第１位相シフト領域 ４０、６１２、７１２ 第２位相シフト領域 ６０、７３ 本発明の偏波変調レーザ ６１、７４ 偏光子 ６２ 光ファイバ ６３ 波長フィルタ ６４ 光検出器 ６５ 送信部 ６６ 受信部 ７１ 光送信機 ７２ 制御手段 ７５ 光結合手段 ７６ 光伝送路 ８１−１〜８１−ｎ 本発明の偏波変調レーザと偏光子
から構成される送信部 ８２−１〜８２−ｎ 波長フィルタと光検出器から構成
される受信部 １４０２、１４０４ ｐ−ＩｎＰ層 １４０３ ｎ−ＩｎＰ層

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも光導波路と活性層と回折格子を
    有し、該光導波路は２つの異なる偏波モードの光の伝搬
    を許容する様に構成された分布帰還型半導体レーザにお
    いて、一方の偏波に対してのみ波長の四分の一の位相シ
    フトを発生し他方の偏波に対しては波長の二分の一の位
    相シフトを発生する様に伝搬光に対する実効屈折率が他
    の領域と異なって光伝搬方向に伸びた偏波依存性を持つ
    位相シフト領域を具備する事を特徴とする分布帰還型半
    導体レーザ。
  2. 【請求項２】前記２つの偏波モードのレーザ光を発生し
    得る分布帰還型半導体レーザであって、ＴＥ偏波に対す
    る利得よりもＴＭ偏波に対する利得をより多く発生する
    活性層と、ＴＥ偏波に対してのみ波長の四分の一の位相
    シフトを発生しＴＭ偏波に対しては波長の二分の一の位
    相シフトを発生する位相シフト領域とを同時に具備する
    事で偏波スイッチング機能を有する事を特徴とする請求
    項１記載の分布帰還型半導体レーザ。
  3. 【請求項３】位相シフト領域以外の導波路におけるＴＥ
    偏波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎＴＥ、
    ｎＴＭとし、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の波長をそれぞれλＴ
    Ｅ、λＴＭとし、位相シフト領域におけるＴＥ偏波、Ｔ
    Ｍ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎ１ＴＥ、ｎ１Ｔ
    Ｍとし、位相シフト領域におけるＴＥ偏波とＴＭ偏波に
    対する実効屈折率の比をｎ１ＴＥ／ｎ１ＴＭ＝αとし、
    位相シフト領域の共振器長方向長さをＬとするとき、α
    ＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋２×λＴＥ）／（４×Ｌ×ｎＴＭ
    十λＴＭ）となるようにｎＴＥ、ｎＴＭおよびＬが定め
    られている事を特徴とする請求項２記載の分布帰還型半
    導体レーザ。
  4. 【請求項４】前記２つの偏波モードのレーザ光を発生し
    得る分布帰還型半導体レーザであって、ＴＭ偏波に対す
    る利得よりもＴＥ偏波に対する利得をより多く発生する
    活性層と、ＴＭ偏波に対してのみ波長の四分の一の位相
    シフトを発生しＴＥ偏波に対しては波長の二分の一の位
    相シフトを発生する位相シフト領域とを同時に具備する
    事で偏波スイッチング機能を有する事を特徴とする請求
    項１記載の分布帰還型半導体レーザ。
  5. 【請求項５】位相シフト領域以外の導波路におけるＴＥ
    偏波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎＴＥ、
    ｎＴＭとし、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の波長をそれぞれλＴ
    Ｅ、λＴＭとし、位相シフト領域におけるＴＥ偏波、Ｔ
    Ｍ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎ１ＴＥ、ｎ１Ｔ
    Ｍとし、位相シフト領域におけるＴＥ偏波とＴＭ偏波に
    対する実効屈折率の比をｎ１ＴＥ／ｎ１ＴＭ＝αとし、
    位相シフト領域の共振器長方向長さをＬとするとき、α
    ＝（４×Ｌ×ｎＴＥ＋λＴＥ）／（４×Ｌ×ｎＴＭ十２
    ×λＴＭ）となるようにｎＴＥ、ｎＴＭおよびＬが定め
    られている事を特徴とする請求項４記載の分布帰還型半
    導体レーザ。
  6. 【請求項６】前記２つの偏波モードのレーザ光を発生し
    得る分布帰還型半導体レーザであって、片方の偏波に対
    してのみ波長の四分の一の位相シフトを発生し残る一方
    の偏波に対しては波長の二分の一の位相シフトを発生す
    る第１の位相シフト領域、前記位相シフト領域とは各偏
    波に対する位相シフト量の関係が逆転している第２の位
    相シフト領域とを同時に具備する事で偏波スイッチング
    機能を有する事を特徴とする請求項１記載の分布帰還型
    半導体レーザ。
  7. 【請求項７】位相シフト領域以外の導波路におけるＴＥ
    偏波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎＴＥ、
    ｎＴＭとし、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の波長をそれぞれλＴ
    Ｅ、λＴＭとし、第１の位相シフト領域におけるＴＥ偏
    波、ＴＭ偏波に対する実効屈折率をそれぞれｎ１ＴＥ、
    ｎ１ＴＭとし、第２の位相シフト領域におけるＴＥ偏
    波、ＴＭ偏波に対する屈折率をそれぞれｎ２ＴＥ、ｎ２
    ＴＭとし、第１と第２の位相シフト領域におけるＴＥ偏
    波とＴＭ偏波に対する実効屈折率の比をｎ１ＴＥ／ｎ１
    ＴＭ＝α１、ｎ２ＴＥ／ｎ２ＴＭ＝α２とし、第１と第
    ２の位相シフト領域の共振器長方向長さをＬ１、Ｌ２と
    するとき、α１＝（４×Ｌ１×ｎＴＥ＋λＴＥ）／（４
    ×Ｌ１×ｎＴＭ＋２×λＴＭ）、α２＝（４×Ｌ２×ｎ
    ＴＥ＋２×λＴＥ）／（４×Ｌ２×ｎＴＭ＋λＴＭ）と
    なるようにｎＴＥ、ｎＴＭ、Ｌ１およびＬ２が定められ
    ている事を特徴とする請求項６記載の分布帰還型半導体
    レーザ。
  8. 【請求項８】ＴＥ偏波とＴＭ偏波の利得が概略等しい活
    性層を有する事を特徴とする請求項６または７記載の分
    布帰還型半導体レーザ。
  9. 【請求項９】前記位相シフト領域の偏波依存性を持つ位
    相シフト作用が、この領域の導波路の形状を他の領域の
    導波路の形状から変化させる事により為される事を特徴
    とする請求項１乃至８の何れかに記載の分布帰還型半導
    体レーザ。
  10. 【請求項１０】前記位相シフト領域の偏波依存性を持つ
    位相シフト作用が、この領域の導波路の幅を他の領域の
    導波路の幅から変化させる事により為される事を特徴と
    する請求項９記載の分布帰還型半導体レーザ。
  11. 【請求項１１】前記位相シフト領域の偏波依存性を持つ
    位相シフト作用が、この領域の導波路の厚さを他の領域
    の導波路の厚さから変化させる事により為される事を特
    徴とする請求項９記載の分布帰還型半導体レーザ。
  12. 【請求項１２】前記活性層が面内引っ張り応力によって
    引っ張り歪みを受けている事を特徴とする請求項１乃至
    １１の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
  13. 【請求項１３】前記活性層として量子井戸構造を用いて
    いる事を特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の
    分布帰還型半導体レーザ。
  14. 【請求項１４】前記活性層は回折格子に対して基板側に
    形成されている事を特徴とする請求項１乃至１３の何れ
    かに記載の分布帰還型半導体レーザ。
  15. 【請求項１５】前記活性層は回折格子に対して基板と反
    対の側に形成されている事を特徴とする請求項１乃至１
    ３の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
  16. 【請求項１６】出力部に偏光選択手段を具備し、偏波ス
    イッチング機能を有する分布帰還型半導体レーザとして
    構成されている事を特徴とする請求項１乃至１５の何れ
    かに記載の分布帰還型半導体レーザ。
  17. 【請求項１７】前記回折格子は全体に渡って周期が一様
    である事を特徴とする請求項１乃至１６の何れかに記載
    の分布帰還型半導体レーザ。
  18. 【請求項１８】請求項１乃至１７の何れかに記載の分布
    帰還型半導体レーザと該レーザを送信信号に従って駆動
    する駆動手段を含む事を特徴とする光信号送信機。
  19. 【請求項１９】請求項１乃至１７の何れかに記載の分布
    帰還型半導体レーザを光信号送信側に設けた事を特徴と
    する光伝送システム。
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