JPH01218088A - 分布帰還型半導体レーザ装置 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザ装置Info
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- JPH01218088A JPH01218088A JP63045189A JP4518988A JPH01218088A JP H01218088 A JPH01218088 A JP H01218088A JP 63045189 A JP63045189 A JP 63045189A JP 4518988 A JP4518988 A JP 4518988A JP H01218088 A JPH01218088 A JP H01218088A
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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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
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- 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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1225—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers with a varying coupling constant along the optical axis
-
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- 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
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/124—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts
- H01S5/1243—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts by other means than a jump in the grating period, e.g. bent waveguides
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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
本発明は分布帰還型半導体レーザ装置の改良に関するも
のである。
のである。
従来の技術
最近の光ファイバを伝送経路として用いる光通信技術の
発達に伴ない、高速で長距離の信号伝送を行なうために
光源となる半導体レーザ装置の改良が成されている。こ
の種の半導体レーザ装置としては、分布帰還型半導体レ
ーザ装置がある。分布帰還型半導体レーザ装置では、単
一縦モード特性の得られる確率が理論的に予測されるこ
とが。
発達に伴ない、高速で長距離の信号伝送を行なうために
光源となる半導体レーザ装置の改良が成されている。こ
の種の半導体レーザ装置としては、分布帰還型半導体レ
ーザ装置がある。分布帰還型半導体レーザ装置では、単
一縦モード特性の得られる確率が理論的に予測されるこ
とが。
ｗ 、 ５ｔｒｅｉｆｅｖ等によってアイ イイイ ジ
ェイカンタム エレクトロン（ＩＥＩＣＥＪ、Ｑｕａｎ
ｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ） 、 ｖｏｌ、ＱＥ−１１、
ｐｐ、１５４−１６１ 。
ェイカンタム エレクトロン（ＩＥＩＣＥＪ、Ｑｕａｎ
ｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ） 、 ｖｏｌ、ＱＥ−１１、
ｐｐ、１５４−１６１ 。
Ａｐｒ、１９７５． に報告されている。この確率を
１００％に近ずけるために、λ／４シフト構造を設ける
ことが有効であることがＨ０人、Ｈａｕｓ等によってア
イイイイ ジエイ カンタム エレクトロン（ＩＥＥＩ
Ｃ、Ｊ 、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ） 、
ＱＥ −１２゜ｐｐ 、５３２−５３９．１９７６
に報告されている。
１００％に近ずけるために、λ／４シフト構造を設ける
ことが有効であることがＨ０人、Ｈａｕｓ等によってア
イイイイ ジエイ カンタム エレクトロン（ＩＥＥＩ
Ｃ、Ｊ 、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ） 、
ＱＥ −１２゜ｐｐ 、５３２−５３９．１９７６
に報告されている。
このλ／４ シフト構造を得るために、■ ポジ・ネガ
レジスト併用型の干渉露光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌ６
１ｆｔ、２０．ｐｐ、１００８−１０１０゜１９８４
）。
レジスト併用型の干渉露光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌ６
１ｆｔ、２０．ｐｐ、１００８−１０１０゜１９８４
）。
■ 電子ビーム直接描画法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｆ
ｔ−２０、ｐｐ、８０−８１ 、１９８４ ）。
ｔ−２０、ｐｐ、８０−８１ 、１９８４ ）。
■ 石英のコンタクトマスクを用いる干渉露光法（信学
抜報、０ＱＥ−８６−６０，ｐｐ、５７−６４゜１９８
６ ）。
抜報、０ＱＥ−８６−６０，ｐｐ、５７−６４゜１９８
６ ）。
■ 位相マスクの投影像を用いる干渉露光法（応用物理
学会予稿集、 ｐｉ）、２０２．１９８５ ）。
学会予稿集、 ｐｉ）、２０２．１９８５ ）。
等の方法が提案されている。
発明が解決しようとする課題
ところが従来のλ／４シフト構造では、作製プロセスが
複雑であるばかりか、軸方向空間的ホールバーニングに
より高出力時には単一縦モード特性が得られないことが
理論的に報告されている（蟹田他、信学技報、 ０ＱＥ
−８６−７、ｐｐ、４９−５６゜１９８６ ）。
複雑であるばかりか、軸方向空間的ホールバーニングに
より高出力時には単一縦モード特性が得られないことが
理論的に報告されている（蟹田他、信学技報、 ０ＱＥ
−８６−７、ｐｐ、４９−５６゜１９８６ ）。
課題全解決するための手段
すなわち本発明は、前記した問題点に鑑み、活性層およ
び活性層に隣接する導波層からなるレーザ共振器構造に
おいて、回折格子が前記導波層表面に設けられ、前記レ
ーザ共振器方向の中央部付近にのみ回折格子の形成され
ていない領域を所定の長さ山）有し、回折格子の形成さ
れている前記レーザ共振器構造の伝搬モードの実効屈折
率が”ｏｆｆ＋であり、回折格子の形成されていない部
分のそれがｎｅｆｆａであり、前記回折格子の形成され
ていない領域の長さＬが。
び活性層に隣接する導波層からなるレーザ共振器構造に
おいて、回折格子が前記導波層表面に設けられ、前記レ
ーザ共振器方向の中央部付近にのみ回折格子の形成され
ていない領域を所定の長さ山）有し、回折格子の形成さ
れている前記レーザ共振器構造の伝搬モードの実効屈折
率が”ｏｆｆ＋であり、回折格子の形成されていない部
分のそれがｎｅｆｆａであり、前記回折格子の形成され
ていない領域の長さＬが。
（λはレーザ装置の発振波長）
の範囲とすることにより、上述した問題点全解決する。
作用
本発明の作用は、回折格子の有無によジ実効屈折率差を
生じさせて位相シフト構造を形成し単一縦モード発振す
る確率を１に近づけると同時に、光の電界強度の強くな
る中央部付近の回折格子を無くすることにより光の電界
分布を平坦化し軸方向の空間的ホールバーニングの効果
を抑制するものである。これにより、高い歩留まりで広
い光出力範囲において、安定に単一縦モード発振を得る
ことができる。
生じさせて位相シフト構造を形成し単一縦モード発振す
る確率を１に近づけると同時に、光の電界強度の強くな
る中央部付近の回折格子を無くすることにより光の電界
分布を平坦化し軸方向の空間的ホールバーニングの効果
を抑制するものである。これにより、高い歩留まりで広
い光出力範囲において、安定に単一縦モード発振を得る
ことができる。
実施例
本発明の実施例を第１．２図を用いて、第３図の従来例
と比較して説明する。第１図において、ｅ）は本実施例
の分布帰還型半導体レーザ装置の断面構造図であり、１
１はクラッド層、１２は活性層、１３は導波層、１４は
クラッド層、１６は回折格子、１６は回折格子のない領
域、１７はムＲ（無反射）コート膜である。（ｂ）は軸
方向の光強度分布、（Ｃ）はキャリア密度分布、（ｄ）
は屈折率分布である。第２図は導波層の膜厚に対する実
効屈折率の依存性を示す。第３図は従来例のλ／４シフ
ト型分布帰還型半導体レーザ装置を説明する図であり、
（＆）は断面構造図であり、３１はクラッド層、３２は
活性層、３３は導波層、３４はクラッド層、３５は回折
格子、３６はλ／４シフト、３７はムＲ（無反射）コー
ト膜である。Φ）は軸方向の光強度分布、（Ｃ）はキャ
リア密度分布、（ｄ）は屈折率分布である。
と比較して説明する。第１図において、ｅ）は本実施例
の分布帰還型半導体レーザ装置の断面構造図であり、１
１はクラッド層、１２は活性層、１３は導波層、１４は
クラッド層、１６は回折格子、１６は回折格子のない領
域、１７はムＲ（無反射）コート膜である。（ｂ）は軸
方向の光強度分布、（Ｃ）はキャリア密度分布、（ｄ）
は屈折率分布である。第２図は導波層の膜厚に対する実
効屈折率の依存性を示す。第３図は従来例のλ／４シフ
ト型分布帰還型半導体レーザ装置を説明する図であり、
（＆）は断面構造図であり、３１はクラッド層、３２は
活性層、３３は導波層、３４はクラッド層、３５は回折
格子、３６はλ／４シフト、３７はムＲ（無反射）コー
ト膜である。Φ）は軸方向の光強度分布、（Ｃ）はキャ
リア密度分布、（ｄ）は屈折率分布である。
第３図におけるλ／４シフト構造においては、λ／４シ
フト位置において光強度が最も大きくなり（第３（ｂ）
図）、逆にキャリア密度および屈折率は小さくなり（第
３ （Ｃ） 、 （ｄ）図）、屈折率分布の変化によっ
てλ／４シフトからずれが生じ単一モードスペクトルか
ら、光出力増加と共に他の縦モードスペクトルへのモー
ドホップが生じる。
フト位置において光強度が最も大きくなり（第３（ｂ）
図）、逆にキャリア密度および屈折率は小さくなり（第
３ （Ｃ） 、 （ｄ）図）、屈折率分布の変化によっ
てλ／４シフトからずれが生じ単一モードスペクトルか
ら、光出力増加と共に他の縦モードスペクトルへのモー
ドホップが生じる。
ところが第１図に示す本発明の分布帰還型半導体レーザ
装置においては、光強度は回折格子のない領域１６にお
いてほぼ平坦な分布となる（第１（ｂ）図）。このため
キャリア密度分布および屈折率分布も回折格子のない領
域１６においてほぼ平坦な分布となＶ（第１ （０）
、 （ｄ）図）、光出力が増大してもその変化量を小さ
く抑えることができるため前述したような軸方向のスペ
クトラルホールパーニングによる単一モードスペクトル
の劣化現象を抑制することができる。本発明における位
相シフトは、回折格子１５を形成した領域の実効的な導
波路層厚ｄ、と回折格子のない領域１６の導波路層厚へ
の違いによる実効屈折率差を用いている。第２図は導波
層の膜厚に対する実効屈折率の依存性を示しており、導
波層が厚い程実効屈折率の値は大きくなる。回折格子の
次数として、２次の回折格子を用いた場合には、１次の
回折格子を用いた場合よりも、回折格子の高さを大きく
できるため実効的な導波路層が大きくなり、Ｉ ”ｅｆ
ｆ＋ −ｎｅｆＴｈ ｌを大きくできるため回折格子を
形成しない領域１６の長さＬｉ数１０μｍ程度の長さで
形成することができる。
装置においては、光強度は回折格子のない領域１６にお
いてほぼ平坦な分布となる（第１（ｂ）図）。このため
キャリア密度分布および屈折率分布も回折格子のない領
域１６においてほぼ平坦な分布となＶ（第１ （０）
、 （ｄ）図）、光出力が増大してもその変化量を小さ
く抑えることができるため前述したような軸方向のスペ
クトラルホールパーニングによる単一モードスペクトル
の劣化現象を抑制することができる。本発明における位
相シフトは、回折格子１５を形成した領域の実効的な導
波路層厚ｄ、と回折格子のない領域１６の導波路層厚へ
の違いによる実効屈折率差を用いている。第２図は導波
層の膜厚に対する実効屈折率の依存性を示しており、導
波層が厚い程実効屈折率の値は大きくなる。回折格子の
次数として、２次の回折格子を用いた場合には、１次の
回折格子を用いた場合よりも、回折格子の高さを大きく
できるため実効的な導波路層が大きくなり、Ｉ ”ｅｆ
ｆ＋ −ｎｅｆＴｈ ｌを大きくできるため回折格子を
形成しない領域１６の長さＬｉ数１０μｍ程度の長さで
形成することができる。
本発明の具体例について第１（ａ）図を用いて説明する
。本具体例はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の化合物半導体
材料を用いた１、３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザ装
置についてである。第１（ａ）図において、クラッド層
１１はＰ型ＩｎＰ層（Ｎ、 〜Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−
’）、活性層１２はＩｎＧａＡｓＰ層（ノンドープ、λ
ｇ＝１．３ μｍ 、 ０，１１ｔｍ厚）、導波層１３
はＩｎＧａＡｓＰ層（Ｎｄ 〜５Ｘ １０”ｃｍ−’、
λｃ ＝１ 、１ ｉｔ ｍ 、０．２０ ／’ ”厚
入クラッド層１４はＩｎＰ基板（１’ｉｄ 〜ｌＸ１０
Ｃｍ ）、回折格子１６は周期４０００人、深さ２
０００人の回折格子、回折格子のない領域１６は長さＬ
で表わされる。回折格子１６を形成した領域と回折格子
のない領域１６でのレーザ光の感じる実効屈折率ｎ
、ｎ はそれぞれ３，３０６と３，３００ｅｆｆ
＋ ｅｆｆ２ となり、２７．１くしく６４．２μｍと範囲に回折格子
のない領域１６の長さを設定することにより、位相シフ
ト構造を得ることができる。共振器長３００μり分布帰
還型半導体レーザの両側の共振器端面を無反射コート処
理して、そのスペクトル特性を評価したところ、１００
個の素子のうち９０個が１０ｔ＋＋Ｗ以上の光出力に至
るまで副モード抑圧比が３５ ｄＢ以上の良好な単一縦
モードでレーザ発振した。これは軸モード方向のスペク
トラルホールバーニングの効果全抑制することにより得
られたもので、本発明の有効性が確認された。
。本具体例はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の化合物半導体
材料を用いた１、３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザ装
置についてである。第１（ａ）図において、クラッド層
１１はＰ型ＩｎＰ層（Ｎ、 〜Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−
’）、活性層１２はＩｎＧａＡｓＰ層（ノンドープ、λ
ｇ＝１．３ μｍ 、 ０，１１ｔｍ厚）、導波層１３
はＩｎＧａＡｓＰ層（Ｎｄ 〜５Ｘ １０”ｃｍ−’、
λｃ ＝１ 、１ ｉｔ ｍ 、０．２０ ／’ ”厚
入クラッド層１４はＩｎＰ基板（１’ｉｄ 〜ｌＸ１０
Ｃｍ ）、回折格子１６は周期４０００人、深さ２
０００人の回折格子、回折格子のない領域１６は長さＬ
で表わされる。回折格子１６を形成した領域と回折格子
のない領域１６でのレーザ光の感じる実効屈折率ｎ
、ｎ はそれぞれ３，３０６と３，３００ｅｆｆ
＋ ｅｆｆ２ となり、２７．１くしく６４．２μｍと範囲に回折格子
のない領域１６の長さを設定することにより、位相シフ
ト構造を得ることができる。共振器長３００μり分布帰
還型半導体レーザの両側の共振器端面を無反射コート処
理して、そのスペクトル特性を評価したところ、１００
個の素子のうち９０個が１０ｔ＋＋Ｗ以上の光出力に至
るまで副モード抑圧比が３５ ｄＢ以上の良好な単一縦
モードでレーザ発振した。これは軸モード方向のスペク
トラルホールバーニングの効果全抑制することにより得
られたもので、本発明の有効性が確認された。
なお、本実施例は１発振波長１３μｍのＩｎＧａＡｇ１
／ＩｎＰ系の化合物半導体材料を用いた分布帰還型半導
体レーザ装置について述べたが、他の波長の異なる組成
あるいは異なる化合物半導体材料を用いた分布帰還型半
導体レーザ装置においても、本発明の効果が得られるこ
とは言うまでもない。
／ＩｎＰ系の化合物半導体材料を用いた分布帰還型半導
体レーザ装置について述べたが、他の波長の異なる組成
あるいは異なる化合物半導体材料を用いた分布帰還型半
導体レーザ装置においても、本発明の効果が得られるこ
とは言うまでもない。
また、分布帰還型半導体レーザの電流および光の閉じ込
め構造によらず本発明の効果が得られることも言うまで
もない。
め構造によらず本発明の効果が得られることも言うまで
もない。
また、導波層と活性層の層構造の異なる物についても何
ら制限を与えるものではない。
ら制限を与えるものではない。
発明の効果
本発明は、前述した構成により、従来の課題であった作
製プロセスの複雑さおよび軸方向空間的ホールバーニン
グによる高出力時の単一縦モード特性の劣化を解決する
ものである。これは、分布帰還型半導体レーザ装置の歩
留まｖを大幅に改善するものであジ産業上大きな意味を
持つものである。
製プロセスの複雑さおよび軸方向空間的ホールバーニン
グによる高出力時の単一縦モード特性の劣化を解決する
ものである。これは、分布帰還型半導体レーザ装置の歩
留まｖを大幅に改善するものであジ産業上大きな意味を
持つものである。
第１図は本発明の作用および実施例を説明するは導波層
の膜厚に対する実効屈折率の依存性を示す図、第３図は
従来例の作用を説明する図であり、（ｄ）は屈折率分布
を示す図である。 １１・・・・・・クラッド層、１２・・・・・・活性層
、１３・・・・・・導波層、１４・・・・・・クラッド
層、１６・・・・・・回折格子、１６・・・・・・回折
格子のない領域、１７・・・・・・ムＲコート膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 丼 林 田
の膜厚に対する実効屈折率の依存性を示す図、第３図は
従来例の作用を説明する図であり、（ｄ）は屈折率分布
を示す図である。 １１・・・・・・クラッド層、１２・・・・・・活性層
、１３・・・・・・導波層、１４・・・・・・クラッド
層、１６・・・・・・回折格子、１６・・・・・・回折
格子のない領域、１７・・・・・・ムＲコート膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 丼 林 田
Claims (2)
- （１）活性層および活性層に隣接する導波層からなるレ
ーザ共振器構造において、回折格子が前記導波層表面に
設けられ、前記レーザ共振器方向の中央部付近にのみ回
折格子の形成されていない領域を所定の長さ有すること
を特徴とする分布帰還型半導体レーザ装置。（２）回折
格子の形成されているレーザ共振器構造の伝搬モードの
実効屈折率がｎ＿ｅ＿ｆ＿ｆ＿１であり、回折格子の形
成されていない部分のそれがｎ＿ｅ＿ｆ＿ｆ＿０であり
、前記回折格子の形成されていない領域の長さＬが、 λ／８≦Ｌ・｜ｎ＿ｅ＿ｆ＿ｆ＿０−ｎ＿ｅ＿ｆ＿ｆ＿
１｜≦λ／４（λはレーザ装置の発振波長） の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の分布帰還型半導体レーザ装置。 - （２）回折格子が２次の回折光をレーザ発振に用いる２
次の回折格子であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の分布帰還型半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63045189A JPH01218088A (ja) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63045189A JPH01218088A (ja) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01218088A true JPH01218088A (ja) | 1989-08-31 |
Family
ID=12712320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63045189A Pending JPH01218088A (ja) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01218088A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01238181A (ja) * | 1988-03-18 | 1989-09-22 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| US5272714A (en) * | 1991-12-12 | 1993-12-21 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Distributed phase shift semiconductor laser |
| EP0647867A1 (de) * | 1993-10-09 | 1995-04-12 | Robert Bosch Gmbh | Optoelektronisches Bauelement mit verteilter Rückkopplung und variierbarem Kopplungskoeffizienten |
| KR100555531B1 (ko) * | 2003-11-26 | 2006-03-03 | 삼성전자주식회사 | 광학 장치 및 이의 제조 방법 |
-
1988
- 1988-02-26 JP JP63045189A patent/JPH01218088A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01238181A (ja) * | 1988-03-18 | 1989-09-22 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
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| KR100555531B1 (ko) * | 2003-11-26 | 2006-03-03 | 삼성전자주식회사 | 광학 장치 및 이의 제조 방법 |
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