JPH0661578A

JPH0661578A - 分布反射器とそれを用いた導波型ファブリ・ペロー光波長フィルタおよび半導体レーザ

Info

Publication number: JPH0661578A
Application number: JP21516292A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Yoshikuni; 裕三吉国; Fumiyoshi Kano; 文良狩野; Yuichi Tomori; 裕一東盛; Hiroyuki Ishii; 啓之石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-08-12
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1994-03-04
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JP2770898B2

Abstract

(57)【要約】【目的】広い波長域で高反射率を示す分布反射器を得
て、ファブリ・ペロー光波長フィルタを形成するととも
に、半導体レーザを得る。【構成】Ｂｒａｇｇ波長の光に反射作用をもつ分布反
射器の凹凸の周期を、連続的か断続的に変化させ、また
は微小差周期の位相シフトを１個所以上配置した分布反
射器を用いて、ファブリ・ペローフィルタを形成し、さ
らに半導体レーザを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野での光波長
（周波数）多重通信システムや光計測用等で重要な、分
布反射器を用いた導波型ファブリ・ペロー光波長フィル
タ及び半導体レーザに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】将来の通信情報量増大に対して、波長が
異なる複数の信号光を多重化し１本の光ファイバで伝送
する、光波長（周波数）多重通信システムの研究が行わ
れている。上記光波長多重通信システムでは、波長領域
で多重化された複数の信号光のなかから特定波長の信号
光だけを選択する、光波長フィルタが重要な構成部品で
ある。光波長フィルタとしては、２枚の反射鏡が平行に
一定間隔で対向し、その間の多重干渉によって鋭い共振
特性を示すファブリ・ペロー干渉計型フィルタが多く用
いられている。光通信システムでは、光ファイバや半導
体レーザ等の導波型光部品と組合わせて用いるため、上
記導波型部品との光学的結合が容易にできる導波型のフ
ァブリ・ペローフィルタが研究されている。上記ファブ
リ・ペローフィルタでは高反射率の反射鏡を必要とする
ため、これまでには導波路の両端面に高反射膜を蒸着し
た構造が報告されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構造では導波路を切断しなければならないため、製
造が難しく、また他の導波路との接続が困難で、接続損
失が大きいという欠点があった。導波路を切断せずに高
い反射率が得られるものとしては、導波路上に周期的な
凹凸を刻んだ分布反射器が知られているが、上記分布反
射器は従来狭い波長域でしか高反射率を示さないため、
波長フィルタ用としては適さなかった。

【０００４】本発明は、広い波長域で高反射率を示す分
布反射器を得て、ファブリ・ペロー光波長フィルタを形
成するとともに、半導体レーザを得ることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基板上に、
該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をそれぞれ１層
以上含む光導波路で、該光導波路を形成する１層以上の
層に、周期的な凹凸の形成または周期的な組成の変化を
形成することにより、上記光導波路の等価屈折率を周期
的に変化させて回折格子を形成し、上記周期からＢｒａ
ｇｇの回折条件で決定される波長をもつ光に対し反射作
用をもつ分布反射器において、上記凹凸の１周期の長さ
を導波方向に対し連続的または断続的に変化させるか、
あるいは１周期の長さが微小な違いを有する位相シフト
を少なくとも１個所以上配置することにより、上記回折
格子のＢｒａｇｇ波長を空間的に変化させ、広い波長範
囲で高反射が得られるようにした分布反射器を、回折格
子を含まない平坦な光導波路の両側に形成し、分布反射
器間のファブリ・ペロー干渉により光透過率が鋭い共振
特性を示す導波型ファブリ・ペロー光波長フィルタを得
るとともに、上記フィルタを共振器内部に１個以上含む
ことにより、単一波長で発振する半導体レーザを得て達
成される。

【０００６】

【作用】本発明では、回折格子のピッチが連続的または
断続的に変化する回折格子を作成し、広い波長範囲で高
反射率を示す分布反射器とし、これを用いてファブリ・
ペロー型フィルタを構成する。図５（ａ）〜（ｃ）は本
発明に基づく回折格子の例を示すが、これらはいずれも
光導波路構造になっており、例えば図の左側端面から入
射した光は導波路中を伝搬し右側端面から出射する。光
の波長が回折格子の反射波長に一致している場合には、
入射光の一部または全部が上記回折格子により反射さ
れ、左側の端面から出射する。図において、（ａ）は回
折格子のピッチを連続的に変化させた例であり、ピッチ
は左端の０．２３８μｍから右端の０．２４７μｍまで
直線的に増加している。また、（ｂ）はピッチを断続的
に変化させた例であり、ピッチは左端の０．２３８μｍ
から右端の０．２４７μｍまで０．００１μｍ刻みで階
段状に増加している。さらに、（ｃ）は位相シフトを複
数形成して等価的にピッチを変化させた例であり、ピッ
チは０．２４２μｍで一定であるが、回折格子の左側で
は１周期の長さが短いプラスの位相シフトが、右側では
１周期の長さが長いマイナスの位相シフトが数個所に形
成されており、位相シフトの間隔が両端に向って中心か
らの距離に逆比例して狭くなっている。

【０００７】図６は、上記図５（ｂ）に示す例につい
て、回折格子の反射率を光の波長の関数として示した計
算例である。回折格子の長さは１４０μｍ、導波路の実
行屈折率（ｎ_eq）は３．２０２５である。通常の回折格
子ではピッチΛに対して、反射率のピーク波長はλ＝２
ｎ_eqΛで与えられる。本発明による回折格子も中心のピ
ッチ０．２４２μｍから上記の式で計算される１．５５
μｍを中心として高反射率を示すが、通常の回折格子に
比べ高反射率を示す帯域幅が大幅に広がっている。波長
１．５２μｍから１．５８μｍの間で８０％以上の反射
率になっており、良好な反射特性を示している。図６に
示す例では帯域幅が半値全幅で約０．０８μｍであり、
同一条件における通常の回折格子の帯域が約０．００１
μｍであるのに対して、約８倍に広がっている。

【０００８】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による導波型ファブリ・ペロー光波長
フィルタを示す第１実施例図、図２は上記ファブリ・ペ
ロー光波長フィルタの透過特性を示す図、図３は本発明
による半導体レーザを示す第２実施例図、図４は上記半
導体レーザの動作原理を示す図で、（ａ）はフィルタ１
０２領域の透過特性、（ｂ）はフィルタ１０３領域の透
過特性を示す図である。

【０００９】図１に示す第１実施例は請求項１に記載し
た本発明の分布反射器を用いる導波型ファブリ・ペロー
光波長フィルタである。（ａ）は上記光波長フィルタの
構造図、（ｂ）は回折格子を示す図である。図１（ａ）
において、１はｎ型ＩｎＰ基板、３はバンドギャップ波
長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ非活性導波路層、４は
ｐ型ＩｎＰクラッド層、５はｐ（＋）型ＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層、６はｐ型ＩｎＰ電流ブロック層、７はｎ型
ＩｎＰ電流ブロック層、８はｎ型電極、９はｐ型電極、
１０は前項に記載した本発明による分布反射器に基づく
回折格子である。上記回折格子１０は前項に記したよう
に１４０μｍの長さであり、この回折格子が平坦な導波
路１１の両側に形成されている。上記平坦な導波路１１
の長さは１０μｍである。

【００１０】上記第１実施例の導波型ファブリ・ペロー
光波長フィルタ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ＩｎＰ
基板１上に非活性導波路層３を作製する。その後、上記
非活性導波路層３の表面に塗布したレジストに、電子ビ
ーム露光法を用いてピッチが変調された回折格子のパタ
ンを転写し、該転写パタンをマスクとしてエッチングを
行い回折格子１０を形成する。この時の転写パタンの一
部に回折格子が無い部分を形成しておき、同時に上記平
坦な導波路１１を形成する。つぎに、横モードを制御す
るためにストライプ状に導波路を加工し、再度有機金属
気相エピタキシャル成長法を用いて、ｐ型ＩｎＰ電流ブ
ロック層６、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層７、ｐ型ＩｎＰ
クラッド層４およびｐ（＋）型ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層５を順次作製する。その後、ｐ型電極８およびｎ型電
極９を形成する。

【００１１】上記平坦な導波路１１の両側に設けた回折
格子は、図１（ｂ）に示すようにピッチΛを断続的変化
させて分布反射器を形成し、前項に示したように１．５
２μｍ〜１．５８μｍの波長範囲で高反射率となるの
で、入射光は両側の分布反射器の間で多重反射を受けて
回折格子１０の間を往復し、いわゆるファブリ・ペロー
共振を起こす。図２にファブリ・ペロー共振器の透過特
性を示す。透過特性は約２．５ｎｍ（０．００２５μ
ｍ）間隔で鋭いピークをもっており、各ピークは半値
０．１ｎｍ以下の急峻なフィルタ特性を示す。このフィ
ルタは光導波路を切断せずに構成できるため、多段に接
続することが容易であり、また、半導体レーザや光増幅
器、導波路型光検出器などと容易に集積化できる。さら
に、透過率ピークの波長間隔、中心波長は導波路の長さ
により容易に設定でき、また本実施例では、電極からの
電流注入して生じる屈折率変化により微調整ができる。

【００１２】ピーク間隔が異なるファブリ・ペロー光波
長フィルタを多段に接続することにより、図２のピーク
の中から１本だけ選択することができ、１．５２μｍ〜
１．５８μｍの間で０．１ｎｍ以下の帯域幅のフィルタ
を構成することができる。

【００１３】図３に本発明の第２実施例として請求項３
に基づく半導体レーザの構造を示す。図３において、１
はｎ型ＩｎＰ基板、２はバンドギャップ波長が１．５５
μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層、３はバンドギャップ波長
が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、４はｐ型
ＩｎＰクラッド層、５はｐ（＋）ＩｎＧａＡｓＰキャッ
プ層、６はｐ型ＩｎＰ電流ブロック層、７はｎ型ＩｎＰ
電流ブロック層、８はｎ型電極、９ａは活性導波領域１
０１、１０４上に設けたｐ型電極、９ｂ、９ｃはファブ
リ・ペローフィルタ領域１０２、１０３上に設けたｐ型
電極である。領域１０２のファブリ・ペローフィルタは
本発明の分布反射器を用いた第１実施例に示すフィルタ
と同じであり、領域１０３は第１実施例のフィルタで中
央の平坦導波路部が１０μｍから２０μｍに拡大したも
のである。

【００１４】上記実施例に示した波長掃引機能付き半導
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ＩｎＰ基板１
上に活性層２と光閉じ込め層３を作製する。その後、光
学露光とエッチングを用いて上記活性層２の一部を除去
し、除去した部分に上記実施例と同様にしてファブリ・
ペローフィルタ領域１０２、１０３を形成する。そして
横モードを制御するためにストライプ状に導波路を加工
し、再度有機金属気相エピタキシャル成長法を用いて、
ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層６、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック
層７、ｐ型ＩｎＰクラッド層４およびｐ（＋）型ＩｎＧ
ａＡｓＰキャップ層５を順次作製する。その後、ｐ型電
極９ａ〜９ｃおよびｎ型電極８を形成し、さらに、上記
ｐ型電極９ａ、９ｂ、９ｃをそれぞれ互いに電気的に分
離するために、それら各領域の結合部分の上方のｐ型電
極およびｐ（＋）型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５を除去
する。

【００１５】上記構成の半導体レーザでは、活性導波領
域１０１、１０４に電流を流すことによってレーザ発振
が生じ、発振波長は共振器内部に構成されたファブリ・
ペロー光波長フィルタの透過波長によって決定される。
フィルタの透過波長をフィルタ領域１０２および１０３
に設けた波長調整電極９ｂ、９ｃに電流を流すことによ
って調整し、発振波長を変化させることができる。

【００１６】図４は上記半導体レーザの動作原理を示
し、（ａ）はフィルタ領域１０２の透過特性、（ｂ）は
フィルタ領域１０３の透過特性を示している。フィルタ
領域１０２、１０３の透過特性はともに周期的に鋭いピ
ークをもつが、共振器長の違いにより、ピーク間隔はそ
れぞれ２．５ｎｍ、２．４ｎｍと異なっている。そのた
め、２つのフィルタを直列に接続した図３の構造では、
両方のフィルタの透過波長が一致する波長（λ₁）の光
だけが透過し、この波長でレーザは発振する。この状態
で１０３上の電極９ｃに電流を流すとこの領域の屈折率
が減少し、領域１０３の透過波長は短波長側にシフト
し、図中破線で示した位置に移る。そのため、波長λ₁
でのフィルタ透過率は減少し、発振波長はλ₂に移動す
る。このように波長調整電極９ｂ、９ｃの一方に電流を
流すことにより、約２．５ｎｍ間隔で発振波長を大きく
変化させることができる。一方、電極９ｂ、９ｃに同時
に電流を流した場合には、２つのフィルタの透過波長は
同時に短波長側にシフトし、発振波長をλ₁の周辺で微
調整することができる。

【００１７】

【発明の効果】上記のように本発明による分布反射器と
それを用いた導波型ファブリ・ペロー光波長フィルタ
は、基板上に、該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
をそれぞれ１層以上含む光導波路で、該光導波路を形成
する１層以上の層に、周期的な凹凸の形成または周期的
な組成の変化を形成することにより、上記光導波路の等
価屈折率を周期的に変化させて回折格子を形成し、上記
周期からＢｒａｇｇの回折条件で決定される波長をもつ
光に対し反射作用をもつ分布反射器において、上記凹凸
の１周期の長さを導波方向に対し連続的または断続的に
変化させるか、あるいは１周期の長さが微小な違いを有
する位相シフトを少なくとも１個所以上に配置すること
により、上記回折格子のＢｒａｇｇ波長を空間的に変化
させた分布反射器を、回折格子を含まない平坦な光導波
路の両側に形成し、分布反射器間のファブリ・ペロー干
渉により導波型ファブリ・ペロー光波長フィルタを得る
とともに、上記フィルタを共振器内部に１個以上設けて
半導体レーザを構成するものであるから、光通信で利用
される１．５５μｍ帯全体にわたり動作波長が変化で
き、狭帯域フィルタおよび半導体レーザを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による導波型ファブリ・ペロー光波長フ
ィルタを示す第１実施例図であり、（ａ）は上記フィル
タの構造図、（ｂ）は回折格子を示す図である。

【図２】上記ファブリ・ペロー光波長フィルタの透過特
性を示す図である。

【図３】本発明による半導体レーザを示す第２実施例図
である。

【図４】上記半導体レーザの動作原理を示す図で、
（ａ）はフィルタ領域１０２の透過特性、（ｂ）はフィ
ルタ領域１０３の透過特性を示す図である。

【図５】本発明による分布反射器の概念を示す図であ
る。

【図６】上記図５（ｂ）に示した分布反射器の反射特性
を示す図である。

【符号の説明】

１基板２光導波路層３光閉じ込め層１０回折格子１１回折格子を含まない平坦な光導波路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井啓之東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、該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
じ込め層をそれぞれ１層以上含む光導波路で、該光導波
路を形成する１層以上の層に、周期的な凹凸の形成また
は周期的な組成の変化を形成することにより、上記光導
波路の等価屈折率を周期的に変化させて回折格子を形成
し、上記周期からＢｒａｇｇの回折条件で決定される波
長をもつ光に対し反射作用をもつ分布反射器において、
上記凹凸の１周期の長さを導波方向に対し連続的または
断続的に変化させるか、あるいは１周期の長さが微小な
違いを有する位相シフトを少なくとも１個所以上配置す
ることにより、上記回折格子のＢｒａｇｇ波長を空間的
に変化させ、広い波長範囲で高反射が得られることを特
徴とする分布反射器。
【請求項２】上記請求項１に記載した分布反射器が、回
折格子を含まない平坦な光導波路の両側に形成され、両
側の分布反射器間のファブリ・ペロー干渉により、光透
過率が鋭い共振特性を示すことを特徴とする導波型ファ
ブリ・ペロー光波長フィルタ。
【請求項３】上記請求項２に記載した導波型ファブリ・
ペロー光波長フィルタを、共振器内部に１個以上含み、
上記光波長フィルタの波長選択性により単一波長で発振
することを特徴とする半導体レーザ。