JPH10223971A - 半導体パルスレーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体パルスレーザ装置およびその製造方法Info
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- JPH10223971A JPH10223971A JP2180097A JP2180097A JPH10223971A JP H10223971 A JPH10223971 A JP H10223971A JP 2180097 A JP2180097 A JP 2180097A JP 2180097 A JP2180097 A JP 2180097A JP H10223971 A JPH10223971 A JP H10223971A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ブラッグ波長の反射ピークの両側に現れる各
反射ピークの強度を向上させる。 【解決手段】 基板101上に利得領域121、可飽和
吸収領域122およびブラッグ反射鏡領域123をそれ
ぞれ形成してなる半導体パルスレーザ装置において、ブ
ラッグ反射鏡領域123が、凹凸形成領域と平面領域と
を所定間隔で繰り返してなるサンプルドグレーティング
構造の回折格子105aを備える。
反射ピークの強度を向上させる。 【解決手段】 基板101上に利得領域121、可飽和
吸収領域122およびブラッグ反射鏡領域123をそれ
ぞれ形成してなる半導体パルスレーザ装置において、ブ
ラッグ反射鏡領域123が、凹凸形成領域と平面領域と
を所定間隔で繰り返してなるサンプルドグレーティング
構造の回折格子105aを備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば光計測や
光通信等に用いる超短光パルス列を発生する半導体パル
スレーザ装置に関するものである。
光通信等に用いる超短光パルス列を発生する半導体パル
スレーザ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、超短光パルス列を発生する半導体
パルスレーザ装置として、分布反射型或は分布帰還型と
称されるものが知られている。
パルスレーザ装置として、分布反射型或は分布帰還型と
称されるものが知られている。
【0003】このような半導体パルスレーザ装置を開示
した文献としては、例えば、本発明者等による文献であ
る Shin Arahira, Saeko Oshiba, Yasuhiro Matui, Tat
suoKunii,and Yoh Ogawa,"Terahertz-rate optical pul
se generation from a passively mode-locked semicon
ductor laser diode",Optics Letters,vol.19,No.11,19
94.(以下「文献1」と記す)や、半導体レーザと光集
積回路、末松安晴著、オーム社、325−339頁(以
下「文献2」と記す)等が知られている。
した文献としては、例えば、本発明者等による文献であ
る Shin Arahira, Saeko Oshiba, Yasuhiro Matui, Tat
suoKunii,and Yoh Ogawa,"Terahertz-rate optical pul
se generation from a passively mode-locked semicon
ductor laser diode",Optics Letters,vol.19,No.11,19
94.(以下「文献1」と記す)や、半導体レーザと光集
積回路、末松安晴著、オーム社、325−339頁(以
下「文献2」と記す)等が知られている。
【0004】上述の文献1に記載された半導体パルスレ
ーザ装置は、電流の注入により光の発生および増幅を行
なう利得領域と、この利得領域と同一の構造を有する可
飽和吸収領域と、バンドギャップ波長が利得領域よりも
短い組成からなる受動導波路(位相調整領域)と、受動
導波路と同じバンドギャップ組成からなり、表面に回折
格子が設けられたブラッグ反射鏡領域とを備え、これら
の各構成部を集積化することによって構成されている。
また、文献1では、各領域の導波方向の長さを、利得領
域が750μm、可飽和吸収領域が75μm、受動導波
路が150μm、ブラッグ反射鏡領域が120μmとし
ており、したがって素子の全長は約1100μmであ
る。
ーザ装置は、電流の注入により光の発生および増幅を行
なう利得領域と、この利得領域と同一の構造を有する可
飽和吸収領域と、バンドギャップ波長が利得領域よりも
短い組成からなる受動導波路(位相調整領域)と、受動
導波路と同じバンドギャップ組成からなり、表面に回折
格子が設けられたブラッグ反射鏡領域とを備え、これら
の各構成部を集積化することによって構成されている。
また、文献1では、各領域の導波方向の長さを、利得領
域が750μm、可飽和吸収領域が75μm、受動導波
路が150μm、ブラッグ反射鏡領域が120μmとし
ており、したがって素子の全長は約1100μmであ
る。
【0005】このような分布反射型或は分布帰還型の半
導体パルスレーザ装置において、ブラッグ反射鏡領域の
回折格子は、ガイド層に周期的な凹凸構造を設けること
によって構成されている。このような周期構造(グレー
ティング)を設けることにより、反射する光の間でブラ
ッグ反射を生じさせて、光パルス出力を生成することが
できる。
導体パルスレーザ装置において、ブラッグ反射鏡領域の
回折格子は、ガイド層に周期的な凹凸構造を設けること
によって構成されている。このような周期構造(グレー
ティング)を設けることにより、反射する光の間でブラ
ッグ反射を生じさせて、光パルス出力を生成することが
できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】かかる半導体パルスレ
ーザ装置において、光パルス出力の繰り返し周波数は、
素子の全長や利得領域への注入電流等で決定される。例
えば、文献1に開示されている半導体パルスレーザ装置
(全長約1100μm)では、可飽和吸収領域を接地し
た状態で利得領域に76mAの電流を注入した場合に
は、繰り返し周波数は、素子の周回周波数にあたる3
8.8GHzとなる(この繰り返し周波数を「基本繰り
返し周波数」という)。また、利得領域の注入電流を1
37mA、154mA、179mAと増加させていく
と、繰り返し周波数は、基本繰り返し周波数の10倍、
20倍、40倍にあたる400GHz、800GHz、
1540GHzに増加し、高次のモード同期を得ること
ができる。
ーザ装置において、光パルス出力の繰り返し周波数は、
素子の全長や利得領域への注入電流等で決定される。例
えば、文献1に開示されている半導体パルスレーザ装置
(全長約1100μm)では、可飽和吸収領域を接地し
た状態で利得領域に76mAの電流を注入した場合に
は、繰り返し周波数は、素子の周回周波数にあたる3
8.8GHzとなる(この繰り返し周波数を「基本繰り
返し周波数」という)。また、利得領域の注入電流を1
37mA、154mA、179mAと増加させていく
と、繰り返し周波数は、基本繰り返し周波数の10倍、
20倍、40倍にあたる400GHz、800GHz、
1540GHzに増加し、高次のモード同期を得ること
ができる。
【0007】これに対して、本発明者等の検討によれ
ば、素子の全長に依存させることなく光パルス出力の繰
り返し周波数を設定することが可能である(上記文献1
参照)。以下、この方法について説明する。
ば、素子の全長に依存させることなく光パルス出力の繰
り返し周波数を設定することが可能である(上記文献1
参照)。以下、この方法について説明する。
【0008】図4は、従来の半導体パルスレーザ装置に
おける、ブラッグ反射鏡領域の反射特性を概念的に示す
グラフである。同図に示したように、ブラッグ反射鏡領
域は、ブラッグ波長(ブラッグの反射条件を満たす波
長)λb に一致した反射率ピークα0 の近傍に、周期的
な小さい反射率ピークであるα11,α12,・・・および
α21,α22,・・・を有している。
おける、ブラッグ反射鏡領域の反射特性を概念的に示す
グラフである。同図に示したように、ブラッグ反射鏡領
域は、ブラッグ波長(ブラッグの反射条件を満たす波
長)λb に一致した反射率ピークα0 の近傍に、周期的
な小さい反射率ピークであるα11,α12,・・・および
α21,α22,・・・を有している。
【0009】本発明者等の検討によれば、これらの各反
射率ピークα0 、α11,α12,・・・およびα21,
α22,・・・で反射する各反射光の間でモード同期を起
こさせることにより、素子の全長に依存させることなく
繰り返し周波数が非常に高い光パルス出力を得ることが
できる。
射率ピークα0 、α11,α12,・・・およびα21,
α22,・・・で反射する各反射光の間でモード同期を起
こさせることにより、素子の全長に依存させることなく
繰り返し周波数が非常に高い光パルス出力を得ることが
できる。
【0010】ここで、ブラッグ反射鏡領域におけるブラ
ッグ波長λb は、次式(1)で与えられる。なお、Λは
ブラッグ反射鏡領域の回折格子が有する凹凸の周期(グ
レーティングピッチ)、neqはブラッグ反射鏡領域が有
する導波路の等価屈折率である。
ッグ波長λb は、次式(1)で与えられる。なお、Λは
ブラッグ反射鏡領域の回折格子が有する凹凸の周期(グ
レーティングピッチ)、neqはブラッグ反射鏡領域が有
する導波路の等価屈折率である。
【0011】 λb =2・neq・Λ ・・・(1) また、各反射率ピークα0 、α11,α12,・・・、
α21,α22,・・・の間隔(すなわち、これらの各反射
率ピークで反射する反射光の波長差)Δλは、このブラ
ッグ波長λb を用いた式(2)で与えられる。なお、L
eff は、ブラッグ反射鏡領域に侵入した光の強度が1/
e(e=2.72)になる距離である。このLeff は、
グレーティングが深くなるほど(すなわち凹凸の高さの
差が大きくなるほど)短くなる。
α21,α22,・・・の間隔(すなわち、これらの各反射
率ピークで反射する反射光の波長差)Δλは、このブラ
ッグ波長λb を用いた式(2)で与えられる。なお、L
eff は、ブラッグ反射鏡領域に侵入した光の強度が1/
e(e=2.72)になる距離である。このLeff は、
グレーティングが深くなるほど(すなわち凹凸の高さの
差が大きくなるほど)短くなる。
【0012】 Δλ=λb /(2・neq・Leff ) ・・・(2) ここで、文献1に開示した半導体パルスレーザ装置にお
いては、Leff は100μm程度であり、また、これよ
り、波長差Δλは3.1nm程度と計算される。そし
て、この波長差Δλを周波数に換算すると、400GH
zとなる。
いては、Leff は100μm程度であり、また、これよ
り、波長差Δλは3.1nm程度と計算される。そし
て、この波長差Δλを周波数に換算すると、400GH
zとなる。
【0013】このように、図4に示した各反射率ピーク
α0 、α11,α12,・・・およびα21,α22,・・・で
反射する各反射光の間でモード同期を起こさせることに
より、非常に高い基本繰り返し周波数を得ることができ
る。
α0 、α11,α12,・・・およびα21,α22,・・・で
反射する各反射光の間でモード同期を起こさせることに
より、非常に高い基本繰り返し周波数を得ることができ
る。
【0014】実際、上述したような、図4に示した各反
射率ピークのモード同期を用いない方法(周回周波数に
よって基本繰り返し周波数が決定される方法)の場合
に、基本周波数を400GHzに設定しようとすると、
素子の全長を約100μmとしなければならない。この
ように短い素子を実際に製造することは、製造技術上、
非常に困難である。これに対して、各反射率ピークのモ
ード同期を用いる方法では、素子の全長を極端に短くす
ることなく、非常に高い繰り返し周波数を得ることがで
きるので、このような製造技術上の問題を生じることは
ない。
射率ピークのモード同期を用いない方法(周回周波数に
よって基本繰り返し周波数が決定される方法)の場合
に、基本周波数を400GHzに設定しようとすると、
素子の全長を約100μmとしなければならない。この
ように短い素子を実際に製造することは、製造技術上、
非常に困難である。これに対して、各反射率ピークのモ
ード同期を用いる方法では、素子の全長を極端に短くす
ることなく、非常に高い繰り返し周波数を得ることがで
きるので、このような製造技術上の問題を生じることは
ない。
【0015】実際には、波長間隔Δλ=3.1nmの各
波長の間でモード同期を生じさせるためには、利得の回
復時間、すなわち利得領域でのパルスが通過した後に一
旦減少した利得が回復するための時間を速くしなければ
ならないため、利得領域のポンピングレートを上げるこ
とが必要となる。例えば、利得領域の活性導波路への注
入電流を137mAに増大させることにより、10次の
モード同期が可能となる。さらに、この注入電流を15
4mAまで増大させると、波長間隔Δλ=3.1nmの
各波長のうち、1つおきのモードの間(すなわち6.3
nm間隔)で発振を起こすことができ、このときの繰り
返し周波数は800GHzとなる。続いて、この注入電
流を179mAまで上昇させると、波長間隔Δλ=3.
1nmの各波長のうち、2つおきのモードの間(すなわ
ち12.5nm間隔)で発振を起こすことができ、この
ときの繰り返し周波数は1540GHzとなる。
波長の間でモード同期を生じさせるためには、利得の回
復時間、すなわち利得領域でのパルスが通過した後に一
旦減少した利得が回復するための時間を速くしなければ
ならないため、利得領域のポンピングレートを上げるこ
とが必要となる。例えば、利得領域の活性導波路への注
入電流を137mAに増大させることにより、10次の
モード同期が可能となる。さらに、この注入電流を15
4mAまで増大させると、波長間隔Δλ=3.1nmの
各波長のうち、1つおきのモードの間(すなわち6.3
nm間隔)で発振を起こすことができ、このときの繰り
返し周波数は800GHzとなる。続いて、この注入電
流を179mAまで上昇させると、波長間隔Δλ=3.
1nmの各波長のうち、2つおきのモードの間(すなわ
ち12.5nm間隔)で発振を起こすことができ、この
ときの繰り返し周波数は1540GHzとなる。
【0016】しかしながら、この方法(図4に示した各
反射率ピークのモード同期を用いる方法)には、反射率
ピークα0 (すなわちブラッグ波長λb に対応する反射
率ピーク)の近傍に現れる各反射率ピークα11,α12,
・・・、α21,α22,・・・の反射率が、この反射率ピ
ークα0 から遠ざかるにしたがって小さくなるため、発
振に必要なしきい値利得が増大してしまい、高次のモー
ド同期になるほど発振が困難になるという欠点があっ
た。
反射率ピークのモード同期を用いる方法)には、反射率
ピークα0 (すなわちブラッグ波長λb に対応する反射
率ピーク)の近傍に現れる各反射率ピークα11,α12,
・・・、α21,α22,・・・の反射率が、この反射率ピ
ークα0 から遠ざかるにしたがって小さくなるため、発
振に必要なしきい値利得が増大してしまい、高次のモー
ド同期になるほど発振が困難になるという欠点があっ
た。
【0017】すなわち、図4からわかるように、ブラッ
グ波長λb に対応する反射率ピークα0 の反射率を10
0%とすると、その両側の反射率ピークα11,α21の反
射率は通常数パーセントとなってしまう。この傾向は、
グレーティングが深くなるほど(すなわち凹凸の高さの
差が大きくなるほど)顕著となり、また、このグレーテ
ィングが長くなるほど顕著となる。
グ波長λb に対応する反射率ピークα0 の反射率を10
0%とすると、その両側の反射率ピークα11,α21の反
射率は通常数パーセントとなってしまう。この傾向は、
グレーティングが深くなるほど(すなわち凹凸の高さの
差が大きくなるほど)顕著となり、また、このグレーテ
ィングが長くなるほど顕著となる。
【0018】このように、高次のモードの発振が困難で
あると、モード同期に寄与するモードの数を制限するこ
ととなるので、光パルス出力の繰り返し周波数を向上さ
せる上での障害となっていた。
あると、モード同期に寄与するモードの数を制限するこ
ととなるので、光パルス出力の繰り返し周波数を向上さ
せる上での障害となっていた。
【0019】このため、ブラッグ波長に対応する反射率
ピークの両側に現れる各反射率ピークの反射率を向上さ
せる技術が嘱望されていた。
ピークの両側に現れる各反射率ピークの反射率を向上さ
せる技術が嘱望されていた。
【0020】
(1)第1の発明に係る半導体パルスレーザ装置は、基
板上に利得領域、可飽和吸収領域およびブラッグ反射鏡
領域をそれぞれ形成してなる半導体パルスレーザ装置に
おいて、ブラッグ反射鏡領域が、凹凸形成領域と平面領
域とを所定間隔で繰り返してなるサンプルドグレーティ
ング構造の回折格子を備える。
板上に利得領域、可飽和吸収領域およびブラッグ反射鏡
領域をそれぞれ形成してなる半導体パルスレーザ装置に
おいて、ブラッグ反射鏡領域が、凹凸形成領域と平面領
域とを所定間隔で繰り返してなるサンプルドグレーティ
ング構造の回折格子を備える。
【0021】このような構成によれば、ブラッグ波長に
対応する反射率ピークの両側に現れる各反射率ピークの
反射率を向上させることができる。
対応する反射率ピークの両側に現れる各反射率ピークの
反射率を向上させることができる。
【0022】(2)第2の発明に係る半導体パルスレー
ザ装置の製造方法は、凹凸形成領域と平面領域とを所定
間隔で繰り返してなるサンプルドグレーティング構造の
回折格子を備えたブラッグ反射鏡領域を有する半導体パ
ルスレーザ装置の製造方法において、ブラッグ反射鏡領
域の導波路上に回折格子となるべき薄膜を形成する第1
の工程と、この薄膜の全面に、導波方向に添って並ぶ凹
凸を形成する第2の工程と、薄膜の所定領域にのみエッ
チングを施して平坦化することにより、凹凸形成領域と
平面領域とを所定間隔で繰り返してなるサンプルドグレ
ーティング構造を形成する第3の工程とを備える。
ザ装置の製造方法は、凹凸形成領域と平面領域とを所定
間隔で繰り返してなるサンプルドグレーティング構造の
回折格子を備えたブラッグ反射鏡領域を有する半導体パ
ルスレーザ装置の製造方法において、ブラッグ反射鏡領
域の導波路上に回折格子となるべき薄膜を形成する第1
の工程と、この薄膜の全面に、導波方向に添って並ぶ凹
凸を形成する第2の工程と、薄膜の所定領域にのみエッ
チングを施して平坦化することにより、凹凸形成領域と
平面領域とを所定間隔で繰り返してなるサンプルドグレ
ーティング構造を形成する第3の工程とを備える。
【0023】このような構成によれば、ブラッグ波長に
対応する反射率ピークの両側に現れる各反射率ピークの
反射率を向上させることができる半導体パルスレーザ装
置を簡単な工程で製造することができる。
対応する反射率ピークの両側に現れる各反射率ピークの
反射率を向上させることができる半導体パルスレーザ装
置を簡単な工程で製造することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分
の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解でき
る程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説
明する数値的条件は単なる例示にすぎないことを理解さ
れたい。
いて、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分
の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解でき
る程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説
明する数値的条件は単なる例示にすぎないことを理解さ
れたい。
【0025】図1は、この実施の形態に係る半導体パル
スレーザ装置の構成を概念的に示す図である。
スレーザ装置の構成を概念的に示す図である。
【0026】同図に示したように、半導体パルスレーザ
素子100において、n型InPクラッド層101とし
ての半導体基板の表面には、活性導波路102が形成さ
れている。
素子100において、n型InPクラッド層101とし
ての半導体基板の表面には、活性導波路102が形成さ
れている。
【0027】この活性導波路102は、InGaAsP
ガイド層103,105および量子井戸構造層104に
よって構成されている。
ガイド層103,105および量子井戸構造層104に
よって構成されている。
【0028】すなわち、厚さが約150μmのInGa
AsPガイド層103の表面には、バンドギャップ波長
として1.55μm近傍の値を持つ量子井戸構造層10
4が形成されている。この実施の形態では、この量子井
戸構造層104として、厚さが約7nmでバンドギャッ
プ波長が約1.67μmのInGaAs層からなるウエ
ルと厚さが14nmでバンドギャップ波長が1.3μm
のInGaAsP層とを交互に積層してなる五層構造の
ものを使用した。
AsPガイド層103の表面には、バンドギャップ波長
として1.55μm近傍の値を持つ量子井戸構造層10
4が形成されている。この実施の形態では、この量子井
戸構造層104として、厚さが約7nmでバンドギャッ
プ波長が約1.67μmのInGaAs層からなるウエ
ルと厚さが14nmでバンドギャップ波長が1.3μm
のInGaAsP層とを交互に積層してなる五層構造の
ものを使用した。
【0029】そして、この量子井戸構造層104の表面
には、InGaAsPガイド層105が形成されてい
る。ここで、このInGaAsPガイド層105のう
ち、ブラッグ反射鏡領域123となるべき領域の表面の
部分には、凹凸形成領域と平面領域とを所定間隔で繰り
返してなるサンプルドグレーティング構造(後述の図2
参照)が形成されており、これにより、この部分のIn
GaAsPガイド層105は回折格子105aを構成し
ている。
には、InGaAsPガイド層105が形成されてい
る。ここで、このInGaAsPガイド層105のう
ち、ブラッグ反射鏡領域123となるべき領域の表面の
部分には、凹凸形成領域と平面領域とを所定間隔で繰り
返してなるサンプルドグレーティング構造(後述の図2
参照)が形成されており、これにより、この部分のIn
GaAsPガイド層105は回折格子105aを構成し
ている。
【0030】さらに、このInGaAsPガイド層10
5の表面には、p型InPクラッド層106が形成され
ている。
5の表面には、p型InPクラッド層106が形成され
ている。
【0031】また、n型InPクラッド層101の裏面
全面には、Au等からなるオーミック電極111が形成
されている。そして、このオーミック電極111は、接
地されている。
全面には、Au等からなるオーミック電極111が形成
されている。そして、このオーミック電極111は、接
地されている。
【0032】一方、p型InPクラッド層106の表面
のうち、InGaAsPガイド層105に回折格子10
5aが形成されていない領域上には、Au等からなるオ
ーミック電極112,113が形成されている。そし
て、オーミック電極112と上述のオーミック電極11
1との間には、電源131が順方向に接続されている。
さらに、オーミック電極113とオーミック電極111
との間には、電源132が逆バイアス方向に接続されて
いる。半導体パルスレーザ素子100のうち、表面にオ
ーミック電極112が形成された領域は利得領域121
となり、また、表面にオーミック電極113が形成され
た領域は可飽和吸収領域122となる。
のうち、InGaAsPガイド層105に回折格子10
5aが形成されていない領域上には、Au等からなるオ
ーミック電極112,113が形成されている。そし
て、オーミック電極112と上述のオーミック電極11
1との間には、電源131が順方向に接続されている。
さらに、オーミック電極113とオーミック電極111
との間には、電源132が逆バイアス方向に接続されて
いる。半導体パルスレーザ素子100のうち、表面にオ
ーミック電極112が形成された領域は利得領域121
となり、また、表面にオーミック電極113が形成され
た領域は可飽和吸収領域122となる。
【0033】さらに、この半導体パルスレーザ素子10
0のうち、InGaAsPガイド層105に回折格子1
05aが形成されている領域は、ブラッグ反射鏡領域1
23となる。そして、この領域123のp型InPクラ
ッド層106の表面には、Au等からなる4個のオーミ
ック電極114が、導波方向に添って配置されている。
そして、これらのオーミック電極114とオーミック電
極111との間には、電源133が、順方向に接続され
ている。
0のうち、InGaAsPガイド層105に回折格子1
05aが形成されている領域は、ブラッグ反射鏡領域1
23となる。そして、この領域123のp型InPクラ
ッド層106の表面には、Au等からなる4個のオーミ
ック電極114が、導波方向に添って配置されている。
そして、これらのオーミック電極114とオーミック電
極111との間には、電源133が、順方向に接続され
ている。
【0034】この実施の形態では、利得領域121の長
さを800μm、可飽和吸収領域122の長さを50μ
m、ブラッグ反射鏡領域123の長さを1600μmと
した。したがって、半導体パルスレーザ素子100の全
長は、2450μmである。
さを800μm、可飽和吸収領域122の長さを50μ
m、ブラッグ反射鏡領域123の長さを1600μmと
した。したがって、半導体パルスレーザ素子100の全
長は、2450μmである。
【0035】なお、これらの各領域121,122,1
23間は、十分な電気的アイソレーションを持ってお
り、電気的な干渉効果は無いものとする。
23間は、十分な電気的アイソレーションを持ってお
り、電気的な干渉効果は無いものとする。
【0036】ここで、n型InPクラッド層101の表
面にInGaAsPガイド層103、量子井戸構造層1
04、InGaAsPガイド層105およびp型InP
クラッド層106を形成する方法としては、通常の薄膜
堆積技術を使用することができる。
面にInGaAsPガイド層103、量子井戸構造層1
04、InGaAsPガイド層105およびp型InP
クラッド層106を形成する方法としては、通常の薄膜
堆積技術を使用することができる。
【0037】また、InGaAsPガイド層105にサ
ンプルドグレーティング構造を形成するためには、例え
ば、まず、従来の一様なグレーティング構造の作製技術
を用いてInGaAsPガイド層105の表面に凹凸構
造を形成し、次に、この凹凸構造の一部について公知の
化学エッチング処理を施すことにより平面領域を形成す
ればよい。
ンプルドグレーティング構造を形成するためには、例え
ば、まず、従来の一様なグレーティング構造の作製技術
を用いてInGaAsPガイド層105の表面に凹凸構
造を形成し、次に、この凹凸構造の一部について公知の
化学エッチング処理を施すことにより平面領域を形成す
ればよい。
【0038】オーミック電極112,113,114
は、例えば、p型InPクラッド層106の表面全域に
Au等の電極材料による薄膜を蒸着した後、この薄膜の
一部を通常のフォトリソグラフィー技術を用いた化学エ
ッチング等によって除去することで、形成することがで
きる。
は、例えば、p型InPクラッド層106の表面全域に
Au等の電極材料による薄膜を蒸着した後、この薄膜の
一部を通常のフォトリソグラフィー技術を用いた化学エ
ッチング等によって除去することで、形成することがで
きる。
【0039】図2は、この実施の形態にかかるサンプル
ドグレーティング構造を概略的に示す断面図である。
ドグレーティング構造を概略的に示す断面図である。
【0040】同図に示したように、回折格子105aを
なすInGaAsPガイド層105の表面には、同一の
長さの凹凸形成領域201と同一の長さの平面領域20
2とが、交互に形成されている。すなわち、このように
して、InGaAsPガイド層105の表面に、正弦波
状のサンプルドグレーティング構造が、均一の周期で形
成されている。
なすInGaAsPガイド層105の表面には、同一の
長さの凹凸形成領域201と同一の長さの平面領域20
2とが、交互に形成されている。すなわち、このように
して、InGaAsPガイド層105の表面に、正弦波
状のサンプルドグレーティング構造が、均一の周期で形
成されている。
【0041】この実施の形態では、このサンプルドグレ
ーティング構造のうち、各凹凸形成領域201の幅L1
を例えば15μm、各平面領域202の幅L2 を例えば
65μmとした。すなわち、このサンプルドグレーティ
ング構造の一周期の長さΛ2は、約80μmとした。ま
た、凹凸形成領域201内のグレーティングについて
は、一周期Λ1 を約240nmとし、振幅Aを約50n
mとした。
ーティング構造のうち、各凹凸形成領域201の幅L1
を例えば15μm、各平面領域202の幅L2 を例えば
65μmとした。すなわち、このサンプルドグレーティ
ング構造の一周期の長さΛ2は、約80μmとした。ま
た、凹凸形成領域201内のグレーティングについて
は、一周期Λ1 を約240nmとし、振幅Aを約50n
mとした。
【0042】次に、この実施の形態にかかる半導体パル
スレーザ装置の動作原理について説明する。
スレーザ装置の動作原理について説明する。
【0043】図1に示した半導体パルスレーザ素子10
0において、利得領域121は、電源131から電流を
注入されることにより利得媒体として作用し、光の発生
およびレーザ発振に必要な光の増幅を行なう。また、可
飽和吸収領域122は、電源132によって逆バイアス
電圧を印加されることにより、受動モード同期を起こさ
せる。さらに、ブラッグ反射鏡領域123は、回折格子
105aを設けたことにより、共振器内に組み込まれた
波長フィルタとして動作する。すなわち、このブラッグ
反射鏡領域123により、発振波長の制御および発振波
長域の制限を行ない、これにより屈折率の分散の影響を
抑えて受動モード同期を起こり易くすることができる。
0において、利得領域121は、電源131から電流を
注入されることにより利得媒体として作用し、光の発生
およびレーザ発振に必要な光の増幅を行なう。また、可
飽和吸収領域122は、電源132によって逆バイアス
電圧を印加されることにより、受動モード同期を起こさ
せる。さらに、ブラッグ反射鏡領域123は、回折格子
105aを設けたことにより、共振器内に組み込まれた
波長フィルタとして動作する。すなわち、このブラッグ
反射鏡領域123により、発振波長の制御および発振波
長域の制限を行ない、これにより屈折率の分散の影響を
抑えて受動モード同期を起こり易くすることができる。
【0044】図3は、この実施の形態にかかるブラッグ
反射鏡領域123の反射特性のシミュレーション結果を
示すグラフであり、縦軸は反射率、横軸は光の波長(n
m)を示している。このグラフでは、上述のようにΛ2
=80μm、L1 =15μmとし、また結合係数κを1
00cm、導波損失を0cm-1とした。
反射鏡領域123の反射特性のシミュレーション結果を
示すグラフであり、縦軸は反射率、横軸は光の波長(n
m)を示している。このグラフでは、上述のようにΛ2
=80μm、L1 =15μmとし、また結合係数κを1
00cm、導波損失を0cm-1とした。
【0045】この実施の形態にかかる半導体パルスレー
ザ装置では、ブラッグ反射鏡領域123における反射ピ
ークの間隔Δλb は、次式(3)で与えられる。
ザ装置では、ブラッグ反射鏡領域123における反射ピ
ークの間隔Δλb は、次式(3)で与えられる。
【0046】 Δλb =2・neq・Λ2 ・・・(3) ここでは、上述のようにΛ2 =80μmであり、また活
性導波路102の等価屈折率neqは3.25程度である
ので、反射ピークの間隔Δλb は5nm程度となる。
性導波路102の等価屈折率neqは3.25程度である
ので、反射ピークの間隔Δλb は5nm程度となる。
【0047】上述したように、従来の半導体パルスレー
ザ装置においては、反射ピークの間隔Δλb はLeff に
依存し(式(2)参照)、このため、このΔλb はブラ
ッグ反射鏡領域の長さに左右されてしまう。これに対し
て、この実施の形態にかかる半導体パルスレーザ装置で
は、反射ピークの間隔Δλb は、ブラッグ反射鏡領域1
23の全体の長さではなく、サンプルドグレーティング
構造の一周期の長さΛ2 に依存する。
ザ装置においては、反射ピークの間隔Δλb はLeff に
依存し(式(2)参照)、このため、このΔλb はブラ
ッグ反射鏡領域の長さに左右されてしまう。これに対し
て、この実施の形態にかかる半導体パルスレーザ装置で
は、反射ピークの間隔Δλb は、ブラッグ反射鏡領域1
23の全体の長さではなく、サンプルドグレーティング
構造の一周期の長さΛ2 に依存する。
【0048】図3からわかるように、各反射ピークの頂
点を結ぶ法絡線は、回折格子105aが一様グレーティ
ング構造(すなわち従来の半導体パルスレーザ装置の回
折格子の構造)を採る場合の反射ピークの形状とほぼ同
様の形状を持っている。ここで、回折格子105aが一
様グレーティング構造を採る場合の反射ピークの間隔Δ
λb は、サンプルドグレーティング構造の一周期の長さ
Λ2 に凹凸形成領域の幅L1 を代入することによって得
られ、したがって次式(4)で与えられる。
点を結ぶ法絡線は、回折格子105aが一様グレーティ
ング構造(すなわち従来の半導体パルスレーザ装置の回
折格子の構造)を採る場合の反射ピークの形状とほぼ同
様の形状を持っている。ここで、回折格子105aが一
様グレーティング構造を採る場合の反射ピークの間隔Δ
λb は、サンプルドグレーティング構造の一周期の長さ
Λ2 に凹凸形成領域の幅L1 を代入することによって得
られ、したがって次式(4)で与えられる。
【0049】 Δλb =2・neq・L1 ・・・(4) このため、上述の法絡線のピッチも、この式(4)で与
えられるΔλb に一致する。この実施の形態に係るブラ
ッグ反射鏡領域123では、L1 =15μmなので、式
(4)より、法絡線のピッチは40nmとなる。すなわ
ち、この実施の形態によれば、40nmという非常に広
い範囲(図3の波長1535nm〜1575nmの範
囲)で、高い反射率の反射ピークを複数本得ることがで
きる。
えられるΔλb に一致する。この実施の形態に係るブラ
ッグ反射鏡領域123では、L1 =15μmなので、式
(4)より、法絡線のピッチは40nmとなる。すなわ
ち、この実施の形態によれば、40nmという非常に広
い範囲(図3の波長1535nm〜1575nmの範
囲)で、高い反射率の反射ピークを複数本得ることがで
きる。
【0050】この実施の形態にかかる半導体パルスレー
ザ装置では、これらの高反射率の反射ピーク(図3の波
長1535nm〜1575nm付近の反射ピーク)の間
でモード同期を起こさせることにより、光パルス出力の
繰り返し周波数を得る。
ザ装置では、これらの高反射率の反射ピーク(図3の波
長1535nm〜1575nm付近の反射ピーク)の間
でモード同期を起こさせることにより、光パルス出力の
繰り返し周波数を得る。
【0051】これらの各反射ピークの間でモード同期を
起こさせる際には、まず、電源131を用いて、半導体
パルスレーザ素子100(図1参照)の利得領域121
に電流注入を行なう。この状態でレーザ発振をさせた場
合、利得領域121で生成されたスペクトル(利得スペ
クトル)のピーク波長の近傍で、ブラッグ反射鏡領域1
23の各反射ピークに一致した波長における複数モード
でのレーザ発振を行なうことができる。
起こさせる際には、まず、電源131を用いて、半導体
パルスレーザ素子100(図1参照)の利得領域121
に電流注入を行なう。この状態でレーザ発振をさせた場
合、利得領域121で生成されたスペクトル(利得スペ
クトル)のピーク波長の近傍で、ブラッグ反射鏡領域1
23の各反射ピークに一致した波長における複数モード
でのレーザ発振を行なうことができる。
【0052】例えば、この実施の形態の場合、ブラッグ
反射鏡領域123の各反射ピークのうちで、使用される
反射ピークが存在する波長幅は40nm(すなわち波長
1535nm〜1575nmの範囲)なので、最大で8
〜9本程度の縦モードを同時に発振させることができ
る。
反射鏡領域123の各反射ピークのうちで、使用される
反射ピークが存在する波長幅は40nm(すなわち波長
1535nm〜1575nmの範囲)なので、最大で8
〜9本程度の縦モードを同時に発振させることができ
る。
【0053】そして、この状態で、バイアス電源132
を用いて可飽和吸収領域122に逆バイアス電圧を印加
することにより、この可飽和吸収領域122の吸収回復
時間を高速化して、各発振モードの位相関係を固定化
し、モード同期を実現することができる。
を用いて可飽和吸収領域122に逆バイアス電圧を印加
することにより、この可飽和吸収領域122の吸収回復
時間を高速化して、各発振モードの位相関係を固定化
し、モード同期を実現することができる。
【0054】この実施の形態の場合には、モードの波長
間隔は5nmであるので、繰り返し周波数650GHz
の光パルス出力を得ることができる。
間隔は5nmであるので、繰り返し周波数650GHz
の光パルス出力を得ることができる。
【0055】このようにして、この実施の形態にかかる
半導体パルスレーザ装置によれば、ブラッグ波長の反射
ピークの両側に現れる各反射ピークの強度を向上させる
ことができる。そして、これにより、発振に必要なしき
い値利得を低減させて、高次のモード同期による発振を
容易に行なうことができる。
半導体パルスレーザ装置によれば、ブラッグ波長の反射
ピークの両側に現れる各反射ピークの強度を向上させる
ことができる。そして、これにより、発振に必要なしき
い値利得を低減させて、高次のモード同期による発振を
容易に行なうことができる。
【0056】すなわち、この実施の形態にかかる発明に
よれば、ブラッグ波長の反射ピークの両側に現れる各反
射ピークを用いたレーザ発振を、容易に実現することが
できる。
よれば、ブラッグ波長の反射ピークの両側に現れる各反
射ピークを用いたレーザ発振を、容易に実現することが
できる。
【0057】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
かかる半導体パルスレーザ装置によれば、ブラッグ波長
の反射ピークの両側に現れる各反射ピークの強度を向上
させることができるので、これらの各反射ピークを用い
たモード同期によってレーザ発振を容易に実現すること
が可能となる。そして、これにより、発振波長の間隔を
素子の共振器長ではなくサンプルドグレーティング構造
の一周期の長さによって設定することができる。したが
って、この発明にかかる半導体パルスレーザ装置によれ
ば、繰り返し周波数を非常に高く設定する場合でも素子
長を極端に短くする必要がないので、素子の作製が容易
となる。さらに、モード同期に寄与するスペクトルの範
囲(波長の範囲)を拡大することができるので、パルス
幅が小さい素子を容易に得ることができる。
かかる半導体パルスレーザ装置によれば、ブラッグ波長
の反射ピークの両側に現れる各反射ピークの強度を向上
させることができるので、これらの各反射ピークを用い
たモード同期によってレーザ発振を容易に実現すること
が可能となる。そして、これにより、発振波長の間隔を
素子の共振器長ではなくサンプルドグレーティング構造
の一周期の長さによって設定することができる。したが
って、この発明にかかる半導体パルスレーザ装置によれ
ば、繰り返し周波数を非常に高く設定する場合でも素子
長を極端に短くする必要がないので、素子の作製が容易
となる。さらに、モード同期に寄与するスペクトルの範
囲(波長の範囲)を拡大することができるので、パルス
幅が小さい素子を容易に得ることができる。
【0058】また、この発明にかかる半導体パルスレー
ザ素子の製造方法によれば、上述のこの発明にかかる半
導体パルスレーザ素子を簡単な製造工程で安価に製造す
ることが可能である。
ザ素子の製造方法によれば、上述のこの発明にかかる半
導体パルスレーザ素子を簡単な製造工程で安価に製造す
ることが可能である。
【図1】発明の実施の形態に係る半導体パルスレーザ装
置の構成を概念的に示す図である。
置の構成を概念的に示す図である。
【図2】発明の実施の形態に係るサンプルドグレーティ
ング構造を概略的に示す断面図である。
ング構造を概略的に示す断面図である。
【図3】発明の実施の形態に係るブラッグ反射鏡領域の
反射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
反射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図4】従来の半導体パルスレーザ装置に係るブラッグ
反射鏡領域の反射特性を概念的に示すグラフである。
反射鏡領域の反射特性を概念的に示すグラフである。
100 半導体パルスレーザ素子 101 n型InPクラッド層 102 活性導波路 103,105 InGaAsPガイド層 104 量子井戸構造層 105a 回折格子 106 p型InPクラッド層 111〜114 オーミック電極 121 利得領域 122 可飽和吸収領域 123 ブラッグ反射鏡領域 131〜133 バイアス電源
Claims (4)
- 【請求項1】 基板上に利得領域、可飽和吸収領域およ
びブラッグ反射鏡領域をそれぞれ形成してなる半導体パ
ルスレーザ装置において、 前記ブラッグ反射鏡領域が、凹凸形成領域と平面領域と
を所定間隔で繰り返してなるサンプルドグレーティング
構造の回折格子を備えたことを特徴とする半導体パルス
レーザ装置。 - 【請求項2】 前記利得領域、前記可飽和吸収領域およ
び前記ブラッグ反射鏡領域が、同一組成の半導体導波路
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体パル
スレーザ装置。 - 【請求項3】 前記凹凸形成領域が、均一周期の正弦波
状に形成されたことを特徴とする請求項1または2のい
ずれかに記載の半導体パルスレーザ装置。 - 【請求項4】 凹凸形成領域と平面領域とを所定間隔で
繰り返してなるサンプルドグレーティング構造の回折格
子を備えたブラッグ反射鏡領域を有する半導体パルスレ
ーザ装置の製造方法において、 前記ブラッグ反射鏡領域の導波路上に前記回折格子とな
るべき薄膜を形成する第1の工程と、 この薄膜の全面に、導波方向に添って並ぶ凹凸を形成す
る第2の工程と、 前記薄膜の所定領域にのみエッチングを施して平坦化す
ることにより、前記凹凸形成領域と前記平面領域とを所
定間隔で繰り返してなるサンプルドグレーティング構造
を形成する第3の工程と、 を備えたことを特徴とする半導体パルスレーザ装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2180097A JPH10223971A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体パルスレーザ装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2180097A JPH10223971A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体パルスレーザ装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10223971A true JPH10223971A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12065141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2180097A Withdrawn JPH10223971A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体パルスレーザ装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10223971A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100420950B1 (ko) * | 2001-12-12 | 2004-03-02 | 한국전자통신연구원 | 파장 가변 레이저 광원 |
JP2006060658A (ja) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光符号多重通信方法、光符号多重通信システム、符号化装置、及び復号装置 |
US7564565B2 (en) | 2003-09-26 | 2009-07-21 | School Juridical Person Kitasato Institute | Wavelength-tunable light generator and optical coherence tomography device |
JP2016092416A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
CN119009670A (zh) * | 2024-10-21 | 2024-11-22 | 泉州师范学院 | 一种实现高重复频率脉冲的人眼安全激光器雷达发射芯片 |
-
1997
- 1997-02-04 JP JP2180097A patent/JPH10223971A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100420950B1 (ko) * | 2001-12-12 | 2004-03-02 | 한국전자통신연구원 | 파장 가변 레이저 광원 |
US7564565B2 (en) | 2003-09-26 | 2009-07-21 | School Juridical Person Kitasato Institute | Wavelength-tunable light generator and optical coherence tomography device |
US7732784B2 (en) | 2003-09-26 | 2010-06-08 | School Juridical Person Kitasato Institute | Wavelength-tunable light generator and optical coherence tomography device |
JP2006060658A (ja) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光符号多重通信方法、光符号多重通信システム、符号化装置、及び復号装置 |
JP4539230B2 (ja) * | 2004-08-23 | 2010-09-08 | 沖電気工業株式会社 | 光符号多重通信システム及び復号装置 |
JP2016092416A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
CN119009670A (zh) * | 2024-10-21 | 2024-11-22 | 泉州师范学院 | 一种实现高重复频率脉冲的人眼安全激光器雷达发射芯片 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040406 |