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JPH11243256A - 分布帰還形半導体レーザとその駆動方法 - Google Patents

分布帰還形半導体レーザとその駆動方法

Info

Publication number
JPH11243256A
JPH11243256A JP10346621A JP34662198A JPH11243256A JP H11243256 A JPH11243256 A JP H11243256A JP 10346621 A JP10346621 A JP 10346621A JP 34662198 A JP34662198 A JP 34662198A JP H11243256 A JPH11243256 A JP H11243256A
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JP
Japan
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region
polarization mode
polarization
semiconductor laser
mode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10346621A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Nitta
淳 新田
Natsuhiko Mizutani
夏彦 水谷
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP10346621A priority Critical patent/JPH11243256A/ja
Priority to DE69809377T priority patent/DE69809377T2/de
Priority to EP98122892A priority patent/EP0921615B1/en
Priority to US09/203,602 priority patent/US6252895B1/en
Publication of JPH11243256A publication Critical patent/JPH11243256A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】偏波モードの切り替えが生じる励起条件ないし
電流条件を単純にする素子構成を有する分布帰還型半導
体レーザである。 【解決手段】分布帰還型半導体レーザは、共振器の軸方
向に独立に励起の可能な第１の領域１１０と第２の領域
１１１を含む複数の領域を有する分布帰還型半導体レー
ザである。回折格子１０１ａと活性層１０３を備える導
波路により異なる第１の偏波モードと第２の偏波モード
が規定される。動作時の共振器軸方向の光強度分布が、
第１の偏波モードと第２の偏波モードとで異なる様に導
波路が構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送において信
号源などとして用いられる装置に関し、特に、励起状態
により出力光の偏波状態を切り換えることのできる分布
帰還型半導体レーザ、その使用法などに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、励起状態により出力光の偏光状態
を切り換えることができる分布帰還型半導体レーザは、
例えば、特開平７−１６２０８８号に記載されている様
に、活性層に生じる利得の波長依存性と回折格子の周期
等により決まるブラッグ波長の相対的な関係を制御する
もので、その為に多電極構成にしたものである。
【０００３】この偏波スイッチング可能な動的単一モー
ド（Dynamic Single Mode）半導体レーザは、小振幅の
デジタル信号を注入電流に重畳してデジタル偏波変調す
る素子構造である。これは、回折格子からなる分布反射
器を半導体レーザ共振器内部に導入し、その波長選択性
を利用する構造の分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを用いた
ものであった。ここでは、発振波長近傍の波長のＴＥモ
ード、ＴＭモードの両方の光に対して、発振しきい値程
度の電流注入下での利得をおおよそ同程度のものとする
ために、活性層の量子井戸に歪みを導入したり、あるい
はブラッグ波長を利得スペクトル（ＴＥモードに対する
もの）のピークよりも短波長側に設定している。そし
て、ＤＦＢレーザは複数の電極を持つ構成とし、これら
の複数の電極に対して不均一に電流注入を行うものであ
った。不均一注入によって共振器の等価屈折率を不均一
に変化させて、ＴＥモードとＴＭモードのうちで、位相
整合条件を満たして最低のしきい値利得となる波長と偏
波モードで発振する構成になっている。このとき、不均
一注入のバランスをわずかに変えることで位相整合条件
の両モード間の競合関係が変化して、発振波長と偏波モ
ードを変えることができるというものであった。
【０００４】このデバイスでは、出力側（光が出る側）
と変調側（変調電流を注入する側）に対する不均一電流
注入の効果を非対称に引き出すために、片面無反射コー
ティングとすることや、２つの電極長を変えて構造的な
非対称性を導入することが有効であった。
【０００５】図１７にこの従来例の構成を示した。同図
は分布帰還型半導体レーザの光が共振する方向で切断し
た場合の断面構成図である。構成は、基板１００９上
に、下部クラッド層１０１０、活性層１０１１、光ガイ
ド層１０１２、上部クラッド層１０１３、キャップ層１
０１４を積層したものとなっている。光ガイド層１０１
２と上部クラッド層１０１３の界面に回折格子ｇが形成
されている。キャップ層１０１４は分離溝１０１５によ
って共振方向に２つに分割してあり、キャップ層１０１
４上に形成された電極１００２、１００３と基板１００
９側に形成された電極１００８を用いて、光が共振する
方向に互いに電気的に独立した２つの活性層領域（電極
１００２下部分と電極１００３下部分）に電流を注入す
ることができる構成となっている。１００４は一方の端
面に形成された反射防止膜である。
【０００６】この従来例で、上記した様に、活性層１０
０１をＡｌＧａＡｓとＧａＡｓによる量子井戸構造で形
成し、回折格子ｇのブラッグ波長が利得スペクトル（Ｔ
Ｅ偏波モードの）のピーク波長より短い波長側になる様
に設定している。これにより、ＴＥ偏光とＴＭ偏光のモ
ード競合状態を生じさせ、２つの活性領域へ注入する電
流の比を調整して、発振状態での出力光の偏光状態のＴ
Ｅ偏光とＴＭ偏光の間での切り換えを行なっている。
【０００７】また、特開平２−１５９７８１号には、λ
／４位相シフト構造を有する３電極分布帰還型半導体レ
ーザが、出力光の偏光状態をＴＥ偏光とＴＭ偏光の間で
切り換えることが可能な半導体レーザとして示されてい
る。この半導体レーザでは、λ／４位相シフトを含む領
域と含まない領域とに独立に電流を注入できる構造とな
っている（この特開平２−１５９７８１号公報で示され
ている構成は、λ／４位相シフトがデバイスのほぼ中央
に形成されているので、電流は中央部へ流すものと中央
部の両側２箇所に流すものとなっている）。ここでは、
均一に電流を流して発振させた状態から、中央部へ流し
ている電流を変化させることにより発振光の偏光をＴＥ
偏光とＴＭ偏光の間で切り換えることができる。
【０００８】また、特開平２−１１７１９０号の提案に
おいて、マルクスクリスチャン・アマン等は、直列また
は並列に接続された２つの半導体装置からなり、その一
方は主として特定の偏光状態の波を発生または増幅し、
他方は主として別の偏光状態の波を発生または増幅する
ものを、１つの共同層または互いに平行する層に設けて
いる半導体レーザ装置を提案している。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】しかし、従来提案
されていた位相条件で偏波モードを選択するＤＦＢ偏波
スイッチングレーザでは、発振モードの選択が端面位相
に敏感であった。そのために、デバイスの発振波長、偏
波モードの電流注入条件依存性が複雑な振る舞いを示し
たり、デバイス間での偏波モードの特性のばらつきが生
じていた。特にデバイス間のばらつきについては、２つ
の導波路部分の一方への電流注入を増やしたときに一方
のモードに対して選択的に利得を与えることが困難であ
り、スイッチングポイントが素子毎に大きく異なってい
た。
【００１０】また、上記従来例では、共振方向に均一な
構成（均一な活性層、均一な回折格子）において、注入
する電流のバランス（複数の活性領域へ流す電流値の関
係）で共振器内を共振する光の偏波モードごとの位相関
係を制御し、これにより発振しきい値利得の最も小さい
偏波モードを切り換えて出力光の偏波モードを切り換え
ていた。その為、以下の様な欠点があった。
【００１１】（１）光の位相を制御しているので、例え
ば、ＴＥ偏波モードからＴＭ偏波モードへの切り換えを
或る領域の電流を増加させて実現した後、更に当該領域
への電流を増加させると、再びＴＥ偏光に切り換わって
しまう。 （２）多電極構成なので、各領域へ注入する電流値が大
きく異なると複数の領域で共通のモードが選択されず、
個別の領域で独自に発振状態となり、互いに影響し合っ
て縦モードが複数個生じる。
【００１２】他方、マルクスクリスチャン・アマン等に
よる提案においては、幾何学的形状の選定によって特定
の偏波状態の波を発生または増幅するものとしているの
であり、リッジ作成時のエッチング深さ、リッジ幅のプ
ロセス上のばらつきによって歩留まりが左右されるとい
う問題点があった。
【００１３】従って、本発明の目的は、偏波モードの切
り換えが生じる励起条件（電流注入条件）を単純にする
素子構成を有する分布帰還型半導体レーザ、該レーザの
駆動方法、該レーザを用いて大きな消光比で変調可能な
光源装置、該レーザを用いた光伝送方法、該光伝送方法
に適した光−電気変換装置、該光−電気変換装置を用い
た光伝送システムなどを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するための本発明の分布帰還型半導体レーザは、共振
器の軸方向に独立に励起の可能な（典型的には、独立に
電流注入の可能な）第１の領域と第２の領域を含む複数
の領域を有する分布帰還型半導体レーザであって、回折
格子と活性層を備える導波路により異なる第１の偏波モ
ードと第２の偏波モード（典型的には、互いに直交する
ＴＥモードとＴＭモード）が規定され、更に、動作時
（すなわち励起時）の共振器軸方向の光強度分布が、第
１の偏波モードと第２の偏波モードとで異なる様に導波
路が構成されていることを特徴とする。この基本的構造
により、２つの偏波モードのしきい値利得間の競合関係
を、単純な操作による偏波変調の為に好適に設定できる
様になる。
【００１５】より具体的には、動作時の共振器の軸方向
の光強度分布の第１の偏波モードと第２の偏波モードの
間での異なり方が、第１の領域と第２の領域の間で異な
る様に導波路が構成されている（図１（ｅ）参照）。
【００１６】更に具体的には、第１の偏波モードでの発
振時には第２の偏波モードの共振器軸方向の光強度分布
が第１の領域で相対的に強い分布を持ち、第２の偏波モ
ードでの発振時には第１の偏波モードの共振器軸方向の
光強度分布が第２の領域で相対的に強い分布を持つ様に
導波路が構成されている。また、第１の領域の導波路部
分では第１の偏波モード光（ＴＥモードまたはＴＭモー
ド光）に対する結合係数（帰還量、反射率と言い換えて
もよい）が第２の偏波モード光（ＴＭモードまたはＴＥ
モード光）に対する結合係数より大きく、第２の領域の
導波路部分では第１の偏波モード光に対する結合係数が
第２の偏波モード光に対する結合係数より小さくなる様
に導波路が構成されている。
【００１７】また、更に具体的には、第１の領域と第２
の領域の間で、第１の偏波モードと第２の偏波モードに
対するブラッグ波長間の波長差が異なり、第１の領域の
第１の偏波モードと第２の偏波モードのいずれか一方に
対して最小発振しきい値を示す波長と第２の領域の該い
ずれか一方の偏波モードに対して最小発振しきい値を示
す波長が一致した状態のときに、該一致した波長におけ
る発振しきい値利得が回折格子により生じる複数の共振
モードの中で最も小さくなる様に導波路が構成されてい
る。
【００１８】また、第２の領域では、第２の偏波モード
に対する回折格子の結合係数が充分大きく第１の偏波モ
ードに対する結合係数がほぼ０（帰還作用を及ぼさな
い）である様に導波路が構成されている。この場合、第
１の領域の第２の偏波モードに対して最小発振しきい値
を示す波長と第２の領域の第２の偏波モードに対して最
小発振しきい値を示す波長が一致した状態のときに、該
一致した波長における発振しきい値利得が回折格子によ
り生じる複数の共振モードの中で最も小さく、そして第
１の領域及び第２の領域の第２の偏波モードに対する最
小発振しきい値を示す波長が一致していない状態では、
第１の偏波モードに対する発振しきい値利得が最も小さ
くなる様に導波路が構成されていたりする。
【００１９】上記構成において、共振器の軸方向の光強
度分布が、競合する偏波モード間で異なるものとされて
いるので、２つの領域に対する電流注入量の制御による
偏波モードの切り換えが容易になる。１つの駆動法で
は、第１の偏波モードで発振する上記の分布帰還型半導
体レーザに対して、該第１の偏波モードの光強度分布の
小さい或は該第１の偏波モードに対する結合係数の小さ
い領域への電流注入を相対的に増すことで、第２の偏波
モードヘ偏波スイッチングさせることが安定的にでき
る。この場合、均一電流注入下で第１の偏波モードで発
振させたりする。これは、均一注入状態での発振状態を
出発点として、偏波スイッチング条件を容易に規定する
ものである。更に、第２の偏波モードヘ偏波スイッチン
グさせ、第２の偏波モードで発振する上記の分布帰還型
半導体レーザに対して、該第２の偏波モードの光強度分
布の小さい或は該第２の偏波モードに対する結合係数の
小さい領域への電流注入を相対的に増すことで、第１の
偏波モードヘ偏波スイッチングさせることが安定的にで
きる。切り換えたい偏波モードの光強度分布の大きい領
域への電流注入を相対的に増加させることで、該偏波モ
ードへの容易且つ安定的な切り換えが起こる性質を利用
するものである。
【００２０】他の駆動法では、第１の偏波モードと第２
の偏波モードの一方で発振する上記の分布帰還型半導体
レーザに対して、第１の偏波モードと第２の偏波モード
の他方に対する第１の領域と第２の領域での最小発振し
きい値を示す波長を一致させる様に第１の領域と第２の
領域へ注入する電流を変化させて該他方の偏波モードへ
偏波スイッチングさせることが安定的にできる。
【００２１】更に他の駆動法では、第１の偏波モードと
第２の偏波モードの一方で発振する上記の分布帰還型半
導体レーザに対して、該一方の偏波モードに対する第１
の領域と第２の領域での最小発振しきい値を示す波長を
異ならさせる様に第１の領域と第２の領域へ注入する電
流を変化させて第１の偏波モードと第２の偏波モードの
他方へ偏波スイッチングさせることが安定的にできる。
【００２２】上記他の駆動法は、第１の領域と第２の領
域で競合する偏波モード間の光の光強度分布の相違があ
れば、両モードのブラッグ波長間の差が、第１の領域と
第２の領域で異なる様に容易にできる性質を利用するも
のである。
【００２３】これらの構成は、典型的には、競合する２
つの偏波モードであるＴＥモードとＴＭモードの間で結
合係数の大小関係が２つの領域間で逆転していること
で、実現できる。偏波依存性を持つ位相シフト部を何れ
かの領域に設けること、端面を偏波依存性を持つ反射面
とすることなどでも実現できる。
【００２４】上記の結合係数の大小関係を確立は、第１
の領域と第２の領域の一方の領域の導波路にのみ多重量
子井戸光ガイド層（歪み多重量子井戸光ガイド層であっ
てもよい）を設けたり、第１の領域と第２の領域の導波
路において共通に多重量子井戸光ガイド層を設け、第１
の領域と第２の領域の一方の領域でのみ該多重量子井戸
光ガイド層を混晶化させたり、第１の領域と第２の領域
の一方の導波路ではバルク層に回折格子を設け、第１の
領域と第２の領域の他方の導波路では多重量子井戸層に
回折格子を設けたりして行なわれる。
【００２５】多重量子井戸光ガイド層の大きな複屈折性
によって、競合する２つの偏波モード（ＴＥモードとＴ
Ｍモード）に対して導波方向に垂直な積層方向での導波
モードの光強度分布を異ならせることができる。例え
ば、無歪みの多重量子井戸でｎTE（ＴＥモードに対する
屈折率）＞ｎTM（ＴＭモードに対する屈折率）の層を回
折格子となる凹凸を形成する層から離れたところに挿入
することで、特にＴＥモード光について、多重量子井戸
光ガイド層に引き込み、回折格子の凹凸部分でのＴＥモ
ード光の光強度を弱めるものである。一方の領域にのみ
多重量子井戸光ガイド層を設けることで、その回折格子
部分でのＴＭモード光の強度をＴＥモード光の強度より
も強める導波路構成として、ＴＭモードに対する結合係
数の大きな領域を形成することができる。通常の回折格
子はＴＥモード光に対する結合係数の方が大きく、これ
らを組み合わせて上記の結合係数の大小関係を確立して
いる。
【００２６】また、多重量子井戸層の複屈折性は混晶化
によって失われる。この性質を利用して、混晶化されな
い部分では競合する２つの偏波モード（ＴＥモードとＴ
Ｍモード）に対して導波方向に垂直な方向での導波モー
ドの光強度分布を異ならせて、ＴＭモードに対する結合
係数の大きな領域とし、一方、混晶化して複屈折性の失
われた部分をＴＥモードに対する結合係数の大きな領域
としている。
【００２７】また、多重量子井戸層に回折格子を設けた
領域とバルク層に回折格子を設けた領域とを有すること
で、上記の結合係数の大小関係を確保している構成にお
いては、多重量子井戸層に回折格子を設けた領域で多重
量子井戸層と埋め込み層の屈折率差を比較すると、ＴＭ
光の感じる屈折率差がＴＥ光の感じる屈折率差と比ベて
大きい。この領域を、ＴＭモードに対する結合係数がＴ
Ｅモードの結合係数よりも大きな領域とすることがで
き、バルク層に回折格子を設けてＴＭモードに対する結
合係数がＴＥモードの結合係数よりも小さな領域と組み
合わせて、上記の結合係数の大小関係を確保している。
【００２８】更に、第１の領域と第２の領域の少なくと
も一方において、回折格子が界面に形成されている２つ
の異なる半導体層の少なくとも片方に引っ張り歪み量子
井戸及び圧縮歪み量子井戸の少なくとも一方（該歪み量
子井戸は、誘導放出が生じる活性層以外に用いるのがよ
い）が用いられることで、前記結合係数の大小関係を確
立してもよい。この構成において、歪み量子井戸は競合
する２つの偏波モード（ＴＥ偏光とＴＭ偏光）で異なる
屈折率を示し、回折格子を構成する他方の半導体層とし
て、該歪み量子井戸のＴＥ偏光或はＴＭ偏光のどちらか
の屈折率と同じ屈折率の半導体層を用い、これらの層の
界面に回折格子を形成することにより、一方の偏光の光
は回折格子を感じない構成ができる。また、他方の半導
体層として、該歪み量子井戸のＴＥ偏光とＴＭ偏光の何
れの屈折率とも異なる屈折率の半導体層を用いることに
より、回折格子の結合係数がＴＥ偏波とＴＭ偏波で異な
らせることができる。
【００２９】更に、第１の領域と第２の領域の導波路に
おいて活性層は共通であり、該活性層は第１の偏波モー
ド光と第２の偏波モード光に同程度の利得を与える様に
構成されていたりする。この構成において、共通で両モ
ード光に同程度の利得を与える活性層を用いることで、
偏波モードの切り換え特性に対する活性層利得の偏波モ
ード依存性の寄与を小さく抑え、本発明によるデバイス
において電流注入量の制御での偏波モードの切り換えを
容易にする。
【００３０】また、第１の領域と第２の領域の導波路に
回折格子が均一に形成されていたり、第１の領域と第２
の領域の導波路の回折格子に夫々位相シフト部が形成さ
れて各偏波モードに対して最小発振しきい値を示す波長
がブラッグ波長になる様にされてもよい。
【００３１】以下に上記の目的を達成するためのその他
の装置、方法、システム、それらの作用を述べる。本発
明の光源装置は上記分布帰還型半導体レーザと偏光選択
手段を有することを特徴とする。分布帰還型半導体レー
ザの偏波スイッチングによる変調を行って、その出力端
に配した偏光選択手段によって一方の偏波モードの光の
みを取り出して送出することで、変調消光比の大きな光
源装置を提供するものである。
【００３２】本発明の光伝送方法は、上記光源装置から
の光を、光伝送路に接続して信号をのせて伝送させ、受
信装置において強度変調された光信号として受信するこ
とを特徴とする。あるいは、上記光源装置を複数用いて
複数の異なる波長の光を発生させ、一本の光伝送路に接
続して信号を伝送させ、受信装置において波長可変バン
ドパスフィルタなどの波長選択手段を通して所望の波長
の光にのせた強度変調信号のみを取り出して信号検波す
ることを特徴とする光伝送方法を提供するものである。
【００３３】本発明の光−電気変換装置は、上記の半導
体光源装置と受信装置を１つにまとめ、上記の光伝送方
法による光送受信を行なうことを特徴とする。また、本
発明の光伝送システムは、上記の半導体光源装置と受信
装置を１つにまとめ、上記の光伝送方法による光送受信
を行なう光−電気変換装置を用いて光伝送システムを構
成したことを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】第１の実施例 本発明による第１の実施例を説明する。図１（ａ）は、
第１の実施例の半導体ＤＦＢレーザの光導波方向（共振
器軸方向）に沿った断面図であり、１０１は基板となる
ｎ−ＩｎＰで、その表面に回折格子として働く、深さ
０．０５μｍでピッチ２４０ｎｍの周期的ストライプ溝
１０１ａ（ストライプ溝は図１（ａ）の紙面に垂直方向
に伸びて図１（ａ）の左右方向に多数並んでいる）が形
成されている。更に、１０２は０．１μｍ厚のＩｎＧａ
ＡｓＰ下部光ガイド層（バンドギャップ波長（Ｅg）
１．１７μｍ）、１０３は、井戸層が１３ｎｍ厚のＩｎ
ＧａＡｓ（０．６％伸張歪み導入）、障壁層が１０ｎｍ
厚のＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１７μ
ｍ）からなる歪み３重量子井戸活性層、１０４は第１の
領域１１０に形成されたｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイ
ド層（バンドギャップ波長１．１７μｍ）、１０５は第
２の領域１１１に形成されたｐ型圧縮歪み多重量子井戸
光ガイド層、１０６はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０７は
ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０８はｐ−電極であ
るＣｒ／Ａｕ層、１０９は基板側電極であるＡｕＧｅ／
Ａｕ層である。ｐ側電極１０８とｐ−ＩｎＧａＡｓ層１
０７を除去した分離部１２０によって、デバイスは第１
の領域１１０と第２の領域１１１とに分離されている。
【００３５】上記０．６％伸張歪みで井戸幅１３ｎｍの
井戸層を含む量子井戸活性層１０３は、井戸内の重い正
孔のエネルギー準位と軽い正孔のエネルギー準位が概ね
等しいために、ＴＭモードの光に対する利得がＴＥモー
ドの光に対する利得と近くなっていて、偏波スイッチン
グ現象を可能とする活性層構成となっている。
【００３６】また、上部光ガイド層１０４の一部（第２
の領域１１１の部分の一部）を置き換えている圧縮歪み
多重量子井戸光ガイド層１０５は、井戸層が０．８％圧
縮歪みで７ｎｍ厚のＩｎ0.89Ｇａ0.11Ａｓ0.49Ｐ0.51か
ら成り、障壁層が無歪みで５ｎｍ厚のＩｎ0.86Ｇａ0.14
Ａｓ0.31Ｐ0.69から成る１０井戸の量子井戸層である。
この光ガイド層１０５の構成によれば、ＴＥモードに対
するバンドギャップ波長が１．３０μｍであり、ＴＭモ
ードに対するバンドギャップ波長はこれよりも短波長の
１．２６μｍである。また、波長１．５５μｍのＴＥモ
ード光が光ガイド層１０５に感じる屈折率は３．３５７
で、ＴＭモード光が光ガイド層１０５に感じる屈折率は
３．３３０である。一方、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（Ｅg＝
１．１７μｍ）光ガイド層１０４の屈折率は３．３３１
となっていて、図１（ｂ）、（ｃ）に示した様な屈折率
のプロファイルとなっている。
【００３７】より詳しくは、図１（ｂ）に、多重量子井
戸光ガイド層１０５のない第１の領域１１０の導波路部
分でＴＥモード光とＴＭモード光が感じる屈折率の積層
方向のプロファイルを示す（両者は殆ど重なってい
る）。また、図１（ｃ）には多重量子井戸光ガイド層１
０５のある第２の領域１１１の導波路部分でＴＥモード
光とＴＭモード光が感じる屈折率の積層方向のプロファ
イルを示す（多重量子井戸光ガイド層１０５の部分で、
ＴＥモード光が感じる屈折率がＴＭモード光が感じる屈
折率より相当大きいことが分かる）。多重量子井戸光ガ
イド層１０５の複屈折性に応じて、導波モードの光強度
分布（光強度分布）がＴＥモードとＴＭモードで異なっ
たものとなる様子を、図１（ｄ）に示す（ＴＥモードの
光強度分布の強い部分が多重量子井戸光ガイド層１０５
の方向にずれているのが分かる）。
【００３８】このデバイスの製造工程は、例えば、以下
の様なものである。先ず、ｎ−ＩｎＰ基板１０１上に塗
布したレジスト膜に、２光束干渉露光法によって回折格
子となる２４０ｎｍのピッチのストライプパターンを形
成する。エッチングによって、ストライプパターンを基
板１０１に転写する。レジストを除去し、ウエットエッ
チングによって基板表面のダメージ層を除去する。ＭＯ
ＶＰＥ法による１回目の結晶成長を行ない、層１０２、
層１０３、層１０４の一部（層１０５の下に相当する膜
厚）、層１０５を形成する。光ガイド層１０５の上に選
択成長マスクとするＳｉＯ2膜を成膜し、フォトリソグ
ラフィによって、このＳｉＯ2膜の一部（第１の領域１
１０に相当する部分）を除去する。ＳｉＯ2膜をマスク
とした選択エッチングによって部分的（第１の領域１１
０に相当する部分）に光ガイド層１０５を除去する。更
に、ＳｉＯ2膜をマスクとした選択成長（２回目の結晶
成長）によって、光ガイド層１０４の一部（層１０５の
横に位置する第１の領域１１０の部分）を成長する。Ｓ
ｉＯ2マスクを除去して、３回目の結晶成長によって、
ｐ−ＩｎＰクラッド層１０６、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１０７を全面に形成する。フォトリソグラフィ工
程によって形成したレジストパタンによるリフトオフプ
ロセスで上面の電極１０８を形成し、分離部１２０にお
いてはコンタクト層１０７を除去して電気的分離を行な
う。最後に、ウェハを研磨して、裏面電極１０９を形成
し、電極の合金化、ウェハのへき開によってＤＦＢレー
ザとした。
【００３９】この様に形成した構成により、第１の領域
１１０ではＴＥモード光に対する結合係数がＴＭモード
光に対する結合係数より大きい通常の回折格子付き導波
路となり、第２の領域１１１では、ＴＥモードの光強度
分布の強い部分が回折格子１０１ａから離れる方向にず
れているので、ＴＭモード光に対する結合係数がＴＥモ
ード光に対する結合係数より大きい回折格子付き導波路
となっている。
【００４０】この様な回折格子１０１ａからなる共振器
のレーザ発振モードであるＴＥモードとＴＭモードにつ
いて、共振器軸方向の光強度分布を図１（ｅ）に示す。
ここから分かる様に、動作時の共振器軸方向の光強度分
布が、ＴＥモードとＴＭモードとで異なっている。即
ち、第１の領域１１０にはＴＥモードが光強度の比較的
大きい分布を持ち、第２の領域１１１にはＴＭモードが
光強度の比較的大きい分布を持つ。
【００４１】第１の領域１１０に電流Ｉ1、第２の領域
１１１に電流Ｉ2を注入してこの素子をレーザ発振させ
る。図１（ｆ）に、電流注入量と発振モード偏波方向の
関係を示す。鎖線で示す均一注入状態においてはＴＭモ
ードでの発振が得られる。即ち、この様になる様に伸長
歪み３重量子井戸活性層１０３等を構成している。しか
し、均一注入状態から第１の領域１１０（ここにＴＥモ
ードは光強度の比較的大きい分布を持つ）の注入電流を
増加していくと、第１の領域１１０に注入された電流は
ＴＭモードに対してよりもＴＥモードに対してより多く
利得を与えるため、レーザの発振モードがＴＥモードに
切り換わる電流注入点が存在する。更に第１の領域１１
０の注入電流をこれより増加させても、ＴＥモード発振
を維持する。ＴＥモード発振状態からＴＭモード発振状
態に戻すには、初めの均一注入状態に戻すこと等をして
第２の領域１１１（ここにＴＭモードは光強度の比較的
大きい分布を持つ）の注入電流を相対的に増加させれば
よい。
【００４２】２電極素子のバイアス状態と発振モードの
偏波との関係については、ここに示す様に、第１の領域
１１０への注入電流が大きい側ではＴＥモード発振とな
り、第２の領域１１１への注入電流が大きい側ではＴＭ
モード発振となった。これは、本発明において、第１の
領域１１０と第２の領域１１１を偏波モードについて非
対称な構成としていることの効果である。
【００４３】尚、本実施例では、第１の領域１１０と第
２の領域１１１とでＴＥモードとＴＭモードの層厚方向
の光強度分布の相違の様態が異なるので、各領域での各
偏波に対する回折格子の効果が異なり（結合係数が異な
り）、両モードのブラッグ波長間の差が第１の領域１１
０と第２の領域１１１で異なって、第４実施例などで説
明する作動方法によっても発振偏波モードの切り換えを
行なうことができる。
【００４４】第２の実施例 本発明による第２の実施例を説明する。図２は、第２の
実施例の半導体ＤＦＢレーザの断面図であり、第１の実
施例とは異なる層構成になっている。２０１は基板とな
るｎ−ＩｎＰであり、深さ０．０５μｍの凹凸２０１ａ
が第１実施例とほぼ同様に形成されている。更に、２０
２は０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層（バ
ンドギャップ波長１．１７μｍ）、２０３は０．１μｍ
厚のＩｎＧａＡｓＰ活性層、２０４はＩｎＧａＡｓＰ上
部光ガイド層（バンドギャップ波長１．１７μｍ）、２
０５、２１２は圧縮歪み多重量子井戸光ガイド層、２０
６はｐ−ＩｎＰクラッド層、２０７はｐ−ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層、２０８はｐ−電極であるＣｒ／Ａｕ層、
２０９は基板側電極であるＡｕＧｅ／Ａｕ層である。ｐ
側電極２０８およびｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０７を除去し
た分離部２２０によって、本デバイスは第１の領域２１
０と第２の領域２１１とに分離されている。
【００４５】圧縮歪み多重量子井戸光ガイド層２０５、
２１２のうち、第１の領域２１０に相当する部分２０５
においては、プロトン打ち込みによって量子井戸構造を
混晶化させ、この層２０５の複屈折性を小さくしてい
る。
【００４６】このデバイスの製造工程は以下の様なもの
である。ｎ−ＩｎＰ基板２０１上に塗布したレジスト膜
に２光束干渉露光法によって回折格子となる２４０ｎｍ
のピッチのストライプパターンを形成する。エッチング
によって、ストライプパターンを基板２０１に転写す
る。レジストを除去し、ウエットエッチングによって基
板表面のダメージ層を除去する。ＭＯＶＰＥ法による結
晶成長を行い、層２０２、２０３、２０４、２０５、２
０６、２０７を形成する。第１の領域２１０では、圧縮
歪み量子井戸光ガイド層２０５をプロトン打ち込みによ
って混晶化させ、この層２０５の複屈折性を小さくす
る。フォトリソグラフィ工程によって形成したレジスト
パターンによるリフトオフプロセスで上面の電極２０８
を形成し、分離部２２０においてはコンタクト層２０７
を除去して電気的分離を行なう。最後に、ウェハを研磨
して、裏面電極２０９を形成し、電極の合金化、ウェハ
のへき開によってデバイスを作製する。
【００４７】この様な構成により、第１の領域２１０で
はＴＥモード光に対する結合係数がＴＭモード光に対す
る結合係数より大きい通常の回折格子付き導波路とな
り、第２の領域２１１では、圧縮歪み多重量子井戸光ガ
イド層２１２の部分側にＴＥモード光が引き寄せられる
ので、ＴＭモード光に対する結合係数がＴＥモード光に
対する結合係数より大きい導波路となっている。
【００４８】電流注入時のモード切り換え、不均一注入
状態における発振偏波モードの選択については、第１の
実施例と同様である。
【００４９】第３の実施例 本発明による第３の実施例を説明する。図３は、第３の
実施例の半導体ＤＦＢレーザの断面図で、３０１は基板
となるｎ−ＩｎＰであり、３０２は０．１μｍ厚のＩｎ
ＧａＡｓＰ下部光ガイド層（バンドギャップ波長１．１
７μｍ）、３０３は、井戸層が１３ｎｍ厚のＩｎＧａＡ
ｓ（０．６％伸張歪み導入）、障壁層が１０ｎｍ厚のＩ
ｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１７μｍ）から
成る歪み３重量子井戸活性層、３０４は第１の領域３１
１のＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層（バンドギャップ波
長１．１７μｍ）、３０５は第２の領域３１２の圧縮歪
み多重量子井戸光ガイド層であり、層３０４と３０５に
共通のピッチで周期的凹凸３１５が形成されている。こ
の凹凸３１５を埋め込む第２の上部光ガイド層３０６は
バンドギャップ波長が第１の光ガイド層３０４、３０５
よりも長波長側にある。つまり、レーザ発振する光にと
って、第２の上部光ガイド層３０６の屈折率の方が第１
の上部光ガイド層３０４、３０５の屈折率よりも大き
い。
【００５０】更に、３０７はｐ−ＩｎＰクラッド層、３
０８はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、３０９はｐ−電
極であるＣｒ／Ａｕ層、３１０は基板側電極であるＡｕ
Ｇｅ／Ａｕ層である。ｐ側電極３０９とｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層３０８を除去した分離部３２０によって、デバイス
を第１の領域３１１と第２の領域３１２とに分離してい
る。
【００５１】このデバイスの製造工程は以下の様なもの
である。ｎ−ＩｎＰ基板３０１上にＭＯＶＰＥ法による
結晶成長を行い、層３０２、３０３、３０５を形成す
る。圧縮歪み量子井戸光ガイド層３０５の上に選択成長
マスクとするＳｉＯ2膜を成膜し、フォトリソグラフィ
によって、このＳｉＯ2膜の一部（第１の領域３１１に
相当する部分）を除去する。ＳｉＯ2膜をマスクとした
選択エッチングによって第１の領域３１１では光ガイド
層３０５を除去する。さらに、このＳｉＯ2膜をマスク
とした選択成長（２回目の結晶成長）によって、光ガイ
ド層３０４を第１の領域３１１に成長する。ＳｉＯ2マ
スクを除去して、レジスト膜を塗布し、２光束干渉露光
法によって、周期的なストライプ溝を形成する。エッチ
ングによって、ストライプパターンを光ガイド層３０
４、３０５に転写する。レジストを除去し、ウエットエ
ッチングによってウェハ表面のダメージ層を除去する。
ＭＯＶＰＥ法による３回目の結晶成長を行い、光ガイド
層３０６、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０７、ｐ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層３０８を全面に形成する。フォトリソ
グラフィ工程によって形成したレジストパターンによる
リフトオフプロセスで上面の電極３０９を形成し、分離
部３２０においてはコンタクト層３０８を除去して電気
的分離を行なう。ウェハを研磨して、裏面電極３１０を
形成し、電極の合金化、ウェハのへき開によってＤＦＢ
レーザとした。
【００５２】ＴＭモードの屈折率がＴＥモードの屈折率
よりも小さい圧縮多重量子井戸光ガイド層３０５に設け
た周期的凹凸３１５を、屈折率の大きな第２の光ガイド
層３０６で埋め込む第２の領域３１２では、ＴＭモード
光に対して層３０５、３０６間（この間に回折格子とな
る周期的凹凸３１５がある）の屈折率差が大きく、結合
係数が大きい導波路となっている。これに対して、複屈
折性の光ガイド層３０５のない第１の領域３１１では、
ＴＥモード光に対する結合係数がＴＭモード光の結合係
数より大きい通常の回折格子付き導波路となる。
【００５３】電流注入時のモード切り換え、不均一注入
状態における発振偏波モードの選択については、第１の
実施例と同様である。
【００５４】第４の実施例 図４、図５、図６は本発明の第４実施例を説明する図で
ある。図５は図４のＡ線に沿った断面構成を示す図であ
り、図６は第４実施例の動作を説明する図である。図
４、図５において、４０１は例えばｎ型ＩｎＰからなる
基板、４０２は例えばｎ型ＩｎＰからなるバッファ層兼
第１クラッド層、４０３は活性層、４０４は例えばｐ型
ＩｎＰからなる第２クラッド層、４０５は例えばｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓからなるキャップ層、４０６は例えばＳＩ
（半絶縁性）のＩｎＰからなる埋め込み層、４０７は基
板４０１に形成された第１電極、４０８は第２電極、４
０９は第３電極、４１０は第２電極４０８と第３電極４
０９を電気的に分離する為の分離溝、４１１は活性層４
０３と第２クラッド層４０４との界面に形成されている
回折格子（周期２４０ｎｍ、深さ約３０ｎｍ）である。
活性層４０３は、符号４３１、４３３で示されるＳＣＨ
層（キャリア閉じ込めと光閉じ込めを分離する為の層）
と４３２の活性領域から成り、夫々は第２電極４０８に
対応した第１の領域４５１の部分と第３電極４０９に対
応した第２の領域４５２の部分から構成してある（第１
の領域４５１に対応した夫々の部分を４３１ａ、４３２
ａ、４３３ａ、第２の領域４５２に対応した夫々の部分
を４３１ｂ、４３２ｂ、４３３ｂで示した）。
【００５５】本実施例では、活性領域４３２ａと４３２
ｂは同じ構成で、ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１．６μｍ）のものを用いた。上側のＳＣＨ層４３３ａ
と４３３ｂは夫々異なる歪み量子井戸層から構成されて
いる。ここではＳＣＨ層４３３ａに圧縮歪み量子井戸層
を用い、ＳＣＨ層４３３ｂに引っ張り歪み量子井戸層を
用いた。より詳細には、ＳＣＨ層４３３ａと４３３ｂ
は、活性領域４３２と同じＩｎＧａＡｓＰで構成した
が、活性領域４３２のバンドギャップよりも大きなバン
ドギャップを有する構成とし、活性領域４３２で発光、
増幅された光を吸収しない組成とした（例えば、バンド
ギャップが１．０５ｅＶ程度の値とした）。また、ＳＣ
Ｈ層４３３ａと４３３ｂの歪み量は、それぞれ、１％程
度（前者は圧縮歪み、後者は引っ張り歪み）のものとし
た。この様な、井戸材料を用いて多重量子井戸を作製
し、ＳＣＨ層４３３ａと４３３ｂとした。
【００５６】下側のＳＣＨ層４３１ａと４３１ｂは、活
性領域４３２ａと４３２ｂのバンドギャップエネルギー
よりは大きくバッファ層兼第１クラッド層４０２のバン
ドギャップエネルギーよりは小さいバンドギャップエネ
ルギーを持つ共通の半導体層とすればよい。
【００５７】上記の様な構成の作製は、例えば、以下の
様に行なわれる。最初に基板４０１上にＣＢＥ（Chemic
al Beam Epitaxy）法を用いてＳＣＨ層４３３ａおよび
４３３ｂ（本実施例では、活性領域４３２ａおよび４３
２ｂは同じ構成の半導体としてあり、ＳＣＨ層４３１ａ
および４３１ｂも同じ構成の半導体としてある。ＳＣＨ
層４３３ａおよび４３３ｂの形成は、例えば、第３実施
例の層３０４および３０５と同様な形成法で行なえばよ
い）まで成長を行い、その後、２光束干渉露光法あるい
ＥＢ描画法を用いて回折格子４１１となる周期的凹凸を
形成する。回折格子形成後、さらに、ＣＢＥ法を用い
て、第２クラッド層４０４、キャップ層４０５を形成す
る。
【００５８】この様に形成したウェハに、横方向の導波
構造、電流狭窄機構などを形成する。本実施例では、埋
め込み構造としたので、導波路となる部分を残して（本
実施例では、この幅は約１．５μｍ）、フォトリソグラ
フィの技術を用いウエットエッチングあるいはドライエ
ッチングによりエッチングを行なう。その後、導波路を
半絶縁性の埋め込み層４０６で埋め込む為の成長をＣＢ
Ｅ法により行なう。さらに、基板４０１の研磨、電極形
成、２つの電極領域４５１、４５２を形成するための電
極分離工程を行ない、デバイスを作製した。
【００５９】本実施例では、結晶成長法として、ＣＢＥ
法を用いたが、他に半導体レーザを作製できる結晶成長
法であれば、いずれの成長法も使用することができる
（例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法など）。加工のため
には、既存の半導体加工プロセスを用いることができ
る。また、本実施例では、半導体レーザの構造として、
埋め込み構造を用いたが、他に、リッジ構造やｐｎ埋め
込み構造など、半導体レーザに用いることができる構造
であれば、どの様な構造でも使用することができる。こ
れらのことは他の実施例でも同じである。
【００６０】以上の構成により、第１の領域４５１では
ＴＥ偏光に対して結合係数が大きく、第２の領域４５２
ではＴＭ偏光に対して結合係数が大きな回折格子４１１
を得ることができた。その理由は、第１の領域４５１で
は界面に回折格子４１１を形成しているＳＣＨ層４３３
ａと第２クラッド層４０４の間のＴＥ偏光に対する屈折
率差が大きくＴＭ偏光に対してはその屈折率差が小さい
のに比較して、第２の領域４５２ではその反対の関係に
なっているからである。
【００６１】以上の構成を持つ第４実施例の動作につい
て説明する。図６は各領域４５１、４５２へしきい値以
下の電流を注入した時のＡＳＥ（自然放射増幅光）スペ
クトルである（回折格子４１１に位相シフト部がないの
でストップバンドが現れている）。同じ活性領域４３２
ａ、４３２ｂであっても、第１の領域４５１ではＴＥ偏
光に対して結合係数が大きいのでＴＥ偏光のＡＳＥ成分
が大きく、第２の領域４５２ではＴＭ偏光に対して結合
係数が大きいのでＴＭ偏光のＡＳＥ成分が大きくなって
いて、回折格子４１１による帰還作用に偏光依存性があ
ることがわかる。また、第１の領域４５１と第２の領域
４５２では、光導波路の層構成が異なりＴＥ光とＴＭ光
の感ずる有効屈折率の差が異なるので、ＴＥモードとＴ
Ｍモードに対するブラッグ波長間の差が異なっている。
図６で説明すれば、第１の領域４５１の両偏光のＡＳＥ
成分が示すブラッグ波長間の差（この場合、より正確に
は各偏光のＡＳＥ成分の２つのピークを示す２つの波長
の中心波長の間の差にほぼ相当する）と第２の領域４５
２の両偏光のＡＳＥ成分が示すブラッグ波長差とが異な
っている。
【００６２】上に説明した分布帰還型半導体レーザ４２
０に図７に示す様に電流を流す。即ち、第１の領域４５
１と第２の領域４５２の夫々へ注入する電流Ｉ1、Ｉ2の
量を別個に設定できる様にする。電流を適当に注入する
ことで、プラズマ効果（キャリアの増加に伴い屈折率が
低下する効果）と活性領域４３２での発熱（温度の上昇
に伴い屈折率が大きくなる）により等価屈折率が変化
し、例えば、第１の領域４５１と第２の領域４５２のＴ
ＥモードのＡＳＥピーク同士を同じ波長にすることがで
きる（厳密に言えば、ストップバンドの両端の何れか一
方同士の波長を同じにする）。この様に一致させた状態
では、この場合、この波長でのＴＥ偏波の反射（帰還）
が最大となり、電流注入量Ｉ1、Ｉ2がしきい値を越えて
いればＴＥ偏波の発振光２３、２４を得ることができ
る。この状態から更に第２の領域４５２へ流している電
流量Ｉ2を増加させると第２の領域４５２の等価屈折率
が変化し（すなわち増大し）、第１の領域４５１と第２
の領域４５２のＴＭ偏光のピーク波長同士を一致させる
ことができる（この場合も、ストップバンドの両端の何
れか一方同士の波長を同じにする）。この状態では、こ
の波長でのＴＭ偏光の帰還が最大となり、出力光２３、
２４はＴＭ偏光の光となる。
【００６３】図８に本実施例での発振光の偏波モード
（ＴＥまたはＴＭ）と注入電流の関係を示した。本構成
は対称な構成ではない（第１の領域４５１と第２の領域
４５２で回折格子４１１の結合係数の偏光依存性が異な
る）ので、２つの電極４０８、４０９へ注入する電流量
Ｉ1、Ｉ2を２軸とするグラフ上で、図８の様に出力光の
偏光状態が２つに分離される。上で説明した動作は、例
えば、図８のａ点からｂ点へ移る動作である。尚、本実
施例では、図８の破線で示す様に、均一な電流注入状態
（Ｉ１＝Ｉ２）ではＴＭモード発振となる様に設計され
ている。
【００６４】尚、本実施例では、第１の領域４５１と第
２の領域４５２とで回折格子４１１の結合係数の偏光依
存性が異なるので動作時のＴＥモードとＴＭモードの光
強度分布の相違の様態も第１の領域４５１と第２の領域
４５２とで異なると言い得て、第１実施例で述べたのと
逆に、第１実施例などで説明した作動方法によっても発
振偏波モードの切り換えを行なうことができる。
【００６５】第５の実施例 本発明の第５の実施例を図９に示した。同図は第４実施
例の図５に相当するものである。図５の符号と同符号で
示すものは実質的に同じものであることを示す。本実施
例では第１の領域５６１と第２の領域５６２のぞれぞれ
において、λ／４位相シフト５５０、５１が回折格子５
１１に形成してある。本実施例では、第１の領域５６１
と第２の領域５６２の下の回折格子５１１の帰還作用を
次の様に設定してある。即ち、第２の領域５６２ではＴ
Ｍ偏波に対する帰還量がＴＥ偏波より大きく倍程度で、
第１の領域５６１のＴＥ偏波の帰還量は第２の領域５６
２のＴＥ偏波の帰還量と同程度で、第１の領域５６１の
ＴＭ偏波の帰還量はＴＥ偏波に比較して大幅に小さい量
となっている（図１０参照）。これらの大小関係は、第
２クラッド層４０４の材料と上側のＳＣＨ層４３３ａと
４３３ｂの材料と歪み量の選択により第１の領域５６１
と第２の領域５６２での両層４０４、４３３間のＴＥ偏
波とＴＭ偏波に対する屈折率差を夫々適当に設定するこ
とで達成される。上記の様な構成の作製は第４実施例の
作製方法に準じて行なえばよい。
【００６６】第４実施例の図６に対応するＡＳＥスペク
トルの図を図１０に示した。本実施例の場合、λ／４位
相シフト５５０、５５１が形成されているのでストップ
バンドは消滅して各モードのＡＳＥ成分ピークは１つず
つである。
【００６７】本実施例の動作は、次の様である。第１の
領域５６１と第２の領域５６２へしきい値以上の電流を
注入した場合で第１の領域５６１と第２の領域５６２の
何れの偏波モードのブラッグ波長も一致していない場合
は、第２の領域５６２のＴＭ偏波に相当する波長でＴＭ
偏波の発振光が得られる。また、第１の領域５６１と第
２の領域５６２へ注入する電流を適当に調整して第１の
領域５６１と第２の領域５６２のＴＥ偏波に対するブラ
ッグ波長を一致させた場合は、ＴＥ偏波の発振光が得ら
れる。
【００６８】第４実施例の図８に相当する図を図１１に
示した。本実施例では、第１の領域５６１へ注入する電
流を増加すると第１の領域５６１と第２の領域５６２の
ＴＥ偏波のブラッグ波長が一致した状態から外れるので
再び単一波長のＴＭ偏波で発振する領域が生じる。これ
は、例えば、図１１のｃ点からｄ点へ移る動作である。
【００６９】第６の実施例 本発明による光通信用光源の駆動方法を用いて、光伝送
を行なった第６の実施例を図１２に沿って説明する。
【００７０】図１２において、６０１は、偏波切り換え
による変調を行なう本発明の光通信用光源である。偏波
変調されたこの光源６０１から出射された光を、偏光板
６０４（これにより偏波変調信号が強度変調信号に変換
される）を通してシングルモードファイバ６０２に結合
させ、伝送する。光ファイバ６０２を伝送した強度変調
信号光は、受信装置において、光フィルタ６０３によっ
て所望の波長の光が選択分波され、光検出器６０５によ
ってディジタル信号が復調される。ここで、フィルタ６
０３としてはチューナブル・ファイバ・ファブリペロ・
フィルタを用いた。１つの波長の光のみが光ファイバ６
０２を伝送されるときは、フィルタ６０３は不要であ
る。波長多重光が光ファイバ６０２を伝送されるとき
に、フィルタ６０３が有用になる。
【００７１】ここでは、光源６０１と受信装置を１つず
つしか記載していないが、光カプラなどで幾つかの光源
あるいは受信装置をつなげて伝送してもよい。本発明の
光通信用光源により簡便で性能の良い波長多重光通信な
どが実現される。
【００７２】第７の実施例 図１３に本発明の半導体レーザを含む第７の実施例を示
した。図１３において、７４０は光送信機、７４１は上
記実施例に示した本発明の半導体レーザ、７４２は偏光
選択手段、７４３は半導体レーザ７４１の制御装置、７
４５は制御装置７４３への電気信号、７４６は制御装置
７４３から半導体レーザ７４１への制御ないし駆動信
号、７４７は半導体レーザ７４１の光出力、７４８は光
信号である。
【００７３】偏光選択手段７４２としては、偏光子や偏
光ビームスプリッタなどを用いることができる。半導体
レーザ７４１と偏光選択手段７４２の間には光学的結合
手段を用いてもよい。また、偏光選択手段７４２から出
力される光信号７４８を光ファイバ等に結合する為に
も、レンズ等を用いた光学的結合手段を用いてもよい。
【００７４】本実施例では、光送信機７４０に入力され
た電気信号７４５を受けた制御装置７４３が、半導体レ
ーザ７４１を駆動すべく、電気信号７４５に対応した駆
動信号７４６を半導体レーザ７４１に与える。制御装置
７４３からの駆動信号７４６を得た半導体レーザ７４１
は、駆動信号７４６により光出力７４７の偏光状態をＴ
ＥモードとＴＭモードの間で切り換える。偏光選択手段
７４２を用いることにより、ＴＥモードとＴＭモードの
間で切り換わる光出力７４７から、どちらか一方の偏光
状態の光としての光信号７４８を得る。どちらか一方の
偏光状態で強度変調された光信号７４８は電気信号７４
５に対応した信号となっている。
【００７５】光信号７４８は電気信号７４５と同じ波形
のものでもよいし、適当な変換により符号化を行なって
もよい。この場合、制御装置７４３でこの変換を行なう
ことができる。
【００７６】第８の実施例 図１４に、本発明による半導体レーザを波長多重光ＬＡ
Ｎシステムに応用する場合の各端末に接統される光−電
気変換部（ノード）の構成例を示し、図１５、図１６に
そのノード８０１を用いた光ＬＡＮシステムの構成例を
示す。外部に接続された光ファイバ８００を媒体として
光信号がノード８０１に取り込まれ、分岐部８０２によ
りその一部が波長可変光フィルタ等を備えた受信装置８
０３に入射する。この受信装置８０３により所望の波長
の光信号だけが取り出されて信号検波が行われる。この
検波結果は制御回路８１０で適当に処理されて電気信号
として端末に送られる。
【００７７】一方、ノード８０１から光信号を送信する
場合には、上記実施例の半導体レーザ８０４を端末から
の送信信号に従って制御回路８１１で適当な方法で駆動
し、これを偏波変調して、偏光板８０５（これにより偏
波変調信号が強度変調信号に変換される）を通して（更
にアイソレータを入れてもよい）出力光を合流部８０６
を介して光伝送路８００に入射せしめる。
【００７８】半導体レーザ及び波長可変光フィルタは、
２つ以上の複数設けて、波長可変範囲を広げることもで
きる。
【００７９】光ＬＡＮシステムのネットワークとして、
図１５に示すものはバス型であり、ＡおよびＢの方向に
ノード９０１〜９０５を接続しネットワーク化された多
数の端末及びセンタ９１１〜９１５を設置することがで
きる。ただし、多数のノードを接続するためには、光の
減衰を補償するために光増福器を伝送路８００上に直列
に配することが必要となる。また、各端末にノードを２
つ接続し伝送路を２本にすることで、ＤＱＤＢ（Distri
buted Queue Dual Bus）方式による双方向の伝送が可能
となる。また、ネットワークの方式として、図１５のＡ
とＢをつなげたループ型（図１６に示す）やスター型あ
るいはそれらを複合した形態等のものでもよい。ループ
型ネットワークを示す図１６において、８００は光伝送
路、９５１〜９５６はノード、９６１〜９６６は端末で
ある。
【００８０】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、偏
波モードの切り換えが生じる励起条件（電流注入条件）
を単純にすることができる。また、各領域へ注入する電
流量をそれ程大きく異なる様に制御する必要がないの
で、縦モードが複数個現れて発振することもない。
【００８１】また、本発明によれば、本発明のデバイス
の確実な駆動方法を実現できる。更に、本発明によれ
ば、上記構造の分布帰還型半導体レーザを有して大きな
消光比で変調可能な光源装置、上記構造の半導体レーザ
を用いた光伝送方法、上記光伝送方法用の光−電気変換
装置、上記光−電気変換装置を用いた光伝送システムを
実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施例による分布帰還型
半導体レーザの共振器軸方向の断面構成、導波路の屈折
率分布、導波路における光強度分布、動作説明を示す図
である。
【図２】図２は本発明の第２の実施例による分布帰還型
半導体レーザを示す共振器軸方向の断面図である。
【図３】図３は本発明の第３の実施例による分布帰還型
半導体レーザを示す共振器軸方向の断面図である。
【図４】図４は本発明の第４の実施例による分布帰還型
半導体レーザの構成を示す斜視図である。
【図５】図５は図４のＡ−Ａ’線に沿った断面図であ
る。
【図６】図６は図４の第４の実施例の動作を説明する為
の図である。
【図７】図７は本発明の素子の駆動法を示す図である。
【図８】図８は第４の実施例の発振偏光状態の特性を示
す図である。
【図９】図９は第５の実施例による分布帰還型半導体レ
ーザの構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第５の実施例の動作を説明
する為の図である。
【図１１】図１１は第５の実施例の発振偏光状態の特性
を示す図である。
【図１２】図１２は本発明による光伝送システムを示す
ブロック図である。
【図１３】図１３は本発明の素子を光送信機に適用した
構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は本発明の半導体光源装置を搭載した
光ノードを示す図である。
【図１５】図１５は本発明の半導体光源装置を波長分割
多重光伝送ネットワークに適用したときの説明図であ
る。
【図１６】図１６は本発明の半導体光源装置を他の波長
分割多重光伝送ネットワークに適用したときの説明図で
ある。
【図１７】図１７は従来例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２３、２４、７４７ 光出力 １０１、２０１、３０１、４０１ 基板（ｎ−ＩｎＰ
基板） １０１ａ、２０１ａ、３１５、４１１、５１１ 周期
的凹凸（回折格子） １０２、２０２、３０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイ
ド層 １０３、２０３、３０３ 多重量子井戸活性層ないし
活性層 １０４、２０４ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 １０５、２１２ 多重量子井戸光ガイド層 １０６、２Ｏ６、３０７、４０４ クラッド層（ｐ−
ＩｎＰクラッド層） １０７、２０７、３０８、４０５ コンタクト層（キ
ャップ層、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層） １１０、２１０、３１１、４５１、５６１ 第１の領
域 １１１、２１１、３１２、４５２、５６２ 第２の領
域 １２０、２２０、３２０、４１０ 分離溝 ２０５ 混晶化された多重量子井戸の光ガイド層 ３０４ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰの第１の光ガイド層 ３０５ 多重量子井戸の第１の光ガイド層 ３０６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰの第２の光ガイド層 ４０２ バッファ層兼第１クラッド層 ４０３ 活性層 ４０６ 埋め込み層 ４０７、４０８、４０９ 電極 ４３１、４３３ ＳＣＨ層 ４３２ 活性領域 ５５０、５５１ λ／４位相シフト ６０１、７４１、８０４ 光源（本発明の半導体レー
ザ） ６０２、８００ 光伝送路（光ファイバ） ６０３ フィルタ ６０４、８０５ 偏光子 ６０５ 光検出器 ７４０ 光送信機 ７４２ 偏光選択手段 ７４３ 制御装置 ７４５ 電気信号 ７４６ 制御信号 ７４７ 光出力 ７４８ 光信号 ８０１、９０１〜９０５、９５１〜９５６ ノード ８０２ 光分岐部 ８０３ 受信器 ８０６ 合流部 ８１０、８１１ 制御回路 ９１１〜９１５、９６１〜９６６ 端末
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/06 10/28 10/02

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】共振器の軸方向に独立に励起の可能な第１
    の領域と第２の領域を含む複数の領域を有する分布帰還
    型半導体レーザであって、共振器の軸方向に伸びる回折
    格子と活性層を有する導波路により異なる第１の偏波モ
    ードと第２の偏波モードが規定され、更に、動作時の共
    振器の軸方向の光強度分布が、第１の偏波モードと第２
    の偏波モードとで異なる様に導波路が構成されているこ
    とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
  2. 【請求項２】動作時の共振器の軸方向の光強度分布の第
    １の偏波モードと第２の偏波モードの間での異なり方
    が、第１の領域と第２の領域の間で異なる様に導波路が
    構成されていること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】第１の偏波モードでの発振時には第２の偏
    波モードの共振器軸方向の光強度分布が第１の領域で比
    較的強い分布を持ち、第２の偏波モードでの発振時には
    第１の偏波モードの共振器軸方向の光強度分布が第２の
    領域で比較的強い分布を持つ様に導波路が構成されてい
    ることを特徴とする請求項１または２記載の分布帰還型
    半導体レーザ。
  4. 【請求項４】第１の領域の導波路では第１の偏波モード
    光に対する結合係数が第２の偏波モード光に対する結合
    係数より大きく、第２の領域の導波路では第１の偏波モ
    ード光に対する結合係数が第２の偏波モード光に対する
    結合係数より小さくなる様に導波路が構成されているこ
    とを特徴とする請求項１、２または３記載の分布帰還型
    半導体レーザ。
  5. 【請求項５】第１の領域と第２の領域の間で、第１の偏
    波モードと第２の偏波モードに対するブラッグ波長間の
    波長差が異なり、第１の領域の第１の偏波モードと第２
    の偏波モードのいずれか一方に対して最小発振しきい値
    を示す波長と第２の領域の該いずれか一方の偏波モード
    に対して最小発振しきい値を示す波長が一致した状態の
    ときに、該一致した波長における発振しきい値利得が回
    折格子により生じる複数の共振モードの中で最も小さく
    なる様に導波路が構成されていることを特徴とする請求
    項１乃至４の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
  6. 【請求項６】第２の領域では、第２の偏波モードに対す
    る回折格子の結合係数が充分大きく第１の偏波モードに
    対する結合係数がほぼ０である様に導波路が構成されて
    いることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の
    分布帰還型半導体レーザ。
  7. 【請求項７】第１の領域の第２の偏波モードに対して最
    小発振しきい値を示す波長と第２の領域の第２の偏波モ
    ードに対して最小発振しきい値を示す波長が一致した状
    態のときに、該一致した波長における発振しきい値利得
    が回折格子により生じる複数の共振モードの中で最も小
    さく、そして第１の領域と第２の領域の第２の偏波モー
    ドに対する最小発振しきい値を示す波長が一致していな
    い状態では、第１の偏波モードに対する発振しきい値利
    得が最も小さくなる様に導波路が構成されていることを
    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】第１の領域と第２の領域の一方の領域の導
    波路にのみ多重量子井戸光ガイド層を設けることで、前
    記結合係数の大小関係を確立していることを特徴とする
    請求項４乃至７の何れかに記載の分布帰還型半導体レー
    ザ。
  9. 【請求項９】前記多重量子井戸光ガイド層は歪み多重量
    子井戸光ガイド層であることを特徴とする請求項８記載
    の分布帰還型半導体レーザ。
  10. 【請求項１０】第１の領域と第２の領域の導波路におい
    て共通に多重量子井戸光ガイド層を設け、第１の領域と
    第２の領域の一方の領域でのみ該多重量子井戸光ガイド
    層を混晶化させることで、前記結合係数の大小関係を確
    立していることを特徴とする請求項４乃至７の何れかに
    記載の分布帰還型半導体レーザ。
  11. 【請求項１１】第１の領域と第２の領域の一方の導波路
    ではバルク層に回折格子を設け、第１の領域と第２の領
    域の他方の導波路では多重量子井戸層に回折格子を設け
    ることで、前記結合係数の大小関係を確立していること
    を特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の分布帰還
    型半導体レーザ。
  12. 【請求項１２】第１の領域と第２の領域の少なくとも一
    方において、回折格子が界面に形成されている２つの異
    なる半導体層の少なくとも一方に引っ張り歪み量子井戸
    及び圧縮歪み量子井戸の少なくとも一方が用いられるこ
    とで、前記結合係数の大小関係を確立していることを特
    徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の分布帰還型半
    導体レーザ。
  13. 【請求項１３】前記歪み量子井戸は、誘導放出が生じる
    活性層以外に用いられていることを特徴とする請求項１
    ２記載の分布帰還型半導体レーザ。
  14. 【請求項１４】第１の領域と第２の領域の導波路におい
    て活性層は共通であり、該活性層は第１の偏波モード光
    と第２の偏波モード光に同程度の利得を与える様に構成
    されていること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】第１の領域と第２の領域の導波路に回折
    格子が均一に形成されていることを特徴とする請求項１
    乃至１４の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
  16. 【請求項１６】第１の領域と第２の領域の導波路の回折
    格子に夫々位相シフト部が形成されて各偏波モードに対
    して最小発振しきい値を示す波長がブラッグ波長になる
    こと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】第１の偏波モードがＴＥモードとＴＭモ
    ードの一方であり、第２の偏波モードがＴＥモードとＴ
    Ｍモードの他方である様に導波路が構成されていること
    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】第１の偏波モードで発振する請求項１乃
    至１７の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザに対し
    て、第１の偏波モードの光強度分布の小さい或は第１の
    偏波モードに対する結合係数の小さい領域への電流注入
    を相対的に増すことで、第２の偏波モードヘ偏波スイッ
    チングさせることを特徴とする半導体レーザの駆動方
    法。
  19. 【請求項１９】均一電流注入下で第１の偏波モードで発
    振させることを特徴とする請求項１８記載の半導体レー
    ザの駆動方法。
  20. 【請求項２０】第２の偏波モードヘ偏波スイッチングさ
    せ、第２の偏波モードで発振する請求項１乃至１７の何
    れかに記載の分布帰還型半導体レーザに対して、第２の
    偏波モードの光強度分布の小さい或は第２の偏波モード
    に対する結合係数の小さい領域への電流注入を相対的に
    増すことで、第１の偏波モードヘ偏波スイッチングさせ
    ることを特徴とする請求項１８または１９記載の半導体
    レーザの駆動方法。
  21. 【請求項２１】第１の偏波モードと第２の偏波モードの
    一方で発振する請求項１乃至１７の何れかに記載の分布
    帰還型半導体レーザに対して、第１の偏波モードと第２
    の偏波モードの他方に対する第１の領域と第２の領域で
    の最小発振しきい値を示す波長を一致させる様に第１の
    領域と第２の領域へ注入する電流を制御して該他方の偏
    波モードへ偏波スイッチングさせることを特徴とする半
    導体レーザの駆動方法。
  22. 【請求項２２】第１の偏波モードと第２の偏波モードの
    一方で発振する請求項１乃至１７の何れかに記載の分布
    帰還型半導体レーザに対して、該一方の偏波モードに対
    する第１の領域と第２の領域での最小発振しきい値を示
    す波長を異ならさせる様に第１の領域と第２の領域へ注
    入する電流を制御して第１の偏波モードと第２の偏波モ
    ードの他方へ偏波スイッチングさせることを特徴とする
    半導体レーザの駆動方法。
  23. 【請求項２３】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偏光選択手段からなり、該分布帰
    還型半導体レーザの偏波スイッチングによる変調を行っ
    てその出力端に偏光選択手段を配して一方の偏波モード
    の光のみを取り出すことを特徴とする半導体光源装置。
  24. 【請求項２４】請求項２３記載の半導体光源装置からの
    光を、光伝送路に接続して信号をのせて伝送させ、受信
    装置において強度変調された光信号として受信すること
    を特徴とする光伝送方法。
  25. 【請求項２５】請求項２３記載の半導体光源装置を複数
    用いて異なる波長の光を発生させ、一本の光伝送路に接
    続して複数の波長の光に信号をのせてそれぞれ伝送さ
    せ、受信装置において波長可変バンドパスフィルタを通
    して所望の波長の光にのせた信号のみを取り出して信号
    検波することを特徴とする波長分割多重光伝送方法。
  26. 【請求項２６】請求項２３記載の半導体光源装置と受信
    装置を１つにまとめ、請求項２４または２５の光伝送方
    法による光送受信を行なうことを特徴とする光−電気変
    換装置。
  27. 【請求項２７】請求項２３記載の半導体光源装置と受信
    装置を１つにまとめ、請求項２４または２５の光伝送方
    法による光送受信を行なう光−電気変換装置を用いたこ
    とを特徴とする光伝送システム。
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