特開 2021-114526 波長可変レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-114526(P2021-114526A)

(43)【公開日】2021年8月5日

(54)【発明の名称】波長可変レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/062 20060101AFI20210709BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20210709BHJP

   H01S 5/50 20060101ALI20210709BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/062

   H01S5/026 616

   H01S5/50 610

   H01S5/026 610

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2020-6046(P2020-6046)

(22)【出願日】2020年1月17日

(71)【出願人】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】甲斐田 憲明

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AB13

5F173AB17

5F173AB30

5F173AB50

5F173AD12

5F173AD30

5F173AF72

5F173AF80

5F173AG01

5F173AG22

5F173AH14

5F173AK12

5F173AK20

5F173AK21

5F173AL03

5F173AP71

5F173AR06

5F173AR23

5F173SA03

5F173SA06

5F173SA26

5F173SE01

5F173SE02

5F173SF33

5F173SF43

5F173SF50

5F173SG21

(57)【要約】

【課題】発光効率の改善が可能な波長可変レーザを提供する。
【解決手段】光の伝搬方向において利得領域と波長調整領域とが交互に配置され、設けられる導波路を具備し、前記光の伝搬方向における一方の端部に前記波長調整領域が位置する波長可変レーザ。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光の伝搬方向において利得領域と波長調整領域とが交互に配置され、設けられる導波路を具備し、
前記光の伝搬方向における一方の端部に前記波長調整領域が位置する波長可変レーザ。

【請求項2】

前記光の伝搬方向に沿って設けられる減衰器、変調器または増幅器を具備する請求項１に記載の波長可変レーザ。

【請求項3】

前記光の伝搬方向における他方の端部に前記減衰器、前記変調器または前記増幅器が位置する請求項２に記載の波長可変レーザ。

【請求項4】

前記利得領域と前記波長調整領域との並ぶ周期は１００μｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。

【請求項5】

前記利得領域は、活性層、前記活性層の上に設けられた第１コンタクト層、および前記第１コンタクト層の上面に接触する第１電極を含み、
前記波長調整領域は、波長調整層、前記波長調整層の上に設けられた第２コンタクト層、および前記第２コンタクト層の上面に接触する第２電極を含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は波長可変レーザに関するものである。

【背景技術】

【0002】

光学デバイスとしてレーザ発振に対する利得機能と波長調整機能とを備える波長可変レーザが知られている。例えば利得を有する領域と波長調整のための領域とをレーザ素子の中で交互に配置する（特許文献１など）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４−１４７６８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数の利得領域のうち一部が光の出力に寄与しないことにより、発光効率が低下することがある。そこで、発光効率の改善が可能な波長可変レーザを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係る波長可変レーザは、光の伝搬方向において利得領域と波長調整領域とが交互に配置され、設けられる導波路を具備し、前記光の伝搬方向における一方の端部に前記波長調整領域が位置するものである。

【発明の効果】

【0006】

上記開示によれば、発光効率の改善が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】図１Ａは実施例１に係る波長可変レーザを例示する平面図である。

【図1B】図１Ｂは波長可変レーザを例示する断面図である。

【図2】図２は利得領域および波長調整領域を拡大した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
本開示の一形態は、（１）光の伝搬方向において利得領域と波長調整領域とが交互に配置され、設けられる導波路を具備し、前記光の伝搬方向における一方の端部に前記波長調整領域が位置する波長可変レーザである。これにより発光効率が改善する。
（２）前記光の伝搬方向に沿って設けられる減衰器、変調器および増幅器を具備してもよい。波長可変レーザが集積型のレーザ素子として機能する。
（３）前記光の伝搬方向における他方の端部に前記増幅器が位置してもよい。増幅器から光が出射される。
（４）前記利得領域と前記波長調整領域との並ぶ周期は１００μｍ以下でもよい。これにより高い利得を得ることができ、また波長の調整が可能である。
（５）前記利得領域は、活性層、前記活性層の上に設けられた第１コンタクト層、および前記第１コンタクト層の上面に接触する第１電極を含み、前記波長調整領域は、波長調整層、前記波長調整層の上に設けられた第２コンタクト層、および前記第２コンタクト層の上面に接触する第２電極を含んでもよい。波長調整層は活性層に比べて光を吸収しにくいため、光の出力が増加する。

【0009】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る波長可変レーザの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【実施例1】

【0010】

図１Ａは実施例１に係る波長可変レーザ１００を例示する平面図であり、図１Ｂは波長可変レーザ１００を例示する断面図である。図２は利得領域１７および波長調整領域１８を拡大した断面図である。

【0011】

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、波長可変レーザ１００は波長可変光源１０、可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉｏｕｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）１２、変調器（ＭＯＤ：Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１４、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６を備える電界吸収型変調器集積レーザ（ＥＭＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）である。図１Ａに示すように波長可変光源１０、ＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６は光導波路１１を含み、光導波路１１の延伸方向に沿って順に並ぶ。

【0012】

波長可変光源１０は複数の利得領域１７および波長調整領域１８を含む。利得領域１７の数および波長調整領域１８の数はそれぞれ例えば７つである。複数の利得領域１７および複数の波長調整領域１８は光の伝搬方向に沿って交互に並ぶ。利得領域１７の活性層および波長調整領域１８の波長調整層２７などが光導波路１１を形成する。波長可変光源１０のＶＯＡ１２側の端部には利得領域１７が位置し、反対側の端部には波長調整領域１８が位置する。波長可変レーザ１００の一方の端部に波長調整領域１８が位置し、他方の端部にＳＯＡ１６が位置する。波長可変レーザ１００の端部に位置する波長調整領域１８の端面には不図示の反射防止膜を設けてもよい。

【0013】

図１Ｂに示すように、波長可変光源１０、ＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６において、基板２０の下面に電極３１が設けられ、基板２０の上面に下クラッド層２２が積層される。下クラッド層２２および上クラッド層２８は波長可変光源１０、ＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６にわたって延伸する。下クラッド層２２にはガリウムインジウム砒素リン（ＧａＩｎＡｓＰ）層２４が埋め込まれる。ＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６にわたって、光導波路１１の延伸方向に沿って延伸するＧａＩｎＡｓＰ層２４が設けられている。波長可変光源１０には、例えば所定の周期で設けられた複数のＧａＩｎＡｓＰ層２４が設けられている。ＧａＩｎＡｓＰ層２４は下クラッド層２２とは異なる屈折率を有する。波長可変光源１０に配置された複数のＧａＩｎＡｓＰ層２４と下クラッド層２２とが光導波路１１の延伸方向に沿って並ぶ部分は、回折格子２３（コルゲーション）として機能する。

【0014】

波長可変レーザ１００の表面は絶縁膜３８に覆われる。絶縁膜３８の複数の開口部からコンタクト層が露出し、後述のように電極は開口部から露出するコンタクト層に接触する。

【0015】

ＶＯＡ１２において、下クラッド層２２の上に吸収層４０、上クラッド層２８、コンタクト層４４および電極５０が順に積層されている。電極５０はコンタクト層４４の上面に接触する。ＭＯＤ１４において、下クラッド層２２の上に吸収層４０、上クラッド層２８、コンタクト層４６および電極５２が順に積層されている。電極５２はコンタクト層４６の上面に接触する。吸収層４０はＶＯＡ１２およびＭＯＤ１４にわたっている。ＳＯＡ１６において、下クラッド層２２の上に活性層４２、上クラッド層２８、コンタクト層４８および電極５４が順に積層されている。電極５４はコンタクト層４８の上面に接触する。ＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６にわたって１つのＧａＩｎＡｓＰ層２４が延伸する。

【0016】

図１Ｂおよび図２に示すように、利得領域１７において、下クラッド層２２の上に活性層２６、上クラッド層２８、（第１コンタクト層）および電極３２（第１電極）が順に積層されている。電極３２はコンタクト層３０の上面に接触する。波長調整領域１８において、下クラッド層２２の上に波長調整層２７、上クラッド層２８、コンタクト層３４（第２コンタクト層）および電極３６（第２電極）が順に積層されている。電極３６はコンタクト層３４の上面に接触する。波長可変光源１０においては、複数のＧａＩｎＡｓＰ層２４が互いに離間している。

【0017】

基板２０は例えばｎ型インジウムリン（ＩｎＰ）で形成された半導体基板である。下クラッド層２２は例えばｎ型ＩｎＰで形成されている。上クラッド層２８は例えばｐ型ＩｎＰで形成されている。活性層２６は、例えばＧａＩｎＡｓＰの井戸層とＧａＩｎＡｓＰのバリア層を有し、ＰＬ(Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ)波長１．５２７μｍのバンドギャップを有する多重歪み量子井戸である。波長調整層２７はＩｎＰに格子整合しＰＬ波長１．４２μｍでのバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓＰで形成されている。吸収層４０はＧａＩｎＡｓＰの井戸層とＧａＩｎＡｓＰのバリア層を有し、ＰＬ波長１．４７６μｍのバンドギャップを有する多重歪み量子井戸である。活性層４２は、ＧａＩｎＡｓＰの井戸層とＧａＩｎＡｓＰのバリア層を有し、ＰＬ波長１．５２７μｍのバンドギャップを有する多重歪み量子井戸である。活性層２６と波長調整層２７とは隣接する。吸収層４０と波長調整層２７および活性層４２とは隣接する。活性層２６、波長調整層２７、吸収層４０および活性層４２は同一の高さに位置し、光導波路１１を形成する。

【0018】

コンタクト層３０、３４、４４、４６および４８は例えばｐ型ＧａＩｎＡｓによって形成されている。絶縁膜３８は例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの絶縁体で形成されている。電極３１は例えば金（Ａｕ）などの金属で形成されたｎ型電極である。電極３２、３６、５０、５２および５４は例えばＡｕなどの金属で形成されたｐ型電極である。

【0019】

図２に示す光の伝搬方向における利得領域１７の長さＬ１、および波長調整領域１８の長さＬ２はそれぞれ例えば４０μｍである。利得領域１７と波長調整領域１８との配列の周期Ｔは８０μｍである。光の伝搬方向における、利得領域１７のコンタクト層３０の長さＬ３、および波長調整領域１８のコンタクト層３４の長さＬ４は例えば３０μｍである。これらのコンタクト層３０および３４の長さ（コンタクト長）は、光の伝搬方向における電極３２および３６の長さに等しい。光の伝搬方向におけるコンタクト層３０とコンタクト層３４との距離Ｄ１は例えば１０μｍである。距離Ｄ１は電極３２と電極３６との間の距離に等しい。電極３２の端部および電極３６の端部から、利得領域１７と波長調整領域１８との境界までの距離Ｄ２は例えば５μｍである。層の積層方向におけるコンタクト層３０と活性層２６との距離は、コンタクト層３４と波長調整層２７との距離に等しく、この距離Ｄ３は例えば１．６μｍなど、２μｍ以下である。

【0020】

活性層２６は利得を有し、電極３２からコンタクト層３０を通じて電流が注入されると、光を出射する。回折格子２３により所定の波長の光が選択される。電極３６からコンタクト層３４を通じて波長調整層２７に電流を注入し、波長調整層２７の屈折率を変化させることで、波長を調整する。この結果、波長可変光源１０は例えば１５３２ｎｍ以上、１５３６ｎｍ以下の範囲の波長の光を出射する。吸収層４０は、電極５０および５２から電流が注入されることで光を吸収する。活性層４２は利得を有し、電極５４から電流が注入されると光を増幅する。下クラッド層２２および上クラッド層２８は光導波路１１を上下から挟み、光を光導波路１１に閉じ込める。光導波路１１を伝搬する光はＳＯＡ１６の端面から、波長可変レーザ１００の外部に出射される。

【0021】

波長可変レーザ１００のＳＯＡ１６とは反対側の端部に利得領域１７が位置すると、当該利得領域１７はＶＯＡ１２側への光の出力に寄与しにくい。当該利得領域１７に注入される電流が発光に寄与しないことで、発光効率が低下してしまう。

【0022】

実施例１によれば、図１Ｂに示すように、波長可変レーザ１００の端部に波長調整領域１８が位置する。このため波長可変光源１０のすべての利得領域１７が光の出力に寄与する。したがって発光効率の改善が可能である。

【0023】

波長可変レーザ１００は、光の伝搬方向に沿って並ぶＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６を備える集積型のレーザ素子である。波長可変光源１０が出射する光の減衰、変調および増幅が可能である。波長可変レーザ１００は例えば１５３２ｎｍ〜１５３６ｎｍの波長で発振が可能であり、波長分割多重通信システムへの応用が可能である。なお、波長可変レーザ１００はＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６の少なくとも１つを有さずに、波長可変光源１０を有してもよい。

【0024】

波長可変レーザ１００の一方の端部に波長調整領域１８が位置し、他方の端部にはＳＯＡ１６が位置する。これにより発光効率が改善し、ＳＯＡ１６から光を出射することができる。波長調整領域１８とは反対側の端部には、ＶＯＡ１２またはＭＯＤ１４が配置されてもよい。

【0025】

周期Ｔは例えば１００μｍ以下とし、９０μｍ以下、８０μｍ以下などでもよい。これにより高い利得を得ることができ、かつ波長可変レーザ１００は例えば１５３２ｎｍ〜１５３６ｎｍの波長で発振が可能である。一例として周期Ｔを８０μｍ、コンタクト長Ｌ３およびＬ４を３０μｍとし、比Ｌ３／ＴおよびＬ４／Ｔを０．３７５とする。利得領域１７の数および波長調整領域１８の数は７以下でもよいし、７以上でもよい。

【0026】

利得領域１７は、活性層２６、コンタクト層３０、および電極３２を含む。波長調整領域１８は、波長調整層２７、コンタクト層３４、および電極３６を含む。

【0027】

以上、本開示の実施例について詳述したが、本開示は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0028】

１０ 波長可変光源
１１ 光導波路
１２ 可変光減衰器
１４ 変調器
１６ 半導体光増幅器
１７ 利得領域
１８ 波長調整領域
２０ 基板
２２ 下クラッド層
２３ 回折格子
２４ ＧａＩｎＡｓＰ層
２６、４２ 活性層
２７ 波長調整層
２８ 上クラッド層
３０、３４、４４、４６、４８ コンタクト層
３１、３２、３６、５０、５２、５４ 電極
３８ 絶縁膜
４０ 吸収層
１００ 波長可変レーザ

【図1A】

【図1B】

【図2】