JP2007019219A

JP2007019219A - Semiconductor laser

Info

Publication number: JP2007019219A
Application number: JP2005198480A
Authority: JP
Inventors: 和久 ▲高▼木; Kazuhisa Takagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】分布帰還型半導体レーザにおいて、光アイソレータを用いることなく、素子内部への戻り光の量を低減させる。
【解決手段】分布帰還型半導体レーザ（DFB-LD）において、レーザ光が放出される前端面２の反射率を１０〜３０％の範囲とする。また、InGaAsP活性層１の前端面２側の端部が、前端面２の垂線と斜めに交差した構造とする。
上記構造とすることにより、戻り光がDFB-LDの内部に入射する割合を、1/10〜1/30に低減させることができる。これにより、光アイソレータを用いることなく、戻り光の影響が小さいDFB-LDを得ることができる。
【選択図】図２
PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the amount of return light into an element without using an optical isolator in a distributed feedback semiconductor laser.
In a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD), the reflectance of a front end face 2 from which laser light is emitted is set in a range of 10 to 30%. Further, the end portion of the InGaAsP active layer 1 on the front end face 2 side has a structure that obliquely intersects the perpendicular of the front end face 2.
With the above structure, the ratio of the return light entering the DFB-LD can be reduced to 1/10 to 1/30. Thereby, it is possible to obtain a DFB-LD with less influence of return light without using an optical isolator.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は半導体レーザに関し、特に、光通信用の光源として用いられる分布帰還型半導体レーザに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly to a distributed feedback semiconductor laser used as a light source for optical communication.

分布帰還型半導体レーザ（以下、「DFB-LD」という）は、光通信用の光源として用いられている。DFB-LDの内部には光導波路が設けられ、そこでレーザ光が発生する。レーザ光は光導波路を進行し、光導波路の端部に設けられた前端面から外部に放出される。このレーザ光はレンズにより集光され、光ファイバにより伝送される。このとき、光ファイバの端部においてレーザ光が反射すると、その一部はDFB-LDの内部に戻ってくる。これは、戻り光と呼ばれている。
戻り光によりDFB-LDの内部の電界が乱されると、発振が不安定となりやすい。このため、DFB-LDと光ファイバとの間に光アイソレータを設け、戻り光の量を抑制していた（例えば、特許文献１参照）。 A distributed feedback semiconductor laser (hereinafter referred to as “DFB-LD”) is used as a light source for optical communication. An optical waveguide is provided inside the DFB-LD, where laser light is generated. The laser light travels through the optical waveguide and is emitted to the outside from the front end face provided at the end of the optical waveguide. This laser light is collected by a lens and transmitted by an optical fiber. At this time, when the laser beam is reflected at the end of the optical fiber, a part of it returns to the inside of the DFB-LD. This is called return light.
When the electric field inside the DFB-LD is disturbed by the return light, the oscillation tends to become unstable. For this reason, an optical isolator is provided between the DFB-LD and the optical fiber to suppress the amount of return light (see, for example, Patent Document 1).

特開２００３−１７９３０７号公報JP 2003-179307 A

上記従来のDFB-LDでは、戻り光の量を抑制するため、DFB-LDと光ファイバとの端部との間に光アイソレータを設ける必要があった。そうすると、部品点数が増え、コスト増加を招く。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、光アイソレータを設けることなく、戻り光の量を低減できる分布帰還型半導体レーザを得ることを目的とする。 In the conventional DFB-LD, it is necessary to provide an optical isolator between the DFB-LD and the end of the optical fiber in order to suppress the amount of return light. As a result, the number of parts increases, resulting in an increase in cost.
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a distributed feedback semiconductor laser capable of reducing the amount of return light without providing an optical isolator.

本発明に係る半導体レーザは、レーザ光が進行する光導波路と、前記光導波路に沿って設けられた回折格子と、前記光導波路の一方の端部と交差し、前記光導波路からレーザ光を放出する前端面と、前記光導波路の他方の端部と交差し、前記光導波路のレーザ光を反射する後端面とを備え、前記前端面の反射率が１０〜３０％であり、前記光導波路の一方の端部の接線と、前記前端面の垂線とのなす角度が７〜１３°の範囲であることを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。 The semiconductor laser according to the present invention emits laser light from the optical waveguide that intersects one end of the optical waveguide, a diffraction grating provided along the optical waveguide, and an optical waveguide through which the laser light travels. And a rear end surface that intersects the other end of the optical waveguide and reflects the laser light of the optical waveguide, the reflectance of the front end surface is 10 to 30%, An angle formed between a tangent line at one end and a perpendicular line to the front end surface is in a range of 7 to 13 °.
Other features of the present invention are described in detail below.

本発明によれば、光アイソレータを用いることなく、戻り光の量を低減できる分布帰還型半導体レーザを得ることができる。 According to the present invention, a distributed feedback semiconductor laser capable of reducing the amount of return light can be obtained without using an optical isolator.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

実施の形態１．
本実施の形態に係る分布帰還型レーザーダイオード（Distributed Feedback Laser Diode;以下、「DFB-LD」という）の外観図を図１（ａ）に示す。このDFB-LDは、InGaAsP活性層１を有している（この図では、DFB-LDの素子のうち、InGaAsP活性層１のみを示している）。InGaAsP活性層１は、DFB-LDの長手方向に沿って、DFB-LDの内部に設けられている。InGaAsP活性層１で、発振によりレーザ光が生成される。さらに、InGaAsP活性層１をレーザ光が進行する。すなわち、InGaAsP活性層１は、このDFB-LDの光導波路となっている。 Embodiment 1 FIG.
An external view of a distributed feedback laser diode (hereinafter referred to as “DFB-LD”) according to the present embodiment is shown in FIG. This DFB-LD has an InGaAsP active layer 1 (in this figure, only the InGaAsP active layer 1 is shown in the DFB-LD element). The InGaAsP active layer 1 is provided inside the DFB-LD along the longitudinal direction of the DFB-LD. In the InGaAsP active layer 1, laser light is generated by oscillation. Further, laser light travels through the InGaAsP active layer 1. That is, the InGaAsP active layer 1 is an optical waveguide of this DFB-LD.

InGaAsP活性層１の一方の端部は前端面２と斜めに交差し、他方の端部は後端面３と垂直に交差している。前端面２は、InGaAsP活性層１で生成されたレーザ光を放出する面である。これは、素子外部から見た場合の反射率が、１０〜３０％の範囲となる低反射膜である。この膜は、例えば、DFB-LDの発振波長（λ）の1/4の光学厚みを有するアルミナなどの金属酸化膜であり、蒸着やスパッタなどにより形成されたものである。後端面３は、DFB-LDの内部でレーザ光を反射する面であり、前端面２と対向する位置に設けられている。これは、反射率が８０％以上の高反射膜である。
InGaAsP活性層１で生成されたレーザ光は、前端面２から放出され、光ファイバ（図示しない）の端部に集光される。 One end of the InGaAsP active layer 1 obliquely intersects the front end face 2 and the other end intersects the rear end face 3 perpendicularly. The front end face 2 is a face that emits laser light generated by the InGaAsP active layer 1. This is a low reflection film having a reflectance in the range of 10 to 30% when viewed from the outside of the element. This film is, for example, a metal oxide film such as alumina having an optical thickness of 1/4 of the oscillation wavelength (λ) of the DFB-LD, and is formed by vapor deposition or sputtering. The rear end surface 3 is a surface that reflects laser light inside the DFB-LD, and is provided at a position facing the front end surface 2. This is a highly reflective film having a reflectance of 80% or more.
The laser beam generated in the InGaAsP active layer 1 is emitted from the front end face 2 and focused on the end of an optical fiber (not shown).

図１（ａ）のＢ方向から見た平面透視図を、図１（ｂ）に示す。このDFB-LDの素子は、p-InP基板４を用いて、前端面２と後端面３との間に形成されている。p-InP基板４の上に、ｐ-InPバッファ層５が積層されている。その上に、InGaAsP活性層１が設けられている。InGaAsP活性層１の上に、ｎ-InP光ガイド層６が積層されている。その上に、ｎ-InGaAsP回折格子７が所定の周期で形成されている。これを覆うようにｎ-InP埋込層８が形成され、その上にｎ-InPコンタクト層９、Ti/Au電極１０が積層されている。その上に、Auメッキ層１１が形成されている。p-InP基板４の裏面には、Ti/Au電極１２が設けられている。その裏面には、Auメッキ層１３が形成されている。 A plan perspective view seen from the direction B in FIG. 1A is shown in FIG. The DFB-LD element is formed between the front end face 2 and the rear end face 3 using a p-InP substrate 4. A p-InP buffer layer 5 is stacked on the p-InP substrate 4. On top of that, an InGaAsP active layer 1 is provided. An n-InP light guide layer 6 is laminated on the InGaAsP active layer 1. On top of this, the n-InGaAsP diffraction grating 7 is formed with a predetermined period. An n-InP buried layer 8 is formed so as to cover this, and an n-InP contact layer 9 and a Ti / Au electrode 10 are laminated thereon. On top of this, an Au plating layer 11 is formed. A Ti / Au electrode 12 is provided on the back surface of the p-InP substrate 4. An Au plating layer 13 is formed on the back surface.

図１（ａ）に示したＣ−Ｃ’方向の断面図を図１（ｃ）に示す。InGaAsP活性層１、n-InP光ガイド層６、ｎ-InGaAsP回折格子７、ｎ-InP埋込層８からなる積層膜の両側に、ｐ-InPブロック層１４、ｎ-InPブロック層１５、ｐ-InPブロック層１６が設けられている。また、ｎ-InPコンタクト層９の上の両端部で、ｎ-InPコンタクト層９とTi/Au電極１０との間に、所定幅のSiO₂絶縁膜１７が設けられている。 A cross-sectional view in the direction CC ′ shown in FIG. 1A is shown in FIG. A p-InP block layer 14, an n-InP block layer 15, p on both sides of a laminated film composed of an InGaAsP active layer 1, an n-InP light guide layer 6, an n-InGaAsP diffraction grating 7 and an n-InP buried layer 8. An -InP block layer 16 is provided. In addition, SiO ₂ insulating films 17 having a predetermined width are provided between the n-InP contact layer 9 and the Ti / Au electrode 10 at both ends on the n-InP contact layer 9.

図１（ａ）のＤ−Ｄ’方向の断面を上面から見た図を、図２に示す。InGaAsP活性層１の左端部は、前端面２と斜めに交差している。つまり、前端面２と斜めに交差する光導波路を設けた構造となっている。
上記構造とすることにより、DFB-LDの素子内部から見た前端面２での反射率を下げることができる。このとき、InGaAsP活性層１の前端面２側の端部の接線と、前端面２の垂線とのなす角度θ_１を７°以上の角度、例えば７°〜１３°程度とすることが好適である。これにより、InGaAsP活性層１の前端部２側の端部が前端面２と斜めに交差しない場合と比較して、素子内部から見た場合の反射率を１/１０程度に低減させることができる。 FIG. 2 shows a cross-sectional view in the DD ′ direction of FIG. The left end portion of the InGaAsP active layer 1 crosses the front end face 2 obliquely. That is, an optical waveguide that obliquely intersects the front end surface 2 is provided.
With the above structure, the reflectance at the front end face 2 viewed from the inside of the element of the DFB-LD can be lowered. At this time, it is preferable that an angle θ ₁ formed by a tangent to the end of the InGaAsP active layer 1 on the front end face 2 side and a perpendicular to the front end face 2 is 7 ° or more, for example, about 7 ° to 13 °. is there. Thereby, compared with the case where the end of the InGaAsP active layer 1 on the front end 2 side does not cross the front end surface 2 obliquely, the reflectance when viewed from the inside of the element can be reduced to about 1/10. .

また、前述したように、後端面３は、反射率が８０％以上の高反射膜とした。これにより、後端面３から放出されるレーザ光の損失を小さく抑えることができる。
さらに、前述したように、前端面２を素子外部から見た場合の反射率が、１０〜３０％の範囲となるようにした。これにより、従来のDFB-LD（前端面の反射率が１％以下）と比較して、戻り光がDFB-LDの内部に入射する割合を低減させることができる。 Further, as described above, the rear end face 3 is a highly reflective film having a reflectance of 80% or more. Thereby, the loss of the laser beam emitted from the rear end face 3 can be suppressed to a low level.
Further, as described above, the reflectance when the front end face 2 is viewed from the outside of the element is set in the range of 10 to 30%. Thereby, compared with the conventional DFB-LD (the reflectance of the front end face is 1% or less), the rate at which the return light is incident on the inside of the DFB-LD can be reduced.

上記構造とすることにより、従来のDFB-LD（前端面の反射率が１％以下）と比較して、戻り光がDFB-LDの内部に入射する割合を、1/10〜1/30に低減させることができる。これは、前端面２と光ファイバの先端部との間に、１０〜１５dbの光アイソレータを挿入した場合と同等の効果である。
即ち、上記構造とすることにより、光アイソレータを用いることなく、戻り光の影響が小さいDFB-LDを得ることができる。これにより、光通信用光源の低コスト化を図ることができる。 By adopting the above structure, compared with the conventional DFB-LD (the reflectance of the front end face is 1% or less), the ratio of the return light incident inside the DFB-LD is reduced to 1/10 to 1/30. Can be reduced. This is the same effect as when a 10 to 15 db optical isolator is inserted between the front end face 2 and the tip of the optical fiber.
That is, with the above structure, it is possible to obtain a DFB-LD having a small influence of return light without using an optical isolator. Thereby, cost reduction of the light source for optical communications can be achieved.

実施の形態２．
本実施の形態に係るDFB-LDの断面構造を図３に示す。ここでは、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
実施の形態１に示したｎ-InGaAsP回折格子７（図１（ｂ）参照）は、周期的に配列されている。これに対して、本実施の形態では図３に示すように、ｎ-InGaAsP回折格子７の位相をシフトさせた領域（以下、「位相シフト領域」という）１８を設けた構造とする。例えば、位相シフト領域１８において、DFB-LDの発振波長（λ）の1/4だけシフトさせた構造とする。さらに、後端面３の反射率は、１０％以下とする。その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、図示および説明を省略する。 Embodiment 2. FIG.
A cross-sectional structure of the DFB-LD according to this embodiment is shown in FIG. Here, the configuration different from that of the first embodiment will be mainly described.
The n-InGaAsP diffraction grating 7 (see FIG. 1B) shown in the first embodiment is periodically arranged. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the n-InGaAsP diffraction grating 7 is provided with a region (hereinafter referred to as “phase shift region”) 18 in which the phase is shifted. For example, in the phase shift region 18, the structure is shifted by 1/4 of the oscillation wavelength (λ) of the DFB-LD. Furthermore, the reflectance of the rear end face 3 is set to 10% or less. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, illustration and description thereof are omitted.

上記構造とすることにより、実施の形態１で示した効果（戻り光を低減する効果）に加えて、単一軸モードの発振歩留まりを向上させることができる。 With the above structure, in addition to the effect shown in the first embodiment (the effect of reducing the return light), the oscillation yield in the single axis mode can be improved.

実施の形態３．
本実施の形態に係るDFB−LDの断面構造を図４に示す。ここでは、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
実施の形態１に示したInGaAsP活性層１の後端面３側の端部（図１（ｂ）参照）は、後端面３と垂直に交差した構造とした。これに対して、本実施の形態では図４に示すように、InGaAsP活性層１の後端面３側の端部が、後端面３と斜めに交差した構造とする。つまり、InGaAsP活性層１の前端面２側の端部が前端面２と斜めに交差し、且つ、後端面３側の端部が後端面３と斜めに交差した構造とする。さらに、後端面３を素子外部から見た場合の反射率を、１０〜３０％の範囲となるようにする。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 shows a cross-sectional structure of the DFB-LD according to this embodiment. Here, the configuration different from that of the first embodiment will be mainly described.
The end portion (see FIG. 1B) on the rear end face 3 side of the InGaAsP active layer 1 shown in the first embodiment has a structure perpendicular to the rear end face 3. In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the rear end face 3 side end portion of the InGaAsP active layer 1 has a structure that obliquely intersects the rear end face 3. That is, the end portion of the InGaAsP active layer 1 on the front end surface 2 side obliquely intersects with the front end surface 2 and the end portion on the rear end surface 3 side obliquely intersects with the rear end surface 3. Further, the reflectance when the rear end face 3 is viewed from the outside of the element is set to be in a range of 10 to 30%.

上記構造とすることにより、DFB-LDの素子内部から見た後端面３での反射率を下げることができる。このとき、InGaAsP活性層１の後端面３側の端部の接線と、後端面３の垂線とのなす角度θ_２を７°以上の角度、例えば７°〜１３°程度とすることが好適である。これにより、InGaAsP活性層１が後端面３と斜めに交差しない場合と比較して、素子内部から見た場合の反射率を低減させることができる。
これにより、実施の形態１で示した効果（戻り光を低減する効果）に加えて、単一軸モードの発振歩留まりを向上させることができる。 With the above structure, the reflectance at the rear end face 3 viewed from the inside of the DFB-LD element can be lowered. In this case, the tangent of the end portion of the rear face 3 side of the InGaAsP active layer 1, the angle theta ₂ to 7 ° over an angle of the normal of the rear end face 3, preferably be, for example, 7 ° to 13 ° about is there. Thereby, compared with the case where the InGaAsP active layer 1 does not cross the rear end face 3 obliquely, the reflectance when viewed from the inside of the element can be reduced.
Thereby, in addition to the effect shown in Embodiment 1 (the effect of reducing the return light), the oscillation yield of the single axis mode can be improved.

実施の形態１に係る分布帰還型レーザーダイオードを示す図。FIG. 3 shows a distributed feedback laser diode according to the first embodiment. 実施の形態１に係る分布帰還型レーザーダイオードを示す図。FIG. 3 shows a distributed feedback laser diode according to the first embodiment. 実施の形態２に係る分布帰還型レーザーダイオードを示す図。FIG. 5 shows a distributed feedback laser diode according to a second embodiment. 実施の形態３に係る分布帰還型レーザーダイオードを示す図。FIG. 6 shows a distributed feedback laser diode according to a third embodiment.

Explanation of symbols

１ InGaAsP活性層、２前端面、３後端面、４ p-InP基板、５ｐ-InPバッファ層、６ｎ-InP光ガイド層、７ｎ-InGaAsP回折格子、８ｎ-InP埋込層、９ｎ-InPコンタクト層、１０ Ti/Au電極、１１ Auメッキ層、１２ Ti/Au電極、１３ Auメッキ層、１４ｐ-InPブロック層、１５ｎ-InPブロック層、１６ｐ-InPブロック層、１７ SiO₂絶縁膜、１８位相シフト領域。 1 InGaAsP active layer, 2 front end face, 3 rear end face, 4 p-InP substrate, 5 p-InP buffer layer, 6 n-InP light guide layer, 7 n-InGaAsP diffraction grating, 8 n-InP buried layer, 9 n-InP contact layer, 10 Ti / Au electrode, 11 Au plated layer, 12 Ti / Au electrode, 13 Au plated layer, 14 p-InP block layer, 15 n-InP block layer, 16 p-InP block layer, 17 SiO ₂ insulating film, 18 phase shift region.

Claims

An optical waveguide through which laser light travels;
A diffraction grating provided along the optical waveguide;
A front end surface that intersects one end of the optical waveguide and emits laser light from the optical waveguide;
A rear end surface that intersects the other end of the optical waveguide and reflects the laser light of the optical waveguide;
The distribution is characterized in that the reflectance of the front end face is 10 to 30%, and the angle formed between the tangent at one end of the optical waveguide and the perpendicular of the front end face is in the range of 7 to 13 °. Feedback semiconductor laser.

2. The distributed feedback semiconductor laser according to claim 1, wherein a reflectance of the rear end face is 80% or more.

2. The distributed feedback semiconductor laser according to claim 1, wherein the diffraction grating is provided with a region where the phase of the array is shifted, and the reflectance of the rear end face is 10% or less.

The reflectivity of the rear end face is 10 to 30%, and an angle formed between a tangent to the other end of the optical waveguide and a perpendicular to the rear end face is in a range of 7 to 13 °. The distributed feedback semiconductor laser according to Item 1.