JPH05283806A - 選択的に設置された損失部を有する分布帰還型レーザーダイオード - Google Patents
選択的に設置された損失部を有する分布帰還型レーザーダイオードInfo
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- JPH05283806A JPH05283806A JP5008924A JP892493A JPH05283806A JP H05283806 A JPH05283806 A JP H05283806A JP 5008924 A JP5008924 A JP 5008924A JP 892493 A JP892493 A JP 892493A JP H05283806 A JPH05283806 A JP H05283806A
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
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- H01S5/0601—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region
- H01S5/0602—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region which is an umpumped part of the active layer
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06226—Modulation at ultra-high frequencies
Abstract
(57)【要約】
【目的】 しきい値ゲイン変調深さの増加を得る。
【構成】 ＤＦＢレーザーダイオード１０は、キャッピ
ング層２４上に設けられたパターン型の導電層（金属の
オーミックコンタクト）２８を含む。この導電層２８
は、キャッピング層２４の縦方向に沿い、小さな損失部
３０を有している。 【効果】 選択的に設置された損失部３０によりしきい
値ゲイン変調深さが増加する。
ング層２４上に設けられたパターン型の導電層（金属の
オーミックコンタクト）２８を含む。この導電層２８
は、キャッピング層２４の縦方向に沿い、小さな損失部
３０を有している。 【効果】 選択的に設置された損失部３０によりしきい
値ゲイン変調深さが増加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、分布帰還型レーザーダ
イオードに関する。
イオードに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】レーザ
ーは、しきい値ゲインの合計が最小となる波長で動作す
る。一方、半導体レーザーダイオードの周波数は、数度
程度の非常に狭い温度範囲でのみ、ある特定の波長で安
定する。この不安定性の原因は、多数の隣接する縦モー
ドが全て、ほぼ同じしきい値ゲインを有するためであ
る。この問題を回避するために、特定波長で縦モード発
振しやすいレーザーダイオードが開発されている。この
ようなタイプのレーザーダイオードは、一般に、周波数
安定型レーザー（ＦＳＬ）ダイオードと呼ばれている。
ＦＳＬダイオードには大きく分け２種類の型がある。す
なわち、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーダイオード及び
分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザーダイオードが
ある。前者は、“GaAs-AlGaAs distributed-feedback d
iode lasers with separate optical and carrier conf
inment”、K.Aiki et al. 、Appl.Phys.Lett. 、vol.2
7、pp.145-146、1975に開示されており、後者は、“Lar
ge-optical-cavity GaAs-(GaAl)As injection laser wi
th low-loss distributed Bragg reflectors ”、H.Nam
ikaji、M.K.Shams 、S.Wang、Appl.Phys.Lett. 、vol.3
1、pp.122-124、1977に開示されている。これらレーザ
ーダイオードの基本的動作原理は、図１に示されるブラ
ッグ波長λB に隣接した非常に狭帯域の波長（ＤＦＢモ
ード）について、ファブリペローモードの端面ミラーに
よる他に、縦方向に屈折率を周期的に変化させることに
より、光フィードバックを行う点にある。ファブリペロ
ーモードのみを有する通常の半導体レーザーダイオード
では、しきい値ゲインは隣接する波長に関してはほぼ均
一である。一方、図１は、３次回折格子を有するＤＦＢ
レーザーダイオードの場合、最小しきい値ゲインを有す
るモードのゲインとそのモードに隣接するゲインとの間
にはほぼ１７％の差があることを示している。ＤＦＢレ
ーザーダイオードのしきい値ゲインは、典型的な半導体
レーザーダイオードと比べ、より大きい変調を有してい
る。このため、ＤＦＢレーザーダイオードの温度安定性
は、例えば５０゜Ｃ程度と、高くなる。温度安定性を向
上させるためには、しきい値の変調を増加させることが
必要である。変調の深さは、ファブリペローモードの損
失をＤＦＢモードに対し増大させることによっても、Ｄ
ＦＢモードの損失を選択的に減少させることによって
も、向上させることが可能である。前者のアプローチ
は、“Distributed-feedback injection laser with fu
ndamental grating ”、D.Anderson、R.August、J.Coke
r 、Applied Optics、vol.13、pp.2742-2744、1974に示
されている。ここでは、端面ファセットミラーがソーイ
ングによって互いに傾けられている。ソーイングによ
り、ファセットは傷つけられる。これにより、しきい値
ゲインの変調深さを実質的に増加させている。しかしな
がら、このアプローチは、製造の面からは支持できるも
のではない。これは、光共振器の部分破損に伴いレーザ
ーの寿命がかなり縮まり、しきい値電流が大きくなるか
らである。ファブリペロー損失を増加させる方法として
は、他の方法もある。この方法は、端面ミラーに無反射
コーティングを塗布する方法である。しかしながら、こ
の方法には、ＴＥ−ＤＦＢモードとＴＭ−ＤＦＢモード
との間に競合を発生させ、多モードレーザーダイオード
発振が生じるという欠点がある。また、後者、すなわち
選択的にＤＦＢモードの損失を減少させる方法は、典型
的には回折格子の深さを増加させることによって、すな
わち、レーザーダイオードの縦方向の長さに沿って屈折
率をより大きく変化させることによって、得られる。こ
の方法も、また、同じ回折格子の深さの再現性が低く、
出力ビームの非対称性が増加する等の問題を有してい
る。
ーは、しきい値ゲインの合計が最小となる波長で動作す
る。一方、半導体レーザーダイオードの周波数は、数度
程度の非常に狭い温度範囲でのみ、ある特定の波長で安
定する。この不安定性の原因は、多数の隣接する縦モー
ドが全て、ほぼ同じしきい値ゲインを有するためであ
る。この問題を回避するために、特定波長で縦モード発
振しやすいレーザーダイオードが開発されている。この
ようなタイプのレーザーダイオードは、一般に、周波数
安定型レーザー（ＦＳＬ）ダイオードと呼ばれている。
ＦＳＬダイオードには大きく分け２種類の型がある。す
なわち、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーダイオード及び
分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザーダイオードが
ある。前者は、“GaAs-AlGaAs distributed-feedback d
iode lasers with separate optical and carrier conf
inment”、K.Aiki et al. 、Appl.Phys.Lett. 、vol.2
7、pp.145-146、1975に開示されており、後者は、“Lar
ge-optical-cavity GaAs-(GaAl)As injection laser wi
th low-loss distributed Bragg reflectors ”、H.Nam
ikaji、M.K.Shams 、S.Wang、Appl.Phys.Lett. 、vol.3
1、pp.122-124、1977に開示されている。これらレーザ
ーダイオードの基本的動作原理は、図１に示されるブラ
ッグ波長λB に隣接した非常に狭帯域の波長（ＤＦＢモ
ード）について、ファブリペローモードの端面ミラーに
よる他に、縦方向に屈折率を周期的に変化させることに
より、光フィードバックを行う点にある。ファブリペロ
ーモードのみを有する通常の半導体レーザーダイオード
では、しきい値ゲインは隣接する波長に関してはほぼ均
一である。一方、図１は、３次回折格子を有するＤＦＢ
レーザーダイオードの場合、最小しきい値ゲインを有す
るモードのゲインとそのモードに隣接するゲインとの間
にはほぼ１７％の差があることを示している。ＤＦＢレ
ーザーダイオードのしきい値ゲインは、典型的な半導体
レーザーダイオードと比べ、より大きい変調を有してい
る。このため、ＤＦＢレーザーダイオードの温度安定性
は、例えば５０゜Ｃ程度と、高くなる。温度安定性を向
上させるためには、しきい値の変調を増加させることが
必要である。変調の深さは、ファブリペローモードの損
失をＤＦＢモードに対し増大させることによっても、Ｄ
ＦＢモードの損失を選択的に減少させることによって
も、向上させることが可能である。前者のアプローチ
は、“Distributed-feedback injection laser with fu
ndamental grating ”、D.Anderson、R.August、J.Coke
r 、Applied Optics、vol.13、pp.2742-2744、1974に示
されている。ここでは、端面ファセットミラーがソーイ
ングによって互いに傾けられている。ソーイングによ
り、ファセットは傷つけられる。これにより、しきい値
ゲインの変調深さを実質的に増加させている。しかしな
がら、このアプローチは、製造の面からは支持できるも
のではない。これは、光共振器の部分破損に伴いレーザ
ーの寿命がかなり縮まり、しきい値電流が大きくなるか
らである。ファブリペロー損失を増加させる方法として
は、他の方法もある。この方法は、端面ミラーに無反射
コーティングを塗布する方法である。しかしながら、こ
の方法には、ＴＥ−ＤＦＢモードとＴＭ−ＤＦＢモード
との間に競合を発生させ、多モードレーザーダイオード
発振が生じるという欠点がある。また、後者、すなわち
選択的にＤＦＢモードの損失を減少させる方法は、典型
的には回折格子の深さを増加させることによって、すな
わち、レーザーダイオードの縦方向の長さに沿って屈折
率をより大きく変化させることによって、得られる。こ
の方法も、また、同じ回折格子の深さの再現性が低く、
出力ビームの非対称性が増加する等の問題を有してい
る。
【０００３】本発明の目的は、上記２つの問題を解決す
る改良されたＤＦＢレーザーダイオードを提供すること
にある。
る改良されたＤＦＢレーザーダイオードを提供すること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段および作用】この目的は、
分布帰還型半導体レーザーダイオードによって達成され
るものである。本発明の分布帰還型半導体レーザーダイ
オードは、（ａ） 第１の導電型の半導体基板と、
（ｂ） 基板上に設けられ第１の導電型を有する下部ク
ラッド層と、（ｃ） 下部クラッド層上に形成された半
導体活性層と、（ｄ） 半導体活性層上に設けられ第２
の導電型を有する障壁層と、（ｅ） 障壁層上に設けら
れ第２の導電型を有する回折格子層と、（ｆ） 回折格
子層上に設けられ第２の導電型を有する上部クラッド層
と、（ｇ） 上部クラッド層の上に形成され第２の導電
型を有するキャッピング層と、（ｈ） 基板上に形成さ
れた導電層と、（ｉ） キャッピング層上に設けられた
パターン型導電層と、を備え、パターン型導電層が、微
小な縦方向セクションにおいてキャッピング層と電気接
触しないよう選択的に形成された損失部を有する。
分布帰還型半導体レーザーダイオードによって達成され
るものである。本発明の分布帰還型半導体レーザーダイ
オードは、（ａ） 第１の導電型の半導体基板と、
（ｂ） 基板上に設けられ第１の導電型を有する下部ク
ラッド層と、（ｃ） 下部クラッド層上に形成された半
導体活性層と、（ｄ） 半導体活性層上に設けられ第２
の導電型を有する障壁層と、（ｅ） 障壁層上に設けら
れ第２の導電型を有する回折格子層と、（ｆ） 回折格
子層上に設けられ第２の導電型を有する上部クラッド層
と、（ｇ） 上部クラッド層の上に形成され第２の導電
型を有するキャッピング層と、（ｈ） 基板上に形成さ
れた導電層と、（ｉ） キャッピング層上に設けられた
パターン型導電層と、を備え、パターン型導電層が、微
小な縦方向セクションにおいてキャッピング層と電気接
触しないよう選択的に形成された損失部を有する。
【０００５】本発明によれば、しきい値ゲインの変調
は、レーザーダイオード共振器に小さな（ポンピングさ
れない）損失部を選択的に組み込むことによって増加す
る。これは、ファブリペローモードの損失を大きくする
一方で、ＤＦＢモードの損失を小さくする。損失部の最
適な位置は、ＤＦＢモードの強度分布が最小の位置であ
る。図２は、計算により得られた相対的な強度分布を、
３次ＤＦＢ回折格子について、縦方向長さの関数として
示したものである。この図は、４００μｍのレーザーダ
イオード共振器での最小強度がほぼ３２０μｍの位置に
おいて得られることを示している。ファブリペローモー
ドのみを有する典型的な半導体レーザーダイオードの場
合、強度分布はレーザー共振器の全長にわたって０．９
という値でほぼ均一であることに留意されたい。５μｍ
の損失部を最小強度位置に配置した場合、しきい値ゲイ
ンの変調の計算値は１７％から４５％まで増加する。こ
れは、ほぼ３倍の改良である。なお、この計算は、０．
１μｍのＧａＡｓ活性層を仮定して行われている。この
種の活性層のポンピングしない吸収損の計算値は３００
０ｃｍ-1である。この改良は、従来の技術で用いられた
構成における欠点を、いずれも発生させることなく、行
える。
は、レーザーダイオード共振器に小さな（ポンピングさ
れない）損失部を選択的に組み込むことによって増加す
る。これは、ファブリペローモードの損失を大きくする
一方で、ＤＦＢモードの損失を小さくする。損失部の最
適な位置は、ＤＦＢモードの強度分布が最小の位置であ
る。図２は、計算により得られた相対的な強度分布を、
３次ＤＦＢ回折格子について、縦方向長さの関数として
示したものである。この図は、４００μｍのレーザーダ
イオード共振器での最小強度がほぼ３２０μｍの位置に
おいて得られることを示している。ファブリペローモー
ドのみを有する典型的な半導体レーザーダイオードの場
合、強度分布はレーザー共振器の全長にわたって０．９
という値でほぼ均一であることに留意されたい。５μｍ
の損失部を最小強度位置に配置した場合、しきい値ゲイ
ンの変調の計算値は１７％から４５％まで増加する。こ
れは、ほぼ３倍の改良である。なお、この計算は、０．
１μｍのＧａＡｓ活性層を仮定して行われている。この
種の活性層のポンピングしない吸収損の計算値は３００
０ｃｍ-1である。この改良は、従来の技術で用いられた
構成における欠点を、いずれも発生させることなく、行
える。
【０００６】
【実施例】以下、好ましい実施例により本発明を説明す
る。本発明のＤＦＢレーザーダイオードにおいては、そ
の縦方向の長さに沿って小さな損失部が選択的に組み込
まれる。これにより、ＤＦＢレーザーダイオードのしき
い値ゲインの変調深さが増加する。
る。本発明のＤＦＢレーザーダイオードにおいては、そ
の縦方向の長さに沿って小さな損失部が選択的に組み込
まれる。これにより、ＤＦＢレーザーダイオードのしき
い値ゲインの変調深さが増加する。
【０００７】図３には、本発明のＤＦＢレーザーダイオ
ードのある実施例が示されている。基板１２は、高密度
ドープされたｎ+ −ＧａＡｓである。一般には、基板は
ｎ+−ＧａＡｓとする必要はない。すなわち、基板の上
に残りの層をエピタキシャル成長させることが可能であ
る限り、基板は導電率の高い半導体素材のいずれかから
でも形成される可能性がある。ＤＦＢレーザーダイオー
ドの残りのセクションは、所定の厚み及びドーピング型
を有する一連の半導体層から形成されている。これらの
半導体層は、基板１２の上にエピタキシャル成長によっ
て配置されており、ＤＦＢレーザーダイオード１０の底
部及び上部には、それぞれ、金属のオーミックコンタク
ト２６及び２８が設置されている。この実施例では、端
面ファセットミラー３２又は３４のいずれか一方を介し
て光線を放出するよう、構成されているが、ＤＦＢレー
ザーダイオードの上部を介して放出する実施様態も可能
である。金属のオーミックコンタクト２８を介する光放
出は、キャッピング層２４上に金属蒸着しパターン形成
することによって得られる。そして、ＤＦＢレーザーダ
イオードの縦方向の長さは、典型的には、２００〜６０
０μｍである。本実施例においては４００μｍである。
ードのある実施例が示されている。基板１２は、高密度
ドープされたｎ+ −ＧａＡｓである。一般には、基板は
ｎ+−ＧａＡｓとする必要はない。すなわち、基板の上
に残りの層をエピタキシャル成長させることが可能であ
る限り、基板は導電率の高い半導体素材のいずれかから
でも形成される可能性がある。ＤＦＢレーザーダイオー
ドの残りのセクションは、所定の厚み及びドーピング型
を有する一連の半導体層から形成されている。これらの
半導体層は、基板１２の上にエピタキシャル成長によっ
て配置されており、ＤＦＢレーザーダイオード１０の底
部及び上部には、それぞれ、金属のオーミックコンタク
ト２６及び２８が設置されている。この実施例では、端
面ファセットミラー３２又は３４のいずれか一方を介し
て光線を放出するよう、構成されているが、ＤＦＢレー
ザーダイオードの上部を介して放出する実施様態も可能
である。金属のオーミックコンタクト２８を介する光放
出は、キャッピング層２４上に金属蒸着しパターン形成
することによって得られる。そして、ＤＦＢレーザーダ
イオードの縦方向の長さは、典型的には、２００〜６０
０μｍである。本実施例においては４００μｍである。
【０００８】公称厚み１．５μｍを有する下部クラッド
層１４は、ｎ+ −ＧａＡｓ基板１２上に成長させる。こ
の実施例においては、下部クラッド層１４はｎ−Ａｌ
0.35Ｇａ0.65Ａｓであるが、その他の組成及びドーパン
ト型のＡｌＧａＡｓも可能である。また、その素材が基
板の上にエピタキシャル成長させられる限り、その他の
半導体系からの素材から下部クラッド層１４を形成する
ことも可能である。下部クラッド層１４は、ＳｉやＳｎ
等の素材でｎ型にドーピングされており、その素材の濃
度は１０17〜１０19原子／ｃｍ3 、好ましい密度は５×
１０17原子／ｃｍ3 である。蒸着は、好ましくは、分子
線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）あるいは金属有機化学
蒸着（ＭＯＣＶＤ）であるが、従来において実行されて
いるように、制御された厚み及びドーピングのエピタキ
シャル層を完成するその他の多数の蒸着方法（例えば、
化学線エピタキシャル成長、液相エピタキシャル成長、
あるいは原子層エピタキシャル成長）も等しく用いう
る。
層１４は、ｎ+ −ＧａＡｓ基板１２上に成長させる。こ
の実施例においては、下部クラッド層１４はｎ−Ａｌ
0.35Ｇａ0.65Ａｓであるが、その他の組成及びドーパン
ト型のＡｌＧａＡｓも可能である。また、その素材が基
板の上にエピタキシャル成長させられる限り、その他の
半導体系からの素材から下部クラッド層１４を形成する
ことも可能である。下部クラッド層１４は、ＳｉやＳｎ
等の素材でｎ型にドーピングされており、その素材の濃
度は１０17〜１０19原子／ｃｍ3 、好ましい密度は５×
１０17原子／ｃｍ3 である。蒸着は、好ましくは、分子
線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）あるいは金属有機化学
蒸着（ＭＯＣＶＤ）であるが、従来において実行されて
いるように、制御された厚み及びドーピングのエピタキ
シャル層を完成するその他の多数の蒸着方法（例えば、
化学線エピタキシャル成長、液相エピタキシャル成長、
あるいは原子層エピタキシャル成長）も等しく用いう
る。
【０００９】活性層１６においては、光はそれぞれ下部
及び上部クラッド層から注入された電子及び正孔の再結
合の結果生じる。典型的には、活性層１６はＧａＡｓで
あり、１００〜２０００オングストロームの厚み、好ま
しくはオングストローム１０００（バルク）の厚みを有
しており、この活性層のバンドギャップは従来と同様ク
ラッド層のバンドギャップよりも小さくなるよう選択さ
れている。典型的には、公称活性層厚みはより小さくな
るよう選択されているが、損失部の効果を最大限にする
ためには大きい活性層厚みを利用することが好ましく、
その結果ポンピングされていない活性層吸収損をより大
きくすることができる。特筆すべきは、活性層はＧａＡ
ｓである必要はないことである。そのバンドギャップが
下部及び上部クラッド層の素材のバンドギャップよりも
小さくなるよう選択されたＩｎＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ
等の半導体素材からも形成しうる。また、従来において
実行されているように、単一の基板層の代わりに、活性
層のバンドギャップとクラッド層のバンドギャップとの
間にそのバンドギャップがあるようなコンファインメン
ト層によって囲まれた多数の量子井戸から構成しても良
い。活性層の好ましい成長方法も、また、ＭＢＥやＭＯ
ＣＶＤであるが、高い結晶品質を有するエピタキシャル
素材を成長させるその他の方法もまた受容可能である。
活性層のドーピングは典型的には０〜１０17ドーパント
原子／ｃｍ3 の範囲で行われ、好ましくは１０16原子／
ｃｍ3 であり、またいずれのドーパントタイプである可
能性もあるが好ましくはｎ型である。
及び上部クラッド層から注入された電子及び正孔の再結
合の結果生じる。典型的には、活性層１６はＧａＡｓで
あり、１００〜２０００オングストロームの厚み、好ま
しくはオングストローム１０００（バルク）の厚みを有
しており、この活性層のバンドギャップは従来と同様ク
ラッド層のバンドギャップよりも小さくなるよう選択さ
れている。典型的には、公称活性層厚みはより小さくな
るよう選択されているが、損失部の効果を最大限にする
ためには大きい活性層厚みを利用することが好ましく、
その結果ポンピングされていない活性層吸収損をより大
きくすることができる。特筆すべきは、活性層はＧａＡ
ｓである必要はないことである。そのバンドギャップが
下部及び上部クラッド層の素材のバンドギャップよりも
小さくなるよう選択されたＩｎＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ
等の半導体素材からも形成しうる。また、従来において
実行されているように、単一の基板層の代わりに、活性
層のバンドギャップとクラッド層のバンドギャップとの
間にそのバンドギャップがあるようなコンファインメン
ト層によって囲まれた多数の量子井戸から構成しても良
い。活性層の好ましい成長方法も、また、ＭＢＥやＭＯ
ＣＶＤであるが、高い結晶品質を有するエピタキシャル
素材を成長させるその他の方法もまた受容可能である。
活性層のドーピングは典型的には０〜１０17ドーパント
原子／ｃｍ3 の範囲で行われ、好ましくは１０16原子／
ｃｍ3 であり、またいずれのドーパントタイプである可
能性もあるが好ましくはｎ型である。
【００１０】活性層１６の上には障壁層１８が形成され
ており、この障壁層は典型的には回折格子層を活性層か
ら離すために用いられる。この実施例においては、障壁
層は０．２μｍのｐ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓである。障
壁層をエピタキシャル成長することが可能でありその層
のバンドギャップが活性層及び回折格子層のバンドギャ
ップよりも大きいものである限り、その他の組成及び素
材系が使用可能である。障壁層はＣ、Ｂｅ、Ｚｎ等の素
材でｐ型にドーピングされており、その濃度は１０17〜
１０19原子／ｃｍ3 、好ましい密度は１×１０17原子／
ｃｍ3 である。
ており、この障壁層は典型的には回折格子層を活性層か
ら離すために用いられる。この実施例においては、障壁
層は０．２μｍのｐ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓである。障
壁層をエピタキシャル成長することが可能でありその層
のバンドギャップが活性層及び回折格子層のバンドギャ
ップよりも大きいものである限り、その他の組成及び素
材系が使用可能である。障壁層はＣ、Ｂｅ、Ｚｎ等の素
材でｐ型にドーピングされており、その濃度は１０17〜
１０19原子／ｃｍ3 、好ましい密度は１×１０17原子／
ｃｍ3 である。
【００１１】障壁層１８の上には回折格子層２０が形成
されている。この実施例においては、回折格子層は０．
２５μｍのｐ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓであり、ここでは
回折格子層自体は３次であり０．０５μｍの深さを有し
ている。回折格子層をエピタキシャル成長することが可
能である限り、その他の組成及び素材系が使用可能であ
る。従来において周知であるように、低次回折格子、典
型的には２次あるいは３次回折格子は、フォトレジスト
上にホログラフィーにより形成し、続いてイオンミリン
グや湿式あるいは乾式化学エッチングが施される。
されている。この実施例においては、回折格子層は０．
２５μｍのｐ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓであり、ここでは
回折格子層自体は３次であり０．０５μｍの深さを有し
ている。回折格子層をエピタキシャル成長することが可
能である限り、その他の組成及び素材系が使用可能であ
る。従来において周知であるように、低次回折格子、典
型的には２次あるいは３次回折格子は、フォトレジスト
上にホログラフィーにより形成し、続いてイオンミリン
グや湿式あるいは乾式化学エッチングが施される。
【００１２】０．０５μｍの回折格子の深さによって、
κＬ結合係数はオーダー２となる。その他の回折格子オ
ーダー及び深さは前進伝搬波と後進伝搬波との間のフィ
ードバック量を修正するように用いられる可能性があ
る。周知のごとく、この回折格子層の形成は、発振にお
いて有効なレーザーダイオード共振器の長さに沿った屈
折率につながり、これにより、λB に隣接するモードに
対して有効な分布ミラーが提供される。このように、こ
れらのモードについて、モード反射率は分布ミラーによ
って決定されるが、端面ミラーによっては決定されな
い。このように、分布ミラーの反射率は端面ミラーの反
射率よりも大きくなるよう設計されている可能性があ
り、それによって図１に示したように、λB に隣接して
いるモードに対してしきい値ゲインを減ずる結果とな
る。
κＬ結合係数はオーダー２となる。その他の回折格子オ
ーダー及び深さは前進伝搬波と後進伝搬波との間のフィ
ードバック量を修正するように用いられる可能性があ
る。周知のごとく、この回折格子層の形成は、発振にお
いて有効なレーザーダイオード共振器の長さに沿った屈
折率につながり、これにより、λB に隣接するモードに
対して有効な分布ミラーが提供される。このように、こ
れらのモードについて、モード反射率は分布ミラーによ
って決定されるが、端面ミラーによっては決定されな
い。このように、分布ミラーの反射率は端面ミラーの反
射率よりも大きくなるよう設計されている可能性があ
り、それによって図１に示したように、λB に隣接して
いるモードに対してしきい値ゲインを減ずる結果とな
る。
【００１３】回折格子層２０の上には上部クラッド層２
２が形成されている。この好ましい実施様態の場合、こ
の上部クラッド層の組成はｐ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓで
あり、１．５μｍの厚みを有しておりそのドーピング密
度は２×１０17原子／ｃｍ3である。上部クラッド層を
エピタキシャル成長することが可能である限り、その他
の組成及び素材系が使用可能である。エッチングステッ
プに続いて上部クラッド層を回折格子の上に成長させ
て、そして欠陥のない過剰成長を得るために従来技術に
おいて周知の特殊技術を用いる必要がある。上部クラッ
ド層２２に続いてｐ−ＧａＡｓキャッピング層２４が形
成されており、このキャッピング層は典型的には０．１
〜０．３μｍであり、好ましくは０．２μｍである。Ｄ
ＦＢレーザーダイオードと電気接触するために、Ａｕ−
Ｇｅ−ＮｉやＡｕ−Ｃｒなどのオーミックコンタクト２
６及び２８はそれぞれ基板層及びキャッピング層の上に
形成されている。特筆すべきは、Ｚｎ拡散が用いられて
いるためオーミックコンタクト２８から上部クラッド層
２２への電気接触が提供されるならばキャッピング層も
またｎ型である可能性があるということである。
２が形成されている。この好ましい実施様態の場合、こ
の上部クラッド層の組成はｐ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓで
あり、１．５μｍの厚みを有しておりそのドーピング密
度は２×１０17原子／ｃｍ3である。上部クラッド層を
エピタキシャル成長することが可能である限り、その他
の組成及び素材系が使用可能である。エッチングステッ
プに続いて上部クラッド層を回折格子の上に成長させ
て、そして欠陥のない過剰成長を得るために従来技術に
おいて周知の特殊技術を用いる必要がある。上部クラッ
ド層２２に続いてｐ−ＧａＡｓキャッピング層２４が形
成されており、このキャッピング層は典型的には０．１
〜０．３μｍであり、好ましくは０．２μｍである。Ｄ
ＦＢレーザーダイオードと電気接触するために、Ａｕ−
Ｇｅ−ＮｉやＡｕ−Ｃｒなどのオーミックコンタクト２
６及び２８はそれぞれ基板層及びキャッピング層の上に
形成されている。特筆すべきは、Ｚｎ拡散が用いられて
いるためオーミックコンタクト２８から上部クラッド層
２２への電気接触が提供されるならばキャッピング層も
またｎ型である可能性があるということである。
【００１４】損失部３０は、ＤＦＢレーザーダイオード
の上面において縦方向に３２０μｍの位置で６μｍの長
さだけｐ−コンタクト２８を選択的に遮断することによ
って形成されている。損失部の位置及び幅はしきい値ゲ
イン変調深差を最大限にするように選択された。誘導放
射時の非常に速い再結合時間すなわち０．１ｐｓｅｃの
結果、損失部の端にあるキャリアは再結合する前に損失
部に〜０．４μｍ拡散することが可能である。その結
果、損失部の有効な幅は〜５μｍである。上述した損失
部の厚み及び位置に関する値は図３によって具現化され
た特定のＤＦＢレーザーダイオードにとっては最適なも
のであったので、その他のＤＦＢレーザーダイオードの
設計についてはこれらの値を修正することが重要であ
る。
の上面において縦方向に３２０μｍの位置で６μｍの長
さだけｐ−コンタクト２８を選択的に遮断することによ
って形成されている。損失部の位置及び幅はしきい値ゲ
イン変調深差を最大限にするように選択された。誘導放
射時の非常に速い再結合時間すなわち０．１ｐｓｅｃの
結果、損失部の端にあるキャリアは再結合する前に損失
部に〜０．４μｍ拡散することが可能である。その結
果、損失部の有効な幅は〜５μｍである。上述した損失
部の厚み及び位置に関する値は図３によって具現化され
た特定のＤＦＢレーザーダイオードにとっては最適なも
のであったので、その他のＤＦＢレーザーダイオードの
設計についてはこれらの値を修正することが重要であ
る。
【００１５】一般に、電子正孔分布及び光強度分布を活
性層に限定することによって半導体レーザーダイオード
は効果的に動作するものである。この横断方向の制限に
加えて、これらの分布を直交側面方向に制限することも
好ましい。これは、チャネル型基板プレーナ構造を基板
層及び下部クラッド層に形成するアプローチやリブ導波
管構造をキャッピング層及び上部クラッド層に形成する
アプローチなど、多数の異なる標準的なアプローチによ
って得られる可能性がある。前者のアプローチでは、下
部クラッド層を成長させる前に基板層にトレンチをエッ
チングする必要があり、後者のアプローチでは、キャッ
ピング層及び上部クラッド層を蒸着して次に金属蒸着す
る前にキャッピング層及び上部クラッド層にメサをエッ
チングする必要がある。この付加的な制限は主にしきい
値電流を小さくする。
性層に限定することによって半導体レーザーダイオード
は効果的に動作するものである。この横断方向の制限に
加えて、これらの分布を直交側面方向に制限することも
好ましい。これは、チャネル型基板プレーナ構造を基板
層及び下部クラッド層に形成するアプローチやリブ導波
管構造をキャッピング層及び上部クラッド層に形成する
アプローチなど、多数の異なる標準的なアプローチによ
って得られる可能性がある。前者のアプローチでは、下
部クラッド層を成長させる前に基板層にトレンチをエッ
チングする必要があり、後者のアプローチでは、キャッ
ピング層及び上部クラッド層を蒸着して次に金属蒸着す
る前にキャッピング層及び上部クラッド層にメサをエッ
チングする必要がある。この付加的な制限は主にしきい
値電流を小さくする。
【００１６】このように、本発明は、選択的に設置され
た損失部を用いてしきい値ゲイン変調深さの増加を得る
ようなＤＦＢレーザーダイオードを提供するものであ
る。この構造において選択的に設置された損失部を用い
ることによって、従来技術に関連するようなそれに付随
するレーザーダイオードの性能や製造性の劣化を招くこ
となく、ファブリペローモードとＤＦＢモードを効果的
に識別することが可能となった。より高い温度安定性を
有するＤＦＢレーザーダイオードを製造することが可能
であるため、しきい値ゲイン変調深さを増加させる能力
は非常に好ましい。
た損失部を用いてしきい値ゲイン変調深さの増加を得る
ようなＤＦＢレーザーダイオードを提供するものであ
る。この構造において選択的に設置された損失部を用い
ることによって、従来技術に関連するようなそれに付随
するレーザーダイオードの性能や製造性の劣化を招くこ
となく、ファブリペローモードとＤＦＢモードを効果的
に識別することが可能となった。より高い温度安定性を
有するＤＦＢレーザーダイオードを製造することが可能
であるため、しきい値ゲイン変調深さを増加させる能力
は非常に好ましい。
【００１７】本発明は、ある特定の好ましい実施様態に
特に言及することによって詳細に記述されたが、本発明
の精神及び請求の範囲を逸脱しない限りにおいて各種の
変更や修正が実行可能であることが理解される。
特に言及することによって詳細に記述されたが、本発明
の精神及び請求の範囲を逸脱しない限りにおいて各種の
変更や修正が実行可能であることが理解される。
【００１８】
【発明の効果】選択的に設置された損失部を用いること
によって、処理過程に最小の変化を加えただけで典型的
なＤＦＢレーザーダイオードのしきい値ゲイン変調深さ
において重要な改良を得ることが可能である。また、こ
の技術は、従来技術において用いられたいくつかの処理
過程とは異なり、レーザーダイオードの寿命に悪影響を
与えるものでもなく、またこの素子に特徴的な出力を本
質的に変更するものでもない。
によって、処理過程に最小の変化を加えただけで典型的
なＤＦＢレーザーダイオードのしきい値ゲイン変調深さ
において重要な改良を得ることが可能である。また、こ
の技術は、従来技術において用いられたいくつかの処理
過程とは異なり、レーザーダイオードの寿命に悪影響を
与えるものでもなく、またこの素子に特徴的な出力を本
質的に変更するものでもない。
【図１】従来のＤＦＢレーザーダイオードにおけるゲイ
ンを波長の関数として示すグラフである。
ンを波長の関数として示すグラフである。
【図２】図３に示される実施例における光の強度を距離
の関数として示すグラフである。
の関数として示すグラフである。
【図３】本発明の実施例を示す図である。
１０ ＤＦＢレーザーダイオード １２ 基板 １４ 下部クラッド層 １６ 活性層 １８ 障壁層 ２０ 回折格子層 ２２ 上部クラッド層 ２４ キャッピング層 ２６、２８ 金属のオーミックコンタクト ３０ 損失部 ３２、３４ 端面ミラー
Claims (8)
- 【請求項１】 （ａ） 第１の導電型を有する半導体基
板と、 （ｂ） 基板上に設けられ第１の導電型を有する下部ク
ラッド層と、 （ｃ） 下部クラッド層上に形成された半導体活性層
と、 （ｄ） 半導体活性層上に設けられ第２の導電型を有す
る障壁層と、 （ｅ） 障壁層上に設けられ第２の導電型を有する回折
格子層と、 （ｆ） 回折格子層上に設けられ第２の導電型を有する
上部クラッド層と、 （ｇ） 上部クラッド層上に形成され第２の導電型を有
するキャッピング層と、 （ｈ） 基板上に形成された導電層と、 （ｉ） キャッピング層の上に設けられたパターン型導
電層と、 を備え、 パターン型導電層が、微小な縦方向セクションにおいて
キャッピング層と電気接触しないよう選択的に形成され
た損失部を有することを特徴とする分布帰還型半導体レ
ーザーダイオード。 - 【請求項２】 請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ
ーダイオードにおいて、基板の導電率がｎ型又はｐ型で
あることを特徴とする分布帰還型半導体レーザーダイオ
ード。 - 【請求項３】 請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ
ーダイオードにおいて、キャッピング層がｎ型であり、
キャッピング層及び上部クラッド層にＺｎが拡散されて
いることを特徴とする分布帰還型半導体レーザーダイオ
ード。 - 【請求項４】 請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ
ーダイオードにおいて、下部クラッド層及び基板により
形成されたチャネル型基板プレーナ構造により、側面方
向がガイドされることを特徴とする分布帰還型半導体レ
ーザーダイオード。 - 【請求項５】 請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ
ーダイオードにおいて、キャッピング層及び上部クラッ
ド層により形成されたリブ導波管構造により、側面方向
がガイドされることを特徴とする分布帰還型半導体レー
ザーダイオード。 - 【請求項６】 請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ
ーダイオードにおいて、半導体がＡｌＧａＡｓであるこ
とを特徴とする分布帰還型半導体レーザーダイオード。 - 【請求項７】 請求項６記載の分布帰還型半導体レーザ
ーダイオードにおいて、半導体活性層がＩｎＧａＡｓ層
であることを特徴とする分布帰還型半導体レーザーダイ
オード。 - 【請求項８】 請求項５記載の分布帰還型半導体レーザ
ーダイオードにおいて、回折格子層及び障壁層が、半導
体活性層及び下部クラッド層に隣接して形成されたこと
を特徴とする分布帰還型半導体レーザーダイオード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/836,568 US5206877A (en) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Distributed feedback laser diodes with selectively placed lossy sections |
| US836568 | 1992-02-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283806A true JPH05283806A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=25272249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5008924A Pending JPH05283806A (ja) | 1992-02-18 | 1993-01-22 | 選択的に設置された損失部を有する分布帰還型レーザーダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5206877A (ja) |
| EP (1) | EP0556607B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05283806A (ja) |
| DE (1) | DE69304095T2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2770714B2 (ja) * | 1993-09-10 | 1998-07-02 | 日本電気株式会社 | 分布帰還型半導体レーザおよびその電流注入方法 |
| JP2590710B2 (ja) * | 1993-11-26 | 1997-03-12 | 日本電気株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| KR100265859B1 (ko) * | 1996-12-21 | 2000-09-15 | 정선종 | 전계방출 디스플레이용 발광입자 |
| GB2410124B (en) * | 2004-01-14 | 2006-08-02 | Agilent Technologies Inc | Semiconductor laser with grating structure for stabilizing the wavelength of optical radiation |
| WO2007059147A2 (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-24 | Applied Materials, Inc. | Semiconductor laser |
| DE102008054217A1 (de) * | 2008-10-31 | 2010-05-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips |
| US9093821B2 (en) * | 2013-12-11 | 2015-07-28 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Substrate-emitting transverse magnetic polarized laser employing a metal/semiconductor distributed feedback grating for symmetric-mode operation |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3686785T2 (de) * | 1985-06-10 | 1993-04-29 | Nec Corp | Halbleiterlaservorrichtung mit verteilter rueckkopplung. |
| JPS6317588A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-25 | Nec Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS6376391A (ja) * | 1986-09-18 | 1988-04-06 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置の製造方法 |
| JPS63265485A (ja) * | 1987-04-23 | 1988-11-01 | Sony Corp | 半導体レ−ザ |
| US4835779A (en) * | 1987-05-04 | 1989-05-30 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Method and apparatus for the operation of a distributed feedback laser |
| JP2673518B2 (ja) * | 1987-07-21 | 1997-11-05 | 東亞合成株式会社 | 塩水中の塩素酸塩の除去方法 |
| JP2533355B2 (ja) * | 1988-03-11 | 1996-09-11 | 国際電信電話株式会社 | 分布帰還形半導体レ―ザ装置およびその電流注入方法 |
| US4903275A (en) * | 1989-03-20 | 1990-02-20 | General Electric Company | Phase modulation semiconductor laser array |
| US5084894A (en) * | 1989-06-20 | 1992-01-28 | Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. | Optical semiconductor device |
-
1992
- 1992-02-18 US US07/836,568 patent/US5206877A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-01-22 JP JP5008924A patent/JPH05283806A/ja active Pending
- 1993-01-27 EP EP93101209A patent/EP0556607B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-01-27 DE DE69304095T patent/DE69304095T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69304095T2 (de) | 1997-03-13 |
| US5206877A (en) | 1993-04-27 |
| EP0556607A3 (en) | 1993-09-15 |
| EP0556607A2 (en) | 1993-08-25 |
| DE69304095D1 (de) | 1996-09-26 |
| EP0556607B1 (en) | 1996-08-21 |
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