DE10245544B4

DE10245544B4 - Distributed-Feedback-Laservorrichtung

Info

Publication number: DE10245544B4
Application number: DE10245544A
Authority: DE
Inventors: Yuichiro Okunuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Sonrai Memory Ltd Ie
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: KR100572745B1; US6912239B2; JP2003234540A; KR20030068373A; CN1438743A; JP4097950B2; TW557620B; US20030152126A1; DE10245544A1; CN1224146C

Abstract

DFB-(Distributed Feedback)-Laservorrichtung, die durch einen Laserresonator gebildet ist und die Deckschichten (18a, 18b) umfasst, die auf einem Halbleitersubstrat (1) vorgesehen und auf beiden Seiten einer aktiven Schicht (4) angeordnet sind, und die ferner ein Beugungsgitter (6, 16) umfasst, das Gitterstäbe aufweist, deren Brechungsindex von dem der Deckschichten verschieden ist und die derart in einer der Deckschichten angeordnet sind, dass sie sich senkrecht zu einer Lichtemissionsrichtung erstrecken, wobei sie in der Lichtemissionsrichtung einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen, und die Folgendes umfasst:
wenigstens eine Lichtverteilungssteuerschicht (2, 12, 12a, 12b), die in der Deckschicht und in einem Abstand von dem Beugungsgitter angeordnet ist, und die die gleiche Zusammensetzung wie das Beugungsgitter aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine DFB-(distributed feedback)-Laservorrichtung, die hauptsächlich zur Nachrichtenübertragung mit einem Lichtleiter verwendet wird.
Eine DFB-Laservorrichtung, die zur Nachrichtenübertragung mit einem Lichtleiter verwendet wird, weist in einem Hohlraum ein Beugungsgitter auf und oszilliert mit einer Oszillationswellenlänge, die der Gitterkonstanten des Beugungsgitters entspricht, wobei sie auch bei Hochgeschwindigkeitsmodulation stabil in einem vertikalen Einmode-Betrieb arbeitet. Daher wird die DFB-Laservorrichtung im allgemeinen zur Nachrichtenübertragung mit einem Lichtleiter über eine große Distanz oder mit einer hohen Bitrate eingesetzt. Einer der Parameter, der die Charakteristik der DFB-Laservorrichtung stark beeinflusst, ist der Strahlkopplungskoeffizient. Dieser Parameter hat nicht nur großen Einfluss auf die statischen Charakteristika wie etwa den Schwellenstrom und die "slope efficiency" der DFB-Laservorrichtung, sondern auch auf das Rauschen und die dynamischen Charakteristika.
Die 37, 38A und 38B zum Beispiel zeigen eine herkömmliche DFB-Laservorrichtung 120, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-114652 offenbart ist. Bei dieser DFB-Laservorrichtung 120 sind (1) eine n-leitende InP-Deckschicht 116, (2) InGaRsP-Lichtfangschichten 117 und 118, (3) eine aktive Schicht 119, (4) InGaRsP-Lichtfangschichten 120 und 121, (5) ein Beugungsgitter 106, (6) eine p-leitende InP-Deckschicht 122 und (7) eine p-leitende InGaAs-Kontaktschicht 123 sukzessive, in aufsteigender Reihenfolge auf einem n-leitenden InP-Substrat 115 gestapelt.
Die Lichtintensität eines Laserstrahls, der von der oszillierenden DFB-Laservorrichtung ausgestrahlt wird, weist einen Verlauf in Richtung der Dicke (38A) auf, der sich – wie es in 38B gezeigt ist – symmetrisch über die aktive Schicht 119 hinaus verbreitert. Wie in den 38A und 38B gezeigt, hängt die Lichtintensität stark von der Höhe h des Beugungsgitters 106, d.h. der Amplitude von Wellen, und dem Abstand H zwischen dem Beugungsgitter 106 und der aktiven Schicht 119 ab.
Die Höhe h des Beugungsgitters 106 verändert jedoch stark in Abhängigkeit von der Streuung der Ätztiefe bei der Bildung des Beugungsgitters 106 etc. Das Beugungsgitter 106 wird geätzt, indem ein kleiner Bereich von ca. 0,2 μm Breite geätzt wird. Daher streut die Ätzrate beträchtlich in der horizontalen Ebene bei gleichzeitiger Veränderung innerhalb eines Fertigungsschrittes, d.h. von einem Durchlauf zum nächsten. Folglich verändert der Strahlkopplungskoeffizient in Abhängigkeit von der Stärke der Streuung der Höhe h des Beugungsgitters 106. In der Praxis besteht zudem ein Einfluss aufgrund einer Streuung der Dicke beim Wachsen des Kristalls. wird zum Beispiel die Dicke der InGaAsP-Lichtfangschichten 120 und 121, 118 und 120 oder 117 und 121 erhöht, so nimmt der Abstand H zwischen dem Beugungsgitter 106 und der aktiven Schicht 119 zu. Um daher den Strahlkopplungskoeffizienten zu reduzieren, wird die das Beugungsgitter 106 überlappende Lichtintensität reduziert. Somit streut der Strahlkopplungskoeffizient in der in 37 gezeigten DFB-Laservorrichtung 120 stark aufgrund kleiner Veränderungen der Dicke bei der Fertigung oder Veränderungen des Brechungsindex als Folge von Unterschieden in der Zusammensetzung, und es ist schwierig, die DFB-Laservorrichtung 120 mit einer sehr guten Ausbeute herzustellen.
39 zeigt eine weitere herkömmliche DFB-Laservorrichtung 120, offenbart in Journal of Lichtwave Technology, Band 7 (1989), S.2072-2077, die zum Beispiel nicht von der genannten Streuung der Höhe h des Beugungsgitters abhängt. Bei dieser DFB-Laservorrichtung 120 sind (1) eine InP-Deck schicht 122a, (2) eine aktiven Schicht, (3) eine InP-Deckschicht 122b, (4) ein Beugungsgitter 106 und (5) eine InP-Deckschicht 122c sukzessive, in aufsteigender Reihenfolge, auf einem InP-Substrat 115 gestapelt. Der Strahlkopplungskoeffizient der in 39 gezeigten DFB-Laservorrichtung 120 wird von zwei Dicken, der Dicke d_InP (die Dicke der In-P-Deckschicht 122b) und der Dicke d_grating, dem Brechungsindex des Beugungsgitters 106 und der Form der Querschnittsfläche des Beugungsgitters 106 bestimmt. Wenn das Beugungsgitter 106 Gitterstäbe aufweist, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, so folgt, dass der Strahlkopplungskoeffizient nicht von der Ätztiefe abhängt. Demzufolge weist die DFB-Laservorrichtung 120 keinen Einflussfaktor auf, der der Höhe h des Beugungsgitters 106 entspricht, dem Haupteinflussfaktor der Streuung der in 37 gezeigten DFB-Laservorrichtung 120. Demzufolge ist die Streuung des Strahlkopplungskoeffizienten der in 39 gezeigten DFB-Laservorrichtung 120 kleiner als der der in 37 gezeigten DFB-Laservorrichtung 120.
Die Dicken und der Brechungsindex, die sich bei dem Schichtbildungsschritt ergeben, werden jedoch stark von der Streuung der Wachstumsraten in Schichtbildungsvorrichtungen, den Zusammensetzungen bei einer Schichtbildung und der Verteilung der Wachstumsraten und der Zusammensetzungen innerhalb einer Ebene, die für die Schichtbildungsvorrichtungen kennzeichnend sind. Der Strahlkopplungskoeffizient streut aufgrund der genannten Streuung innerhalb eines bestimmten Schichtwachstumsschritts und innerhalb der Waferebene.
In der nachfolgenden Beschreibung beinhaltet der Ausdruck "Schichtbildung" (g1) einen Fall, bei dem man eine epitaktische Schicht aufwachsen lässt, die die gleiche Kristallorientierung aufweist wie die darunterliegende Schicht, und (g2) einen Fall, bei dem man eine Kristallschicht oder eine amorphe Schicht aufwachsen lässt, ohne dabei auf eine Übereinstimmung der Kristallstrukturen zu achten. Der letzte Fall (g2) entspricht der Abscheidung einer polykristallinen Schicht oder dergleichen.
40 zeigt das Ergebnis von Berechnungen der Abweichung des Strahlkopplungskoeffizienten von einem Sollwert als Folge einer Veränderung der Dicke d_InP. 41 zeigt das Ergebnis von Berechnungen der Abweichung des Strahlkopplungskoeffizienten vom Sollwert als Folge einer Veränderung der Dicke d_grating 42 zeigt das Ergebnis von Berechnungen der Abweichung des Strahlkopplungskoeffizienten vom Sollwert als Folge einer Abweichung des Brechungsindex des Beugungsgitters. Aus diesen Berechnungsergebnissen geht hervor, dass der Strahlkopplungskoeffizient aufgrund einer Veränderung der Dicke um ±25% oder des Brechungsindex um ±1% um ±14 bis 25% verändert. Die Charakteristiken der herkömmlichen DFB-Laservorrichtung streuen aufgrund einer solchen Streung des Strahlkopplungskoeffizienten stark, wodurch eine Verbesserung der Herstellungsausbeute verhindert wird.

Aus der EP 104 38 18 A2 ist eine DFB-Laservorrichtung bekannt, die durch einen Laserresonator gebildet ist und die Deckschichten umfasst, die auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen und auf beiden Seiten einer aktiven Schicht angeordnet sind, und die ferner ein Beugungsgitter umfasst, das Gitterstäbe aufweist, deren Brechungsindex von dem der Deckschichten verschieden ist und die derart in einer der Deckschichten angeordnet sind, dass sie sich senkrecht zu einer Lichtemissionsrichtung erstrecken, wobei sie in der Lichtemissionsrichtung einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine DFB-Laservorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, die Herstellungsausbeute zu verbessern, indem der Strahlkopp lungskoeffizient konstant gehalten wird und insbesondere auch unabhängig von der Schichtherstellungsvorrichtung und der Position innerhalb einer Waferebene ist.

Die DFB-Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Laseroszillator, der Deckschichten umfasst, die auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen und auf beiden Seiten einer aktiven Schicht angeordnet sind, und die ein Beugungsgitter umfasst, das Gitterstäbe aufweist, deren Brechungsindex von dem der Deckschichten verschieden ist und die derart in einer der Deckschichten angeordnet sind, dass sie sich senkrecht zu einer Lichtemissionsrichtung er strecken, wobei sie in der Lichtemissionsrichtung einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen. Dieser Laseroszillator umfasst wenigstens eine Lichtverteilungssteuerschicht, die in der Deckschicht und in einem Abstand von dem Beugungsgitter angeordnet ist, und die die gleiche Zusammensetzung wie das Beugungsgitter aufweist.

Wird die Lichtverteilungssteuerschicht vor der Bildung des Beugungsgitters gebildet, so werden eine Schicht, die das Beugungsgitter bilden wird, sowie die Lichtverteilungssteuerschicht in derselben Schichtbildungsvorrichtung gebildet. In diesem Fall zeigen das Beugungsgitter und die Lichtverteilungssteuerschicht, die in der Schichtbildungsvorrichtung gebildet wurden, den gleichen Streuungsverlauf der Dicken und der Zusammensetzungen. Die Gitterstäbe des Beugungsgitters und die Lichtverteilungssteuerschicht weisen im Vergleich zu den Deckschichten oder dergleichen einen höheren Brechungsindex auf. Daher überlappen das elektrische Feld eines Lichts und das Beugungsgitter einander sehr stark, so dass sich der Strahlkopplungskoeffizient erhöht, wenn das Beugungsgitter dicht ausgebildet ist, ohne dass die Lichtverteilungssteuerschicht vorgesehen ist.

Die Lichtverteilungssteuerschicht, die in der Schichtbildungsvorrichtung gebildet wurde, streut jedoch in derselben Weise wie die Schicht, die des Beugungsgitter bilden wird, und nimmt daher in ihrer Dicke zu. Licht wird in einen Bereich mit hohem Brechungsindex abgelenkt. Daher ist Verteilung der Feldstärke des Lichts zu der Lichtverteilungssteuerschicht hin verschoben, deren Dicke vergrößert ist, und ist von dem Beugungsgitter weiter entfernt als vorgesehen. Daraus folgt, dass eine Zunahme/Abnahme des Strahlkopplungskoeffizienten ausgeglichen wird, und es wird vermieden, dass der Strahlkopplungskoeffizient verändert.

Wird die Lichtverteilungssteuerschicht nach der Bildung des Beugungsgitters gebildet, so wird sie in der Schicht bildungsvorrichtung, die verwendet wird, um das Beugungsgitter zu bilden, mit dem gleichen Streuungsverlauf hergestellt, wie die Schicht, die das Beugungsgitter bilden wird. Hier gilt demnach ebenfalls, dass eine Zunahme/Abnahme des Strahlkopplungskoeffizienten ausgeglichen wird, und es wird wie zuvor vermieden, dass der Strahlkopplungskoeffizient verändert.

Der Ausdruck "Beugungsgitter", der allgemein das Beugungsgitter selbst bezeichnet, kann ebenso eine Schicht bezeichnen, die zusammen mit dem Beugungsgitter gebildet ist. Der Ausdruck "Beugungsgitterschicht", der bei der Beschreibung eines Herstellungsverfahrens oder dergleichen verwendet wird, bezeichnet eine Schicht, die das Beugungsgitter bildet.

Die Lichtverteilungssteuerschicht und das Beugungsgitter können die gleiche Zusammensetzung aufweisen, entweder einschließlich oder ausschließlich von Verunreinigungen, die den Leitungstyp bestimmen. wenn die Verunreinigungen, die den Leitungstyp bestimmen, voneinander verschieden sind, so enthält zum Beispiel entweder die Lichtverteilungssteuerschicht oder das Beugungsgitter eine n-leitende Verunreinigung, und die jeweils andere Schicht ist im allgmeinen p-leitend. Dies gilt auch für die nachfolgende Beschreibung.

Das Verfahren zur Herstellung einer DFB-Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Herstellung einer DFB-Laservorrichtung verwendet, die Deckschichten umfasst, die auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen und auf beiden Seiten einer aktiven Schicht angeordnet sind, und die ein Beugungsgitter mit Gitterstäben umfasst, deren Brechungsindex von dem der Deckschichten verschieden ist und die derart in einer der Deckschichten angeordnet sind, dass sie sich senkrecht zu einer Lichtemissionsrichtung erstrekken, wobei sie in Lichtemissionsrichtung einem vorbestimm ten Abstand zueinander aufweisen, und die wenigstens eine Lichtverteilungssteuerschicht umfasst, die in der Deckschicht und in einem Abstand von dem Beugungsgitter angeordnet ist, und die die gleiche Zusammensetzung wie das Beugungsgitter aufweist. Gemäß diesem Verfahren werden wenigstens eine Lichtverteilungssteuerschicht und eine Schicht, die das Beugungsgitter bilden wird, entweder in (a1) derselben Schichtbildungsvorrichtung, oder (a2) Schichtbildungsvorrichtungen, die eine Dickenverteilung in einer Ebene aufweisen, die einander ähnliche sind, und (a3) Schichtbildungsvorrichtungen mit dem gleichen Aufbau bildet.

Gemäß dem Verfahren können die Verläufe der Streuungen der Lichtverteilungssteuerschicht und des Beugungsgitters gegeneinander ausgeglichen werden. Veränderungseinflussfaktoren als Folge von Herstellungsunterschieden, die eine Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten bewirken, können daher so eingestellt werden, dass sie gegenläufig sind und sich daher auslöschen. Daher kann erreicht werden, dass der Strahlkopplungskoeffizient keine Veränderungen als Folge von Herstellungsabweichungen unterliegt, und die Ausbeute kann verbessert werden.

Die genannten und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlicher aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine DFB-Laservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 einen Zustand, bei dem mit einem Verfahren zur Herstellung der in 1 gezeigten DFB-Laservorrichtung eine Deckschicht auf einer Beugungsgitterschicht gebildet ist;
3 einen Zustand, bei dem durch Mustern der Beugungsgitterschicht und der Deckschicht ein Beugungsgitter gebildet ist;
4, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich von dem Beugungsgitter entfernt, wenn die Dicke der Beugungsgitterschicht so streut, dass die Dicke zunimmt;
5, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich dem Beugungsgitter nähert, wenn die Dicke der Beugungsgitterschicht so streut, dass die Dicke abnimmt;
6 eine Abweichung des Strahlkopplungskoeffizienten vom Sollwert als Folge einer Veränderung der Dicke des Beugungsgitters bei der in 1 gezeigten DFB-Laservorrichtung;
7 eine Abweichung des Strahlkopplungskoeffizienten vom Sollwert als Folge einer Veränderung des Brechungsindex des Beugungsgitters bei der in 1 gezeigten DFB-Laservorrichtung;
8 eine DFB-Laservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 einen Zustand, in dem eine Deckschicht auf einer Beugungsgitterschicht mit einem Verfahren zur Herstellung der in 8 gezeigten DFB-Laservorrichtung gebildet ist;
10 einen Zustand, bei dem durch Mustern der Beugungsgitterschicht und der Deckschicht ein Beugungsgitter gebildet ist.
11, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich von dem Beugungsgitter entfernt, wenn die Dicke der Beugungsgitterschicht so streut, dass die Dicke zunimmt;
12, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich dem Beugungsgitter annähert, wenn die Dicke der Beugungsgitterschicht so streut, dass die Dicke abnimmt;
13 eine DFB-Laservorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
14 einen Zustand, bei dem mit einem Verfahren zur Herstellung der in 13 gezeigten DFB-Laservorrichtung auf einer Beugungsgitterschicht eine Deckschicht gebildet ist;
15 einen Zustand, bei dem durch Mustern der Beugungsgitterschicht und der Deckschicht ein Beugungsgitter gebildet ist;
16, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich dem Beugungsgitter nähert, wenn die Dicke einer unteren Deckschicht, die unter der Beugungsgitterschicht angeordnet ist, so streut, dass die Dicke zunimnt;
17, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich von dem Beugungsgitter entfernt, wenn die Dicke der unteren Deckschicht, die unter der Beugungsgitterschicht angeordnet ist, so streut, dass die Dicke zunimmt;
18 eine Verschiebung der Strahlkopplungskoeffizienten vom Sollwert als Folge einer Veränderung der Dicke der oberen Deckschicht in der in 13 gezeigten DFB-Laservorrichturg;
19 eine DFB-Laservorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
20 einen Zustand, in dem mit einem Verfahren zur Herstellung der in 19 gezeigten DFB-Laservorrichtung auf einer Beugungsgitterschicht eine Deckschicht gebildet ist;
21 einen Zustand, bei dem durch Mustern der Beugungsgitterschicht und der Deckschicht ein Beugungsgitter gebildet ist.
22, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich von dem Beugungsgitter weiter entfernt, wenn die Dicke der Beugungsgitterschicht so streut, dass die Dicke zunimmt;
23, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich dem Beugungsgitter annähert, wenn die Dicke des Beugungsgitters so streut, dass die Dicke zunimmt;
24, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich dem Beugungsgitter annähert, wenn sich die Dicke einer unteren Deckschicht, die unter der Beugungsgitterschicht angeordnet ist, so streut, dass die Dicke zunimmt;
25, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich von dem Beugungsgitter entfernt, wenn die Dicke der unteren Deckschicht, die unter der Beugungsgitterschicht angeordnet ist, so streut, dass die Dicke abnimmt;
26, eine Abweichung von Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten als Folge einer Veränderung der Dicke der unteren Deckschicht in der in 19 gezeigten DFB-Laservorrichtung verschiebt;
27 eine Abweichung der Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten als Folge einer Veränderung der Dicke des Beugungsgitters in der in 19 gezeigten DFB-Laservorrichtung;
28 eine Abweichung von Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten als Folge einer Veränderung des Brechungsindex des Beugungsgitters in der in 19 gezeigten DFB-Laservorrichtung;
29 eine DFB-Laservorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
30 einen Zustand, bei dem mit einem Verfahren zur Herstellung der in 29 gezeigten DFB-Laservorrichtung auf einer Beugungsgitterschicht eine Deckschicht gebildet ist;
31 einen Zustand, bei dem durch Mustern der Beugungsgitterschicht und der Deckschicht ein Beugungsgitter gebildet ist;
32, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich von dem Beugungsgitter entfernt, wenn die Dicke des Beugungsgitters so streut, dass die Dicke zunimmt;
33, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich dem Beugungsgitter annähert, wenn die Dicke des Beugungsgitters so streut, dass die Dicke zunimmt;
34, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich dem Beugungsgitter annähert, wenn die Dicke einer unteren Deckschicht, die unter der Beugungsgitterschicht angeordnet ist, so streut, dass die Dicke zunimmt;
35, dass sich die Verteilung der Feldstärke von Licht so verschiebt, dass sie sich von dem Beugungsgitter entfernt, wenn die Dicke der unteren Deckschicht, die unter dem Beugungsgitter angeordnet ist, so streut, dass die Dicke abnimmt;
36 eine optische Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
37 eine herkömmliche DFB-Laservorrichtung;
38A, dass der Abstand zwischen einer aktiven Schicht und einem Beugungsgitter den Strahlkopplungskoeffizienten beeinflusst, und 38B, dass die Höhe eines gewellten Beugungsgitters den Strahlkopplungskoeffizienten beeinflusst;
39 eine weitere herkömmliche DFB-Laservorrichtung;
40 eine Abweichung eines Strahlkopplungskoeffizienten von einem Sollwert als Folge einer Veränderung der Dicke einer Deckschicht, die den Abstand zwischen einer aktiven Schicht und einem Beugungsgitter in der in 39 gezeigten DFB-Laservorrichtung bestimmt;
41 eine Abweichung des Strahlkopplungskoeffizienten vom Sollwert als Folge einer Veränderung der Dicke des Beugungsgitters in der in 39 gezeigten DFB-Laservorrichtung; und
42 eine Abweichung des Strahlkopplungskoeffizienten vom Sollwert als Folge einer Veränderung des Brechungsindex des Beugungsgitters in der in 39 gezeigten DFB-Laservorrichtung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf 1 ist in einer DFB-Laservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine n-leitende InGaAsP-Schicht auf einem n-leitenden InP-Substrat 1 angeordnet, und eine n-leitende InP-Schicht 3 ist auf der InGaAs-Schicht 2 angeordnet. Eine InGaAsP-Schicht, die eine aktive Schicht 4 bildet, ist auf der n-leitenden InP-Schicht 3 angeordnet, eine p-leitende InP-Schicht 5 ist auf der aktiven Schicht 4 vorgesehen, und ein Beugungsgitter 6 mit Gitterstäben aus n-leitendem In-GaAsP, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, ist auf der p-leitenden InP-Schicht 5 angeordnet. P-leitende InP-Schichten 7 und 8 sind vorgesehen, um die Gräben zwischen den Gitterstäben auszufüllen.
Deckschichten 18a und 18b aus InP umschließen die aktive Schicht 4 von oben bzw. von unten. Die genannte n-leitende InGaAsP-Schicht 2 bildet eine Lichtverteilungssteuerschicht. Wie in 1 gezeigt, ist die Deckschicht 18b in Kontakt mit dem oberen Abschnitt der Lichtverteilungssteuerschicht 2 angeordnet, die wiederum in Kontakt mit dem n-leitenden InP-Substrat 1 angeordent ist. Ferner, wenn die Deckschicht 18b in Kontakt mit dem oberen Abschnitt der Lichtverteilungssteuerschicht 2 angeordnet ist, die in Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 1 angeordnet ist, wird gesagt, dass die Lichtverteilungssteuerschicht 2 in der Deckschicht 18b angeordnet ist, welche eine identische Zusammensetzung aufweist wie das Halbleitersubstrat 1. Mit ande ren Worten, die Lichtverteilungssteuerschicht 2, die zwischen der Deckschicht 18b aus InP und dem Halbleitersubstrat 1 aus InP angeordnet ist, kann als im wesentlichen in der Deckschicht 18b angeordnet betrachtet werden.
In der nachfolgenden Beschreibung sind das Beugungsgitter 6 und eine Beugungsgitterschicht, die das Beugungsgitter 6 bilden wird, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die DFB-Laservorrichtung injiziert einen Strom in die aktive Schicht 4, um Oszillationen entlang der aktiven Schicht zu erzeugen, wobei eine bestimmte Wellenlänge durch den Abstand der Gitterstäbe, die das Beugungsgitter 6 bilden, ausgewählt ist, um eine kontinuierliche Oszillation bei der speziellen Wellenlänge zu erhalten. Wie in 1 gezeigt, koppelt die DFB-Laservorrichtung eine Lichtkomponente von dem oszillierenden Licht teilweise aus und verwendet dieses zur Nachrichtenübertragung mit einem Lichtleiter oder dergleichen.
Ein Verfahren zur Herstellung der genannte DFB-Laservorrichtung ist im folgenden beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, sind (1) die n-leitende InGaAsP-Schicht 2, die die Lichtverteilungssteuerschicht 2 bildet, (2) die n-leitende InP-Schicht 3, (3) die aktive Schicht 4 aus InGaAsP, (4) die p-leitende InP-Schicht 5, (5) eine n-leitende In-GaAsP-Schicht 6, die das Beugungsgitter 6 bilden wird, und (6) die p-leitende InP-Schicht 7 sukzessive, in aufsteigender Reihenfolge, auf dem n-leitenden InP-Substrat 1 gebildet.
Bei einer solchen Schichtbildung ist es wichtig, das wenigstens die n-leitende InGaAsP-Schicht 2, die die Lichtverteilungssteuerschicht 2 bildet, und die n-leitende In-GaAsP-Schicht 6, die das Beugungsgitter 6 bilden wird, in Vorrichtungen gebildet werden, welche bei dem jeweiligen Schritt den gleichen Streuungsverlauf aufweisen, so dass der Streuungsverlauf bei dem jeweiligen Schritt konstant gehalten wird. wenn zum Beispiel InP-Wafer nacheinander stapelverarbeitet werden, müssen die n-leitende InGaAsP-Schicht 2, die die Lichtverteilungssteuerschicht 2 bildet, und die n-leitende InGaAsP-Schicht 6, die das Beugungsgitter 6 bilden wird, stets in derselben Schichtbildungsvorrichtung gebildet werden. Der Ausdruck "der gleiche Streuungsverlauf" besagt, dass eine Streuung in der gleichen Richtung und um den gleichen Betrag hervorgerufen wird. In Bezug auf eine Streuung innerhalb einer Ebene besagt der Ausdruck, dass eine Streuung mit einer vergleichbaren Verteilungen bewirkt wird, einschließlich der Streuungsrichtung.
MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy) oder LPE (liquid phase epitaxy) können zur Schichtbildung verwendet werden.
Danach werden die n-leitende InGaAsP-Schicht 6 und die p-leitende InP-Schicht 7 durch Interferenzbelichtung, Elektronenstrahlbelichtung und Ätzung gemustert, um die Gitterstäbe mit dem vorbestimmten Abstand zu bilden. Anschließend wird darauf die p-leitende InP-Schicht 8 gebildet, um die Gräben zwischen den Gitterstäben aufzufüllen, womit die DFB-Laservorrichtung fertiggestellt ist.
Bei der genannten Struktur der in 1 gezeigten DFB-Laservorrichtung weist die n-leitende InGaAsP-Schicht 2, die die Lichtverteilungssteuerschicht 2 bildet, die gleiche Zusammensetzung auf wie die n-leitende InGaAsP-Schicht 6, die die Gitterstäbe des Beugungsgitters 6 bildet, einschließlich der Verunreinigungen, die den Leitungstyp bestimmen. wie oben beschrieben, werden die Schichten 2 und 6 bei ein und derselben Gelegenheit stets in derselben Vorrichtung gebildet, um denselben Streuungsverlauf der Dicke und der Zusammensetzung zu erhalten. Demzufolge weichen die Brechungsindices der Schichten 2 und 6 von Sollwerten im wesentlichen im gleichen Verhältnis ab. Wenn zum Beispiel die Dicke der InGaAsP-Schicht 6, die das Beugungsgitter 6 bilden wird, zunimmt, nimmt die Überlappung des Beugungsgitter 6 und der Verteilung des oszillierenden Feldes zu, so dass der Strahlkopplungskoeffizient bei der herkömmlichen DFB-Laservorrichtung zunimmt. Gemäß dieser Ausführungsform nimmt jedoch auch die Dicke der InGaAsP-Schicht 2, die die Lichtverteilungssteurschicht 2 bildet, in Bezug auf einen Sollwert zu, in einer Richtung und einem Verhältnis ähnlich wie bei der InGaAsP-Schicht 6, die das Beugungsgitter 6 bilden wird.
Licht wird in einen Bereich mit hohem Brechungsindex abgelenkt. Folglich wird die Verteilung der Feldstärke des Lichts aufgrund der Dicke der Lichtverteilungsschicht 2, die so streut, dass die Dicke zunimmt, von einer Soll-Oszillationslage zur Lichtverteilungssteuerschicht 2 verschoben. 4 veranschaulicht, dass die Dicke der InGaAsP-Schicht 2, die die Lichtverteilungssteuerschicht 2 bildet, erhöht ist, so dass die Verteilung der Feldstärke des Lichts in einem Querschnitt entlang der Dicke des Wellenleiters verschoben wird. Unter Bezugnahme auf 4 zeigt die gestrichelte Linie die Sollverteilung E_design der Feldstärke, und die durchgezogene Linie zeigt die beobachtete Feldstärke E, nachdem die Dicke der Lichtverteilungssteuerschicht 2 aufgrund der Verteilung erhöht ist. Die genannte Abweichung der Verteilung der Feldstärke des Lichts bewirkt eine Reduzierung des Strahlkopplungskoeffizienten. Demzufolge können Veränderungen der Dicke der Lichtverteilungssteuerschicht 2, die den gleichen Verlauf wie die des Beugungsgitters 6 aufweisen, Veränderungen des Strahlkopplungskoeffizienten, hervorgerufen durch Veränderungen der Dicke des Beugungsgitters 6, ausgleichen.
Wenn die Dicke der InGaAsP-Schicht 6, die das Beugungsgitter 6 bilden wird, reduziert wird, wird die InGaAsP- Schicht 2, die die Lichtverteilungssteuerschicht 2 bildet, in derselben Richtung verändert und in ihrer Dicke reduziert. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt der gleiche Mechanismus wie der in 4 eine Kompensierung des Strahlkopplungskoeffizienten. Mit anderen Worten, die Verteilung der Feldstärke des Lichts in Richtung der Dicke des Wellenleiters wird aufgrund der verringerten Dicke der Lichtverteilungssteuerschicht 2 zu dem Nievau E verschoben, das jenseits des Niveaus E_design liegt, wie es in 5 gezeigt ist. Mit anderen Worten, die Verteilung der Feldstärke wird von der Lichtverteilungssteuerschicht 2 über das Soll-Niveau E_design hinaus abgestoßen und zum Beugungsgitter 6 verschoben.
Obwohl die obige Beschreibung lediglich im Hinblick auf eine Veränderung der Dicke gemacht wurde, gleicht die Lichtverteilungssteuerschicht 2 auch Veränderungen des Brechungsindex, hervorgerufen durch Veränderungen in der Zusammensetzung der InGaAsP-Schicht 6, die die Gitterstäbe 6 bildet aus, so dass dadurch Veränderungen des Strahlkopplungskoeffizienten kompensiert werden.
Ferner kann, wenn die Schicht 6, die das Beugungsgitter 6 bilden wird, eine Veränderung der Zusammensetzung oder der Dicke aufweist, verhindert werden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge solcher Veränderungen verändert, wie es oben beschrieben ist. Dies ist wie folgt zusammengefasst:

(1) Die Lichtverteilungssteuerschicht, die die gleiche Zusammensetzung aufweist wie das Beugungsgitter, ist so angeordnet, dass die aktive Schicht zwischen ihr und dem Beugungsgitter angeordnet ist.
(2) Die DFB-Laservorrichtung ist so ausgelegt, dass sie diese Anordnung der Lichtverteilungssteuerschicht umfasst.
(3) wenn bei der Herstellung der DFB-Laservorrichtung die Beugungsgitterschicht eine Veränderung der Dicke oder der Zusammensetzung hervorgerufen wird, so wird auch bei der Lichtverteilungssteuerschicht eine Veränderung der Dicke oder der Zusammensetzung mit dem gleichen Verlauf hervorgerufen. Um bei der Beugungsgitterschicht und bei der Lichtverteilungssteuerschicht eine Veränderung der Dicke oder eine Veränderung der Zusammensetzung mit gleichem Verlauf hervorzurufen, werden die Beugungsgitterschicht und die Lichtverteilungssteuerschicht in Schichtbildungsvorrichtungen gebildet, die den gleichen Streuungsverlauf aufweisen. Zum Beispiel werden die Beugungsgitterschicht und die Lichtverteilungssteuerschicht vorzugsweise stets in derselben Schichtbildungsvorrichtung und mit dem gleichen Stapelverarbeitungsprozess gebildet. Wenn die Beugungsgitterschicht und die Lichtverteilungssteuerschicht durch einen Prozess gebildet werden, bei dem die Beugungsgitterschicht geätzt wird, können die Beugungsgitterschicht und die Lichtverteilungssteuerschicht nicht stets in derselben Schichtbildungsvorrichtung gebildet werden. Jedoch werden die Beugungsgitterschicht und die Lichtverteilungssteuerschicht vorzugsweise in derselben Schichtbildungsvorrichtung gebildet, oder zumindest in Schichtbildungsvorrichtungen, die einen vergleichbaren Streuungsverlauf aufweist.
(4) Veränderungen des Strahlkopplungskoeffizienten als Folge einer Veränderung der Dicke oder der Zusammensetzung des Beugungsgitters und als Folge von Veränderungen der Dicke und der Zusammensetzung der Lichtverteilungssteuerschicht heben sich gegenseitig auf. Demzufolge kann vermieden werden, dass die DFB-Laservorrichtung eine charakteristische Streuung aufweist, und die Ausbeute kann verbessert werden.

6 veranschaulicht eine Abweichung von Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten als Folge von Veränderungen der Dicke des Beugungsgitters in der DFB-Laservorrich tung gemäß der vorliegenden Erfindung. 7 veranschaulicht eine Abweichung von Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten als Folge von Veränderungen des Brechungsindex des Beugungsgitters in der DFB-Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß den 6 und 7 ist eine Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten bei der erfindungsgemäßen DFB-Laservorrichtung auf etwa 1/8 im Vergleich zum Stand der Technik verringert. Demzufolge kann vermieden werden, dass die DFB-Laservorrichtung eine charakteristische Streuung aufweist.
Obwohl das Beugungsgitter 6 gemäß der ersten Ausführungsform über der aktiven Schicht 4 angeordnet ist, kann das Beugungsgitter 6 auch unter der aktiven Schicht 4 angeordnet sein. Die n- und p-Leitungstypen der Halbleiterschichten können umgekehrt werden. Das Beugungsgitter 6 kann ein Phasenverschiebungsteil oder eine Mehrzahl von Phasenverschiebungsteilen aufweisen. Ein Hohlraum des Beugungsgitters 6 kann eine Phasenverschiebung aufweisen, die 1/4 der Wellenlänge im Medium entspricht, sowie mit einer nichtreflektierenden Beschichtung in der Mitte bzw. an beiden Enden. Die Ausbeute im vertikalen Einmode-Betrieb kann durch die Phasenverschiebung und die nichtreflektierende Beschichtung verbessert werden.
Obwohl die erste Ausführungsform mit Bezug auf eine DFB-Laservorrichtung auf der Basis von InP/InGaAsP beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auch auf eine DFB-Laservorrichtung anwendbar, die auf InP/AlGaInAs basiert (62nd Scientific Lecture Meeting der Japan Society of Applied Physics (2001), 13p-B-15). Ferner ist die vorliegende Erfindung auch auf eine DFB-Laservorrichtung zum Beispiel in einer Vorrichtung anwendbar, die durch monolitische Integration eines Modulators und der DFB-Laservorrichtung auf einem gemeinsamen Substrat (IEEE Journal of Quantum Electronics, Band 36 (2000), S.909-915).
(Zweite Ausführungsform)
Das Merkmal einer DFB-Laservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Lichtverteilungssteuerschicht 12 zwischen einem Beugungsgitter 16 und einer aktiven Schicht 4 angeordnet ist, wie es in 8 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 8 sind die Lichtverteilungssteuerschicht 12 und das Beugungsgitter 16 in einer Deckschicht 18a angeordnet.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine n-leitende InP-Schicht 3 auf einem n-leitenden InP-Substrat 1 angeordnet, eine InGaAsP-Schicht 4, die die aktive Schicht 4 bildet, ist auf einer n-leitenden InP-Schicht 3 angeordnet, und eine p-leitende InP-Schicht 5 ist auf der InGaAsP-Schicht 5 angeordnet. Eine p-leitende InGaAsP-Schicht 12, die die Lichtverteilungssteuerschicht 12 bildet, ist auf der p-leitenden InP-Schicht 5 angeordnet, und eine p-leitenden InP-Schicht 7 ist auf der p-leitenden InGaAsP-Schicht 12 angeordnet. Darüber hinaus sind p-leitende InGaAsP-Schichten 16 angeordnet, die Gitterstäbe des Beugungsgitters 16 bilden. P-leitende InP-Schichten 8 und 9 sind so angeordnet, dass sie die p-leitenden InGaAsP-Schichten 16 abdecken. Die p-leitenden InGaAsP-Schichten 16, die die Gitterstäbe des Beugungsgitters 16 bilden, und die p-leitenden InGaAsP-Schichten 12, die die Lichtverteilungssteuerschicht 12 bilden, weisen die gleiche Zusammensetzung auf, einschließlich der Verunreinigungen, die den Leitungstyp bestimmen.
Die DFB-Laservorrichtung injiziert einen Strom in die aktive Schicht 4, um Oszillationen entlang der aktiven Schicht zu erzeugen, wobei durch die Gitterstäbe, die das Beugungsgitter 16 mit einer vorbestimmten Gitterkonstante bilden, eine vorbestimmte Wellenlänge gewählt wird, um eine kontinuierliche Oszillation mit der bestimmten Wellenlänge zu erhalten. Wie in 8 gezeigt ist, koppelt die DFB-Laservorrichtung teilweise eine Lichtkomponente von dem os zillierenden Licht aus und verwendet diese zur Nachrichtenübertragung mit Lichtleitern.
Ein Verfahren zur Herstellung der DFB-Laservorrichtung wird im folgenden beschrieben. wie in 9 gezeigt, sind (1) die n-leitende InP-Schicht 3, (2) die aktive Schicht 4 aus InGaAsP, (3) die p-leitende InP-Schicht 5, (4) die p-leitende InGaAsP-Schicht 12, die die Lichtverteilugnssteuerungsschicht 12 bildet, (5) die p-leitende InP-Schicht 7, (6) die p-leitenden InGaAsP-Schichten 16, die das Beugungsgitter 16 bilden werden, und (7) die p-leitende InP-Schicht 8 sukzessive, in aufsteigender Reihenfolge, auf dem n-leitenden InP-Substrat 1 gebildet.
Bei einer solchen Schichtbildung ist es wichtig, dass wenigstens die p-leitende InGaAsP-Schicht 12, die die Lichtverteilungssteuerschicht 12 bildet, und die p-leitende InGaAsP-Schichten 16, die das Beugungsgitter 16 bilden wird, zum Beispiel in Schichtbildungsvorrichtungen gebildet werden, die den gleichen Streuungsverlauf bei verschiedenen Gelegenheiten haben, so dass der Streuungsverlauf konstant gehalten wird und so ist, als wäre es die gleiche Gelegenheit. Um zum Beispiel InP-Wafer nacheinander chargenweise zu verarbeiten, müssen die n-leitende InGaAsP-Schicht 12, die die Lichtverteilungssteuerschicht 12 bildet, und die n-leitende InGaAsP-Schicht 16, die das Beugungsgitter 16 bilden wird, auf jedem InP-Wafer stets in derselben Schichtbildungsvorrichtung gebildet werden. Der Ausdruck "der gleiche Streuungsverlauf" besagt, dass eine Streuung in der gleichen Richtung und um den gleichen Betrag hervorgerufen wird. In Bezug auf eine Streuung innerhalb einer Ebene besagt der Ausdruck, dass eine Streuung mit einer ähnlichen Verteilungen innerhalb einer Ebene erzeugt wird, einschließlich der Streuungsrichtung.
MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy) oder LPE (liquid phase epitaxy) können zur Schichtbildung verwendet werden.
Danach werden die p-leitende InGaAsP-Schichten 16 und die p-leitende InP-Schicht 8 durch Interferenzbelichtung, Elektronenstrahlbelichtung und Ätzen gemustert, um die Gitterstäbe mit dem vorbestimmten Abstand zu bilden, wie es in 10 gezeigt ist. Die p-leitende InP-Schicht 9 wird auf den Gitterstäben gebildet, um die Gräben zwischen den Gitterstäben aufzufüllen, womit die DFB-Laservorrichtung fertiggestellt ist.
Bei der in 8 gezeigten Struktur der DFB-Laservorrichtung weist die Lichtverteilungssteuerschicht 12 aus In-GaAsP die gleiche Zusammensetzung auf wie die InGaAsP-Schichten 16, die die Gitterstäbe des Beugungsgitters 16 bilden. Diese Schichten 12 und 16 werden bei derselben Gelegenheit stets in derselben Schichtbildungsvorrichtung gebildet. Daher weisen die Schichten 12 und 16 den gleichen Streuungsverlauf in Bezug auf die Dicke und die Zusammensetzung auf. Daher weichen die Brechungsindices dieser Schichten 12 und 16 von den Sollwerten im wesentlichen im gleichen Verhältnis ab. Nimmt beispielsweise die Dicke der InGaAsP-Schichten 16, die das Beugungsgitter 16 bilden werden, zu, so erhöht sich bei der herkömmlichen DFB-Laservorrichtung der Strahlkopplungskoeffizient. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedoch auch die Dicke der InGaAsP-Schicht 12, die die Lichtverteilungssteuerschicht 12 bildet, erhöht, in einer Richtung und in einem Verhältnis, die/das dem der InGaAsP-Schichten 16 vergleichbar ist, die das Beugungsgitter 16 bilden werden.
Wie oben beschrieben wird Licht in einen Bereich mit hohem Brechungsindex abgelenkt. wie in 11 gezeigt ist, wird dadurch die Verteilung der Feldstärke von Licht von dem Beugungsgitter 16 weg- und zu der p-leitenden In- GaAsP-Schicht 12 hin verschoben. Eine solche Abweichung der Verteilung der Feldstärke reduziert den Strahlkopplungskoeffizienten. Folglich kann eine Abweichung des Strahlkopplungskoeffizienten als Folge einer Veränderung der Dicke der InGaAsP-Schichten 16 vermieden werden.
Wird die Dicke der InGaAsP-Schichten 16, die das Beugungsgitter 16 bilden werden, verringert, so wird die Dicke der p-leitenden InGaAsP-Schicht 12, die die Lichtverteilungssteuerschicht 12 bildet, so gestreut, dass sich ihre Dicke ebenfalls verringert. Folglich wird die Verteilung der Feldstärke in Richtung der Dicke des Wellenleiters zum Beugungsgitter 16 hin verschoben, wie es in 12 gezeigt ist. Der gleiche Mechanismus wie der, der in 4 gezeigt ist, bewirkt auch in diesem Fall eine Veränderung, so dass er möglich ist, eine Kompensierung der Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten zu erreichen.
Obwohl die obige Beschreibung lediglich im Hinblick auf eine Veränderung der Dicke gemacht wurde, gleicht die Lichtverteilungssteuerschicht 12 auch eine Veränderung des Brechungsindex als Folge einer Veränderung der Zusammensetzung der InGaAsP-Schichten 16 aus, die die Gitterstäbe des Beugungsgitters 16 bilden werden, womit eine Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten ausgeglichen wird.
Wie oben beschrieben, kann vermieden werden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Zusammensetzung oder der Dicke der Schichten 16, die das Beugungsgitter 16 bilden werden, ändert.
Obwohl gemäß der zweiten Ausführungsform das Beugungsgitter 16 über der aktiven Schicht angeordnet ist, kann das Beugungsgitter 16 auch unter der aktiven Schicht 4 angeordnet sein. Die n- und p-Leitungstypen der Halbleiterschichten können umgekehrt werden. Das Beugungsgitter 16 kann ein Phaseverschiebungsteil oder eine Mehrzahl von Phasenver schiebungsteilen umfassen. Ein Hohlraum des Beugungsgitters 15 kann eine Phasenverschiebung aufweisen, die 1/4 der Wellenlänge im Medium entspricht, sowie eine nichtreflektierende Beschichtung in der Mitte bzw. an beiden Enden. Die Ausbeute des vertikalen Einmodus-Betrieb kann durch die Phasenverschiebung und die nichtreflektierende Beschichtung verbessert werden.
Obwohl die zweite Ausführungsform mit Bezug auf eine auf InP/InGaAsP basierende DFB-Laservorrichtung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auch zum Beispiel auf DFB-Laservorrichtungen anwendbar, die auf InP/AlGaInAs basieren. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung zum Beispiel auch auf eine DFB-Laservorrichtung in einer Vorrichtung anwendbar, die durch monolithische Integration eines Modulators und der DFB-Laservorrichtung auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt ist.
(Dritte Ausführungsform)
Das Merkmal einer DFB-Laservorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Lichtverteilungssteuerschicht 12 an einer Stelle vorgesehen ist, so dass ein Beugungsgitter 16 zwischen der Lichtverteilungssteuerschicht 12 und einer aktiven Schicht 4 angeordnet ist, wie es in 13 gezeigt ist. Unter Bezug auf 13 ist eine n-leitende InP-Schicht 3 auf einem n-leitenden InP-Substrat 1 angeordnet, und eine InGaAsP-Schicht 4, die die aktive Schicht 4 bildet, ist auf der n-leitenden InP-Schicht 3 angeordnet. Eine p-leitende InP-Schicht 5 ist auf einer aktiven Schicht 4 angeordnet, und das Beugungsgitter 16, das durch p-leitende InGaAsP-Schichten 16 gebildet ist, ist auf der p-leitenden InP-Schicht 5 angeordnet. Eine p-leitende InP-Schicht 7 ist auf dem Beugungsgitter 16 angeordnet, um Ätzgräben zwischen Gitterstäben des Beugungsgitters 16 aufzufüllen, und eine p-leitende InGaAsP-Schicht 12, die die Lichtverteilungs steuerschicht 12 bildet, ist auf der p-leitenden Schicht 7 angeordnet. Eine p-leitende InP-Schicht 9 ist auf der p-leitenden InGaAsP-Schicht 12 vorgesehen. Die Lichtverteilungssteuerschicht 12 ist in einer Deckschicht 18a angeordnet.
Ein Verfahren zur Herstellung der DFB-Laservorrichtung wird im folgenden beschrieben. Wie in 14 gezeigt ist, sind (1) die n-leitende InP-Schicht 3, (2) die aktive Schicht 4 aus InGaAsP, (3) die p-leitende InP-Schicht 5, (4) die p-leitenden InGaAsP-Schichten 16, die das Beugungsgitter 16 bilden werden, und (5) die p-leitende InP-Schicht 7 sukzessive, in aufsteigender Reihenfolge, auf dem n-leitenden Substrat 1 gebildet.
Danach werden die p-leitenden InGaAsP-Schichten 16 und die p-leitende InP-Schicht 7 durch Interferenzbelichtung, Elektronenstrahlbelichtung und Ätzen gemustert, um die Gitterstäbe des Beugungsgitters 16 zu bilden, wie es in 15 gezeigt ist. Die p-leitende InP-Schicht 8 ist auf den Gitterstäben gebildet, um die Ätzgräben des Beugungsgitters 16 aufzufüllen, gefolgt von der Bildung des p-leitenden InP-Schicht 9, womit die DFB-Laservorrichtung fertiggestellt ist, wie es in 13 gezeigt ist.
Es ist wichtig, dass wenigstens die p-leitende InP-Schicht 5, die zwischen der aktiven Schicht 4 und dem Beugungsgitter 16 angeordnet ist, und die p-leitenden InP-Schichten 7 und 8, die zwischen dem Beugungsgitter 16 und der Lichtverteilungssteuerschicht 12 angeordnet sind, in Schichtbildungsvorrichtungen mit dem gleichen Streuungsverlauf gebildet werden. Die Schichtbildungsvorrichtrungen, welche den gleichen Streuungsverlauf aufweisen, können entweder (a1) die gleiche Schichtbildungsvorrichtung, oder (a2) Schichtbildungsvorrichtungen, die einander hinsichtlich der Verteilung der Dicken innerhalb einer Ebene ähnlich sind, oder (3) Schichtbildungsvorrichtungen, die den gleichen Aufbau aufweisen, sein. Folglich können die p-leitenden InP-Schichten 5, 7 und 8 im wesentlichen einander hinsichtlich einer Verteilung innerhalb einer Ebene der Abweichung von den Sollwerten der Dicken ausgleichen.
MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy) oder LPE (liquid phase epitaxy) können zur Schichtbildung verwendet werden.
Nimmt zum Beispiel die Dicke der p-leitenden InP-Schicht 5 zu, so nimmt der Abstand zwischen der aktiven Schicht 4 und dem Beugungsgitter 16 zu. Folglich ist der Strahlkopplungskoeffizient bei der herkömmlichen Vorrichtung reduziert. Gemäß der dritten Ausführungsform ist jedoch auch die Dicke der p-leitenden InP-Schichten 7 und 8 erhöht, im gleichen Verhältnis wie die p-leitende InP-Schicht 5. Folglich weicht die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters vom Sollwert E_design ab und wird aufgrund der Wirkung der erhöhten Dicken der p-leitenden InP-Schichten 7 und 8 zu dem Beugungsgitter 16 hin verschoben, wie es in 16 gezeigt ist. Die Verschiebung der Verteilung der Feldstärke E in Richtung des Beugungsgitters 16 erhöht den Strahlkopplungskoeffizienten, wodurch eine Reduzierung des Strahlkopplungskoeffizienten als Folge der erhöhten Dicke der p-leitenden InP-Schicht 5 ausgeglichen wird.
Wird die Dicke der p-leitenden InP-Schicht 5 verringert, so so verringert sich der Abstand zwischen der aktiven Schicht 4 und dem Beugungsgitter 16. Folglich ist der Strahlkopplungskoeffizient der herkömmlichen Vorrichtung erhöht. Gemäß dieser Ausführungsform ist jedoch auch die Dicke der p-leitenden InP-Schichten 7 und 8 mit dem gleichen Verlauf wie die p-leitende InP-Schicht 5 reduziert. Folglich weicht die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters vom Sollwert E_design ab und ist zu der aktiven Schicht 4 hin verschoben, so dass sie sich von dem Beugungsgitter 16 entfernt, wie es in 17 gezeigt ist. In diesem Fall ist es zudem möglich, eine Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten auszugleichen.
18 veranschaulicht Abweichungen der Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten als Folge von Veränderungen der Dicke der InP-Schichten 5, 7 und 8 in der DFB-Laservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform. Gemäß 18 ist die Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten bei der erfindungsgemäßen DFB-Laservorrichtung auf etwa 1/6 gegenüber dem Stand der Technik verringert. Folglich kann die charakteristische Streuung der DFB-Laservorrichtung vermieden werden.
Obwohl das Beugungsgitter 16 gemäß der dritten Ausführungsform über der aktiven Schicht 4 angeordnet ist, kann das Beugungsgitter 16 auch unter der aktiven Schicht 4 angeordnet sein. Die n- und p-Leitungstypen der Halbleiterschichten können umgekehrt werden. Das Beugungsgitter 16 kann ein Phasenverschiebungsteil oder eine Mehrzahl von Phasenverschiebungsteilen aufweisen. Ein Hohlraum des Beugungsgitters 16 kann eine Phasenverschiebung aufweisen, die 1/4 der Wellenlänge im Medium entspricht, und eine nichtreflektierende Beschichtung in der Mitte bzw. auf beiden Seiten. Die Ausbeute des vertikalen Einmodus-Betrieb kann durch die Phasenverschiebung und die nichtreflektierende Beschichtung verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ist auch zum Beispiel auf DFB-Laservorrichtungen anwendbar, die auf InP/AlGaInAs basieren. Ferner ist die vorliegende Erfindung auch zum Beispiel auf eine DFB-Laservorrichtung in einer Vorrichtung anwendbar, die durch monolithische Integration eines Modulators und der DFB-Vorrichtung auf demselben Substrat hergestellt ist.
(Vierte Ausführungsform)
Eine DFB-Laservorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit zwei Lichtverteilungssteuerschichten 2 und 12 versehen, wie es in 19 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 19 umfasst die DFB-Laservorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform die Lichtverteilungssteuerschichten 2 und 12, die identisch sind zu jenen der DFB-Laservorrichtung gemäß der ersten bzw. dritten Ausführungsform. Die Lichtverteilungssteuerschicht 2 ist in einer Deckschicht 18b aus InP angeordnet, genauer zwischen der Deckschicht 18b und einem InP-Substrat 1, während die Lichtverteilungssteuerschicht 12 in einer Deckschicht 18a angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 19 ist eine n-leitende In-GaAsP-Schicht 2, die die erste Lichtverteilungssteuerschicht 2 bildet, auf dem n-leitenden InP-Substrat 1 angeordnet, und eine n-leitende InP-Schicht 3 ist auf der n-leitenden InGaAsP-Schicht 2 angeordnet. Eine InGaAsP-Schicht 4, die eine aktive Schicht 4 bildet, ist auf der n-leitenden InP-Schicht 3 angeordnet, und eine p-leitende InP-Schicht 5 ist auf der aktiven Schicht 4 vorgesehen. Ein Beugungsgitter 16, das aus n-leitenden InGaAsP-Schichten 16 gebildet ist, die die gleiche Bandlücke haben wie die n-leitende InGaAsP-Schicht 2, ist auf der p-leitenden InP-Schicht 5 angeordnet, und p-leitende InP-Schichten 7 und 8 sind auf dem Beugungsgitter 16 vorgesehen, um die Gräben zwischen Gitterstäben des Beugungsgitters aufzufüllen. Eine p-leitende InGaAsP-Schicht 12; die die zweite Lichtverteilungssteuerschicht 12 bildet, ist auf den p-leitenden InP-Schichten 7 und 8 angeordnet, und eine p-leitende InP-Schicht 10 ist auf der p-leitenden InGaAsP-Schicht 12 vorgesehen.
Ein Verfahren zur Herstellung der in 19 gezeigten DFB-Laservorrichtung ist im folgenden beschrieben. Wie in 20 gezeigt ist, sind (1) die n-leitende InGaAsP-Schicht 2, (2) die p-leitende InP-Schicht 3, (3) die aktive Schicht 4 aus InGaAs, (4) die p-leitende InP-Schicht 5, (5) die p-leitenden InGaAsP-Schichten 16, die die gleiche Bandlücke aufweisen wie die n-leitende InGaAsP-Schicht 2, und (6) die p-leitende InP-Schicht 7 sukzessive, in aufsteigender Reihenfolge, auf dem n-leitenden InP-Substrat 1 gebildet. MOCVD, MBE oder LPE können bei dieser Schichtbildung verwendet werden.
Danach werden die p-leitenden InGaAsP-Schichten 16 und die p-leitende InP-Schicht 7 durch Interferenzbelichtung, Elektronenstrahlbestrahlung und Ätzen in einem vorbestimmten Abstand teilweise entfernt, um Gitterstäbe in einem vorbestimmten Abstand zu verteilen, wodurch das in 21 gezeigte Beugungsgitter 16 gebildet wird. Anschließend wird (7) die p-leitende InP-Schicht 8 gebildet, um die Gräben zwischen den Gitterstäben des Beugungsgitters 16 aufzufüllen, gefolgt von (7) der p-leitenden InGaAsP-Schicht 12 und (8) der p-leitenden InP-Schicht 10.
Bei der genannten Schichtbildung wird eine erste Schichtbildung vor der Ätzung zur Bildung des Beugungsgitters 16 und eine zweite Schichtbildung nach der Ätzung in entweder (a1) derselben Schichtbildungsvorrichtung, oder (a2) Schichtbildungsvorrichtungen, deren Verteilungen der Dicken einander ähnlich sind, oder (a3) Schichtbildungsvorrichtungen mit dem gleichen Aufbau ausgeführt.
Sowohl die n-leitende InGaAsP-Schicht 2, die die erste Lichtverteilungssteuerschicht 2 bildet, als auch die n-leitenden InGaAsP-Schichten 16, die das Beugungsgitter 16 bilden wird, werden vor dem Ätzen gebildet. Daher werden diese n-leitenden InGaAsP-Schichten 2 und 16, die die gleiche Zusammensetzung aufweisen, durch einen kontinuierlichen Prozess gebildet. Folglich weichen diese n-leitenden InGaAsP-Schichten 2 und 16 von Sollwerten der Dicken, Zusammenset zungen oder Brechungsindices im wesentlichen im das gleiche Verhältnis ab.
Erhöht sich die flicke der n-leitenden InGaAsP-Schichten 16, so erhöht sich bei der herkömmlichen DFB-Laservorrichtung der Strahlkopplungskoeffizient. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedoch außerdem im gleichen Verhältnis die Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schicht 2 erhöht. Daher wird die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters über einen Sollwert E_design hinaus zur n-leitenden InGaAsP-Schicht 2 hin verschoben, so dass sie sich von dem Beugungsgitter 16 entfernt, wie es in 22 gezeigt ist. Eine solche Abweichung der Verteilung der Feldstärke E bewirkt eine Verkleinerung des Strahlkopplungskoeffizienten. Daher kann vermieden werden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schichten 2 und 16 verändert, indem die Dicken der Schichten 2 und 16 geeignet gewählt werden.
Verringert sich die Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schichten 16, so verkleinert sich der Strahlkopplungskoeffizient. Zu diesem Zeitpunkt verringert sich aus den genannten Gründen auch die Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schicht 2. Folglich wird die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters zum Beugungsgitter 16 verschoben, wie es in 23 gezeigt ist. Der Strahlkopplungskoeffizient wird aufgrund einer solchen Verschiebung der Verteilung der Feldstärke E erhöht. In diesem Fall kann außerdem vermieden werden, dass der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schichten 2 und 16 verändert, indem die Dicken der Schichten 2 und 16 geeignet gewählt werden.
Die p-leitenden InP-Schichten 5, 7 und 8, zwischen denen das Beugungsgitter 16 angeordnet ist, werden in einem der oben beschriebenen Vorrichtungen (a1), (a2) oder (a3) gebildet, um eine ähnliche Verteilung der Dicke innerhalb einer Ebene aufzuweisen. Diese Schichten 5, 7 und 8 weichen daher um eine im wesentlichen identische Verteilung von Sollwerten innerhalb einer Ebene ab.
Erhöht sich die Dicke der p-leitenden InP-Schicht 5 über den Sollwert, so erhöht sich im Stand der Technik folglich der Strahlkopplungskoeffizient. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedoch darüber hinaus die Dicke der InP-Schichten 7 und 8 im gleichen Verhältnis erhöht. Daher wird die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters über den Sollwert E_design hinaus zu dem Beugungsgitter 16 hin verschoben, wie es in 24 gezeigt ist. Diese Verschiebung der Verteilung der Feldstärke E bewirkt eine Erhöhung des Strahlkopplungskoeffizienten, wodurch sich eine Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten als Folge einer Veränderung der p-leitenden InP-Schicht 5 sowie eine Veränderung als Folge einer Veränderung der p-leitenden InP-Schichten 7 und 8 gegenseitig aufheben. Demzufolge wird vermieden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Streuung der Dicken bei der Herstellung verändert.
Wird die Dicke der p-leitenden InP-Schicht 5 über den Sollwert hinaus reduziert, so wird im Stand der Technik der Strahlkopplungskoeffizient erhöht. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedoch außerdem die Dicke der InP-Schichten 7 und 8 im gleichen Verhältnis reduziert. Daher wird die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters über den Sollwert E_design hinaus von dem Beugungsgitter 16 entfernt, wie es in 25 gezeigt ist. Die Abweichung der Verteilung der Feldstärke E bewirkt eine Vergrößerung des Strahlkopplungskoeffizienten, wodurch sich eine Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten als Folge einer Veränderung der p-leitenden InP-Schicht 5 und eine Veränderung als Folge einer Veränderung der p-leitenden InP-Schichten 7 und 8 gegenseitig aufheben. Demzufolge wird vermieden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Streuung der Dicke bei der Fertigung stark verändert.
Bei der Struktur der DFB-Laservorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann vermieden werden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Zusammensetzung oder einer Veränderung der Dicke der Schichten 16, die das Beugungsgitter 16 bilden werden, verändert. Ferner beeinflusst eine Veränderung der Dicke der p-leitenden InP-Schichten 5, 7 und 8, zwischen denen das Beugungsgitter 16 angeordnet ist, den Strahlkopplungskoeffizienten in entgegengesetzter Richtung, wodurch vermieden wird, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Dicke der p-leitenden InP-Schichten 5, 7 und 8 verändert.
26 bis 28 zeigen Ergebnisse einer quantitativen Berechnung der Reduzierung der Veränderung von Strahlkopplungskoeffizienten gemäß dieser Ausführungsform. 26 veranschaulicht eine Abweichung der Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten aufgrund einer Veränderung der Dicke der p-leitenden InP-Schichten 5, 7 und 8. Gemäß 26 ist der Strahlkopplungskoeffizienten bei dieser Ausführungsform im Vergleich zum Stand der Technik im wesentlichen halbiert. 27 veranschaulicht eine Abweichung der Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten aufgrund einer Veränderung der Dicke des Beugungsgitters 16. Gemäß 27 ist der Strahlkopplungskoeffizient bei dieser Ausführungsform im Vergleich zum Stand der Technik auf unter 1/2 reduziert. 28 veranschaulicht eine Abweichung der Strahlkopplungskoeffizienten von Sollwerten als Folge einer Veränderung des Brechungsindex des Beugungsgitters. Gemäß 28 ist der Strahlkopplungskoeffizient im Vergleich zum Stand der Technik bei dieser Ausführungsform weit unter 1/2 verringert.
Zudem kann bei der DFB-Laservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform das Beugungsgitter 16 alternativ dazu auch unter der aktiven Schicht 4 angeordnet sind, ähnlich wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform. Die n- und p-Leitfähigkeiten der Halbleiterschichten können umgekehrt werden. Das Beugungsgitter 16 der DFB-Laservorrichtung kann eine Phasenverschiebung aufweisen. Die DFB-Laservorrichtung kann aus einem anderen Material wie zum Beispiel InP/AlGaInAs sein. Zudem kann die DFB-Laservorrichtung mit einem Modulator integriert sein.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine DFB-Laservorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist, ähnlich wie die vierte Ausführungsform, zwei Lichtverteilungssteuerschichten 12a und 12b auf, wie es in 29 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 29 umfasst die DFB-Laservorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform die Lichtverteilungssteuerschichten 12a und 12b, die intentisch sind zu jenen der DFB-Laservorrichtung gemäß der zweiten bzw. dritten Ausführungsform. Jede dieser Lichtverteilungssteuerschichten 12a und 12b ist in einer Deckschicht 18a angeordnet.
Unter Bezugnahme auf 29 ist eine n-leitende InP-Schicht 3 auf einem n-leitenden Substrat 1 angeordnet, und eine InGaAsP-Schicht 4, die eine aktive Schicht 4 bildet, ist auf der n-leitenden InGaAsP-Schicht 3 angeordnet. Eine p-leitende InP-Schicht 5 ist auf der aktiven Schicht 4 vorgesehen, eine p-leitende InGaAsP-Schicht 12a, die die erste Lichtverteilungssteuerschicht 12 bildet, ist auf der p-leitenden InP-Schicht 5 angeordnet, und eine p-leitende InP-Schicht 7 ist auf der p-leitenden InGaAsP-Schicht 12a vorgesehen. Ein Beugungsgitter 16 ist auf der p-leitenden InP-Schicht 7 angeordnet, gefolgt von einer Anordnung von p-leitenden InP-Schichten 8 und 9 sowie einer p-leitenden In-GaAsP-Schicht 12b, die die zweite Lichtverteilungssteuer schicht 12b bildet, und einer p-leitenden InP-Schicht 10 ist auf der p-leitenden InGaAsP-Schicht 12 vorgesehen.
Ein Verfahren zur Herstellung der in 29 gezeigten DFB-Laservorrichtung ist im folgenden beschrieben. Wie in 30 gezeigt ist, werden die n-leitende InP-Schicht 3, (2) die aktive Schicht 4 aus InGaAsP, (3) die p-leitende InP-Schicht 5, (4) die p-leitende InGaAsP-Schicht 12a, (5) die p-leitende InP-Schicht 7, (6) eine p-leitende InGaAsP-Schicht 16 und (7) die p-leitende InP-Schicht 8 sukzessive, in aufsteigender Reihenfolge auf dem n-leitenden Substrat 1 bei demselben Schichtbildungsprozess gebildet. MOCVD, MBE oder LPE können zur Schichtbildung verwendet werden.
Danach werden die p-leitende InGaAsP-Schicht 16 und die p-leitende InP-Schicht 8 durch Interferenzbelichtung, Elektronenstrahlbelichtung und Ätzen gemustert, um Gitterstäbe zu bilden, wie es in 31 gezeigt ist. Danach wird (8) die p-leitende InP-Schicht 9 gebildet, um die Gräben zwischen den Gitterstäben des Beugungsgitters 16 aufzufüllen, gefolgt von der Bildung (9) der p-leitenden InGaAsP-Schicht 12b und (10) der p-leitenden InP-Schicht 10.
Bei der genannten Schichtbildung wird eine erste Schichtbildung vor dem Ätzen zur Bildung des Beugungsgitters 16 und eine zweite Schichtbildung nach dem Ätzen in entweder (a1) der gleichen Schichtbildungsvorrichtung, (a2) Schichtbildungsvorrichtungen, deren Verteilung der Dicken innerhalb einer Ebene einander ähnlich ist, oder (a3) Schichtbildungsvorrichtungen mit dem gleichen Aufbau ausgeführt.
Sowohl die n-leitende InGaAsP-Schicht 12a, die die erste Lichtverteilungssteuerschicht 12a bildet, als auch die n-leitende InGaAsP-Schicht 16, die das Beugungsgitter 16 bilden wird, werden vor dem Ätzen gebildet. Daher werden diese n-leitenden InGaAsP-Schichten 12a und 16 in einem kontinuierlichen Prozess gebildet. Daher weichen diese n-leitenden InGaAsP-Schichten 12a und 16 von Sollwerten der Dicken, Zusammensetzungen oder Brechungsindicess im wesentlichen im gleichen Verhältnis ab.
Wird die Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schicht 16 erhöht, so erhöht sich bei der herkömmlichen DFB-Laservorrichtung der Strahlkopplungskoeffizient. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedoch außerdem die Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schicht 12a im gleichen Verhältnis erhöht. Daher wird die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters über einen Sollwert E_design hinaus zu der n-leitenden InGaAsP-Schicht 12a verschoben, so dass sie von dem Beugungsgitter 16 entfernt wird, wie es in 32 gezeigt ist. Eine solche Verschiebung der Verteilung der Feldstärke E bewirkt eine Reduzierung des Strahlkopplungskoeffizienten. Daher kann vermieden werden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schichten 12a und 16 verändert, indem die Dicken dieser Schichten 12a und 16 geeignet gewählt werden.
Wird die Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schicht 16 verringert, so reduziert sich der Strahlkopplungskoeffizient. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die n-leitende InGaAsP-Schicht 12 aus den oben genannte Gründen reduziert. Daher wird die Verteilung der Feldstärke E entlang einer Richtung der Dicke des Wellenleiters zu dem Beugungsgitter 16 verschoben, wie es in 33 gezeigt ist. Der Strahlkopplungskoeffizient wird aufgrund einer solchen Verschiebung der Verteilung der Feldstärke E erhöht. Darüber hinaus kann in diesem Fall vermieden werden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Dicke der n-leitenden InGaAsP-Schichten 12a und 16 verändert, indem die Dicken dieser Schichten 12a und 16 geeignet gewählt werden.
Die p-leitenden InP-Schichten 7, 8 und 9, zwischen denen das Beugungsgitter 16 angeordnet ist, werden in irgendeinem der Schichtbildungsvorrichtungen (a1), (a2) oder (a3) gebildet, wie es weiter oben beschrieben ist, um eine ähnliche Verteilung der Dicke innerhalb einer Ebene aufzuweisen. Daher weichen diese Schichten 7, 8 und 9 im wesentlichen in gleicher weise von Sollwerten innerhalb einer Ebene ab.
Wird die Dicke der p-leitenden InP-Schicht 7 über den Sollwert erhöht, so wird demnach im Stand der Technik der Strahlkopplungskoeffizient reduziert. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedoch außerdem die Dicke der p-leitenden InP-Schichten 8 und 9 im gleichen Verhältnis erhöht. Daher wird die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters über den Sollwert E_design zum Beugungsgitter 16 hin verschoben, wie es in 34 gezeigt ist. Diese Verschiebung der Verteilung der Feldstärke E bewirkt eine Erhöhung des Strahlkopplungskoeffizienten, wodurch sich eine Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten als Folge einer Veränderung der p-leitenden InP-Schicht 7 und eine Veränderung als Folge einer Veränderung der p-leitenden InP-Schichten 8 und 9 gegenseitig aufheben. Folglich wird vermieden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Streuung der Dicken bei der Herstellung stark verändert.
Wird die Dicke der p-leitenden InP-Schicht 7 über den Sollwert reduziert, so wird im Stand der Technik der Strahlkopplungskoeffizient reduziert. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedoch außerdem die Dicke der p-leitenden InP-Schichten 8 und 9 im gleichen Verhältnis reduziert. Daher wird die Verteilung der Feldstärke E in Richtung der Dicke des Wellenleiters über den Sollwert E_design von dem Beugungsgitter 16 weggeschoben, wie es in 35 gezeigt ist. Diese Abweichung der Verteilung der Feldstärke E bewirkt eine Erhöhung des Strahlkopplungskoeffizienten, wo durch sich eine Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten als Folge einer Veränderung der p-leitenden InP-Schicht 7 und eine Veränderung als Folge einer Veränderung der p-leitenden Schichten 8 und 9 gegenseitig ausgleichen. Daher wird vermieden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Streuung der Dicken bei der Herstellung stark ändert.
Gemäß der Struktur des DFB-Laservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wie sie oben beschrieben ist kann vermieden werden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Zusammensetzung oder einer Veränderung der Dicke der Schicht 16, die das Beugungsgitter 16 bilden wird, ändert. Darüber hinaus beeinflusst eine Veränderung der Dicke der p-leitenden InP-Schichten 7, 8 und 9, die das Beugungsgitter 16 zwischen sich halten, den Strahlkopplungskoeffizienten in entgegengesetzter Richtung, wodurch vermieden wird, dass der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Veränderung der Dicke der p-leitenden InP-Schichten 7, 8 und 9 ändert.
Außerdem kann bei der DFB-Laservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform das Beugungsgitter 16 alternativ unter der aktiven Schicht 4 angeordnet sein, ähnlich wie bei der ersten bis vierten Ausführungsform, oder das Beugungsgitter 16 der DFB-Laservorrichtung kann eine Phasenverschiebung aufweisen. Die DFB-Laservorrichtung kann aus einem anderen Material, wie zum Beispiel InP/AlGaInAs aufgebaut sein. Ferner kann die DFB-Laservorrichtung mit einem Modulator integriert sein.
(Sechste Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf 36 sind gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine DFB-Laservorrichtung 20 und ein Modulator 39 auf einem (nicht gezeigten) Halbleitersubstrat in einer optischen Halbleiter vorrichtung monolithisch integriert gebildet. Die DFB-Laservorrichtung 20 ist durch eines der oben mit Bezug auf die erste bis fünfte Ausführungsform beschriebenen Verfahren gebildet.
Die monolithisch integrierte Vorrichtung liefert eine Spannung an die Elektroden 25a und 25b und injiziert einen Strom in eine aktive Schicht 4, um eine Oszillation entlang der aktiven Schicht 4 zu erzeugen, wobei eine bestimmte Wellenlänge durch ein Beugungsgitter 6 oder 16 oder dergleichen ausgewählt wird, um eine kontinuierlichen Oszillation mit der bestimmten Wellenlänge zu erhalten. Oszillierendes Licht wird von der aktiven Schicht 4 zu einer Absorptionsschicht 34 des Modulators 30 geführt, und kann durch die an die Elektroden 25a und 25b des Modulators angelegte Spannung moduliert werden.
Die DFB-Laservorrichtung 20 wird durch eines der mit Bezug auf die erste bis fünfte Ausführungsform beschriebenen Verfahren gebildet. Daher wird vermieden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Streuung bei der Herstellung stark verändert. Ferner sind die DFB-Laservorrichtung 20 und der Modulator 30 miteinander monolithisch integriert, wodurch die optische Halbleitervorrichtung miniaturisiert ist. Die DFB-Laservorrichtung 20 und der Modulator 30 können in einer Folge von Prozessschritten integriert werden, wodurch die Herstellungsproduktivität verbessert werden kann.
In jeder der ersten bis sechsten Ausführungsform kann der Brechungsindex der Lichtverteilungskontrollschicht höher gemacht werden als der Brechungsindex der Deckschichten.
Gemäß dieser Struktur kann die Lichtverteilungsdeckschicht die Verteilung der Feldstärke von Licht wirksam verschieben.
In jeder der ersten bis sechsten Ausführungsform kann das Verfahren zur Herstellung einer DFB-Laservorrichtung eine untere Deckschicht an einer Position bilden, die einer Unterschicht für das Beugungsgitter entspricht, eine Beugungsgitterschicht bilden, die das Beugungsgitter auf der unteren Deckschicht bilden wird, die Beugungsgitterschicht ätzen, die das Beugungsgitter mit den Gitterstäben bildet, und eine obere Deckschicht auf dem Beugungsgitter bilden, um einen Teil aufzufüllen, der dem Ätzen bei der Bildung des Beugungsgitters und der Deckschichten, einschließlich des Beugungsgitters, ausgesetzt ist, indem die untere Deckschicht und die obere Deckschicht mit entweder (a1) der gleichen Schichtbildungsvorrichtung, oder (a2) Schichtbildungsvorrichtungen, deren Verteilung der Dicken innerhalb einer Ebene einander ähnlich ist, oder (a3) Schichtbildungsvorrichtungen mit dem gleichen Aufbau gebildet wird.
Gemäß dieser Struktur können die obere und die untere Deckschichten, die von oberhalb bzw. unterhalb des Beugungsgitters angeordnet sind, so geformt werden, dass sie den gleichen Streuungsverlauf aufweisen. Zusätzlich zu einer Verringerung einer Veränderung des Strahlkopplungskoeffizienten, basierend auf dem gleichen Streuungsverlauf der Beugungsgitterschicht und der Lichtverteilungssteuerschicht können sich somit Veränderungsfaktoren, die von einer Streuung bei der Herstellung der Deckschichten stammen und den Strahlkopplungskoeffizient beeinflussen, aufheben. Folglich kann vermieden werden, dass sich der Strahlkopplungskoeffizient als Folge einer Streuung bei der Herstellung verändert, und die Ausbeute kann verbessert werden.

Claims

DFB-(Distributed Feedback)-Laservorrichtung, die durch einen Laserresonator gebildet ist und die Deckschichten (18a, 18b) umfasst, die auf einem Halbleitersubstrat (1) vorgesehen und auf beiden Seiten einer aktiven Schicht (4) angeordnet sind, und die ferner ein Beugungsgitter (6, 16) umfasst, das Gitterstäbe aufweist, deren Brechungsindex von dem der Deckschichten verschieden ist und die derart in einer der Deckschichten angeordnet sind, dass sie sich senkrecht zu einer Lichtemissionsrichtung erstrecken, wobei sie in der Lichtemissionsrichtung einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen, und die Folgendes umfasst: wenigstens eine Lichtverteilungssteuerschicht (2, 12, 12a, 12b), die in der Deckschicht und in einem Abstand von dem Beugungsgitter angeordnet ist, und die die gleiche Zusammensetzung wie das Beugungsgitter aufweist.
DFB-Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtverteilungssteuerschicht (2) so angeordnet ist, dass die aktive Schicht (4) zwischen der Lichtverteilungssteuerschicht (2) und dem Beugungsgitter (6) angeordnet ist.
DFB-Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtverteilungssteuerschicht (12) zwischen dem Beugungsgitter (16) und der aktiven Schicht (4) angeordnet ist.
DFB-Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtverteilungssteuerschicht (12) so angeordnet ist, dass das Beugungsgitter (16) zwischen der Lichtverteilungssteuerschicht (12) und der aktiven Schicht (4) angeordnet ist.
DFB-Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtverteilungssteuerschicht (2, 12) eine erste Lichtverteilungssteuerschicht (2) aufweist, die so angeordnet ist, dass die aktive Schicht (4) zwischen der ersten Lichtverteilungssteuerschicht (2) und dem Beugungsgitter (6) angeordnet ist, und die eine zweite Lichtverteilungssteuerschicht (12) aufweist, die so angeordnet ist, dass das Beugungsgitter (16) zwischen der zweiten Lichtverteilungssteuerschicht (12) und der aktiven Schicht (4) angeordnet ist.
DFB-Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtverteilungssteuerschicht (12a, 12b) eine dritte Lichtverteilungssteuerschicht (12a) aufweist, die zwischen dem Beugungsgitter (16) und der aktiven Schicht (4) angeordnet ist, und die eine vierte Lichtverteilungssteuerschicht (12b) aufweist, die so angeordnet ist, dass das Beugungsgitter (16) zwischen der vierten Lichtverteilungssteuerschicht (12b) und der aktiven Schicht (4) angeordnet ist.
DFB-Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Brechungsindex der Lichtverteilungssteuerschicht (2, 12, 12a, 12b) größer ist als der Brechungsindex der Deckschichten.
DFB-Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Beugungsgitter einen Phasenverschiebungsteil aufweist.
DFB-Laservorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Phasenverschiebungsteil des Beugungsgitters in der Mitte eines Hohlraums angeordnet ist, um eine Phase um eine Distanz zu verschieben, die 1/4 der Wellenlänge im Medium entspricht.