JP2000286501A - Distributed feedback semiconductor laser element - Google Patents

Distributed feedback semiconductor laser element

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JP2000286501A
JP2000286501A JP11093185A JP9318599A JP2000286501A JP 2000286501 A JP2000286501 A JP 2000286501A JP 11093185 A JP11093185 A JP 11093185A JP 9318599 A JP9318599 A JP 9318599A JP 2000286501 A JP2000286501 A JP 2000286501A
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layer
resonator
diffraction grating
laser device
semiconductor laser
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Akihiko Kasukawa
秋彦 粕川
Masaki Funahashi
政樹 舟橋
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distributed feedback semiconductor laser element of high single mode yield, low oscillating threshold current and high quantum efficiency. SOLUTION: In a distributed feedback semiconductor laser element that contains a layer structure, wherein a light absorption layer 9 of diffraction grating structure is formed above or below an active layer 4, an equivalent absorption coefficient of the light absorption layer 9 is large in a center part R1 of a resonator, and is small in the vicinity of an end surface R2 thereof. More specifically, the light absorption layer 9 is composed of the same semiconductor material, and its thickness is large at the center part R1 of the resonator, becomes thinner the nearer it gets to the vicinity of end surface R2 thereof.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は分布帰還型半導体レ
ーザ素子に関し、更に詳しくは、低い発振しきい値電流
でも高い量子効率を示し、安定した単一モードを高い歩
留まりで実現する分布帰還型半導体レーザ素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser device, and more particularly, to a distributed feedback semiconductor laser device which exhibits high quantum efficiency even at a low lasing threshold current and realizes a stable single mode with a high yield. The present invention relates to a laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】波長多重通信システムの実現が進められ
ているが、それに用いるレーザ光源に対しては、安定し
た単一モード発振を高い歩留まりで実現することが必要
とされ、また高い動作信頼性の確保のために、駆動電力
の低減ということが必要とされている。
2. Description of the Related Art A wavelength division multiplexing communication system has been realized, but it is necessary for a laser light source used for the same to realize stable single mode oscillation with a high yield, and high operation reliability. It is necessary to reduce the driving power in order to secure the power.

【0003】このような要求を満たすレーザ光源に関し
ては、半導体から成る共振器内部に屈折率の実部と虚部
を周期的に変化させる回折格子構造を形成し、特定波長
のレーザ光だけに帰還がかかるようにして波長選択性を
もたせた分布帰還型半導体レーザ素子の検討が進められ
ている。この分布帰還型半導体レーザ素子のうち、光吸
収性の回折格子構造を有する分布帰還型半導体レーザ素
子につき、その1例Aを図5に示す。
With respect to a laser light source that satisfies such demands, a diffraction grating structure that periodically changes the real and imaginary parts of the refractive index is formed inside a resonator made of a semiconductor, and is fed back only to a laser beam of a specific wavelength. A distributed feedback semiconductor laser device having wavelength selectivity as described above has been studied. FIG. 5 shows an example A of a distributed feedback semiconductor laser device having a light absorbing diffraction grating structure among the distributed feedback semiconductor laser devices.

【0004】このレーザ素子Aは、例えばn−InPか
ら成る基板1の上に、例えばn−InPから成るバッフ
ァ層2が形成され、更にその上に、例えばi−GaIn
AsPから成る下部光閉じ込め層3,例えばi−GaI
nAsPを用いた量子井戸構造の活性層4,例えばi−
GaInAsPから成る上部光閉じ込め層5が順次積層
されている。更に、上部光閉じ込め層5の上部には例え
ばp−InPから成る上部クラッド層6と例えばp−I
nGaAsから成るコンタクト層7が積層され、全体の
側部は、例えばp−InPから成る層8aと例えばn−
InPから成る層8bをこの順序で積層した埋め込み層
8で埋め込まれている。
In this laser device A, a buffer layer 2 made of, for example, n-InP is formed on a substrate 1 made of, for example, n-InP, and further, for example, i-GaIn
Lower optical confinement layer 3 made of AsP, for example, i-GaI
Active layer 4 having a quantum well structure using nAsP, for example, i-
An upper light confinement layer 5 made of GaInAsP is sequentially stacked. Furthermore, an upper cladding layer 6 made of, for example, p-InP and a p-I
A contact layer 7 made of nGaAs is laminated, and the entire side portion is made of a layer 8a made of p-InP and an n-
The layer 8b made of InP is buried in the buried layer 8 which is laminated in this order.

【0005】上記した層構造では下部クラッド層を設け
ていないが、この材料系の場合、バッファ層もクラッド
層もn−InP系であるためこれらは同一であるとみな
してもよい。なお、下部クラッド層に相当する部分をバ
ッファ層と別個に設けてもよい。そして、上部クラッド
層6の中には、上部光閉じ込め層5から上方に離隔した
位置に例えばn−InGaAsの回折格子9aから成る
回折格子構造の光吸収層9が形成されている。
Although the lower cladding layer is not provided in the above-described layer structure, in the case of this material system, both the buffer layer and the cladding layer are of the n-InP type, so they may be regarded as the same. Note that a portion corresponding to the lower cladding layer may be provided separately from the buffer layer. In the upper cladding layer 6, a light absorption layer 9 having a diffraction grating structure composed of, for example, an n-InGaAs diffraction grating 9a is formed at a position separated upward from the upper light confinement layer 5.

【0006】この光吸収層9は、埋め込み層8で挟まれ
た幅内を素子(共振器)の長手方向に延在して形成され
ており、この光吸収層9を構成する各回折格子9aの組
成と厚みは全て同じであり、また回折格子9aの周期は
概ね240nm程度になっている。なお、この埋め込み型
素子において、基板1の裏面とコンタクト層7の上面に
はそれぞれ下部電極と上部電極(いずれも図示しない)
が形成され、また両端面にはそれぞれ所定反射率の反射
膜(図示しない)が形成されることもあることはいうま
でもない。
The light absorbing layer 9 is formed so as to extend in the longitudinal direction of the element (resonator) within the width sandwiched by the buried layers 8, and each diffraction grating 9a constituting the light absorbing layer 9 is formed. Are all the same in composition and thickness, and the period of the diffraction grating 9a is about 240 nm. In this embedded device, a lower electrode and an upper electrode (both not shown) are provided on the back surface of the substrate 1 and the upper surface of the contact layer 7, respectively.
It is needless to say that a reflection film (not shown) having a predetermined reflectance may be formed on both end surfaces.

【0007】この構造のレーザ素子は、ストップバンド
の短波長側で発振するため、通常の屈折率複合型のもの
に比べて単一モードの歩留まりは高くなるということが
理論計算されている。そのため、この光吸収性の回折格
子構造を有する分布帰還型半導体レーザ素子は、有望な
単一モード用レーザ素子として位置づけられている。
[0007] It has been theoretically calculated that the laser device having this structure oscillates on the short wavelength side of the stop band, so that the single-mode yield is higher than that of an ordinary compound with a complex refractive index. Therefore, the distributed feedback semiconductor laser device having the light absorbing diffraction grating structure is positioned as a promising single mode laser device.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造のレーザ素子の場合、光吸収層は、組成と厚みが同じ
回折格子が等間隔で共振器の長手方向に一様に配列した
回折格子構造になっているので、共振器全体としての発
振レーザ光に対する損失は大きくなるという問題があ
る。
However, in the case of the laser device having the above structure, the light absorbing layer has a diffraction grating structure in which diffraction gratings having the same composition and thickness are uniformly arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the resonator. Therefore, there is a problem that the loss of the oscillation laser light as a whole of the resonator becomes large.

【0009】その結果、レーザ素子を駆動するための発
振しきい値電流は高くなり、レーザの量子効率も低くな
る。本発明は、光吸収性の回折格子構造を有する分布帰
還型半導体レーザ素子における上記した問題を解決し、
単一モードの歩留まりは高く、そして損失が小さいので
発振しきい値電流は低くなり、しかも低い発振しきい値
電流であっても量子効率は高くなる分布帰還型半導体レ
ーザ素子の提供を目的とする。
As a result, the oscillation threshold current for driving the laser element increases, and the quantum efficiency of the laser decreases. The present invention solves the above-described problems in a distributed feedback semiconductor laser device having a light absorbing diffraction grating structure,
The object of the present invention is to provide a distributed feedback semiconductor laser device in which the single mode yield is high and the loss is small, so that the oscillation threshold current is low, and the quantum efficiency is high even at a low oscillation threshold current. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、活性層の上方または下方に
回折格子構造の光吸収層が形成されている層構造を有す
る分布帰還型半導体レーザ素子において、前記光吸収層
の等価的な吸収係数が、共振器の中央部で大きく、かつ
共振器の端面近傍で小さくなっていることを特徴とする
分布帰還型半導体レーザ素子が提供される。
According to the present invention, there is provided a distributed feedback semiconductor having a layer structure in which a light absorption layer having a diffraction grating structure is formed above or below an active layer. In the laser device, there is provided a distributed feedback semiconductor laser device, wherein an equivalent absorption coefficient of the light absorption layer is large at a central portion of the resonator and small near an end face of the resonator. .

【0011】その場合、共振器長方向における前記光吸
収層の吸収係数は、前記吸収層の厚みとそれを構成する
半導体材料とを組み合わせて調整されている。具体的に
は、前記光吸収層の回折格子は同じ半導体材料で構成さ
れ、かつ、その厚みは共振器の中央部で厚く、共振器の
端面近傍に向かうほど薄くなっている分布帰還型半導体
レーザ素子が提供される。
In this case, the absorption coefficient of the light absorption layer in the cavity length direction is adjusted by combining the thickness of the absorption layer and the semiconductor material constituting the absorption layer. Specifically, a distributed feedback semiconductor laser in which the diffraction grating of the light absorption layer is made of the same semiconductor material, and the thickness of which is thicker at the center of the resonator and becomes thinner toward the end face of the resonator. An element is provided.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1,図2に、本発明のレーザ素
子の1例Bを示す。図1は、レーザ素子Bの全体の層構
造を示す一部切欠斜視図であり、図2は図1における破
線領域Cを示す拡大図である。なお、図1と図2で示し
たこのレーザ素子Bの場合、後述する光吸収層が同じ半
導体材料で形成されている。
1 and 2 show an example B of a laser device according to the present invention. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the entire layer structure of the laser element B, and FIG. 2 is an enlarged view showing a dashed area C in FIG. In the case of the laser element B shown in FIGS. 1 and 2, a light absorbing layer described later is formed of the same semiconductor material.

【0013】このレーザ素子Bは、光吸収層9が後述す
る構成になっていることを除いては図5で示したレーザ
素子Aと同じ層構造になっている。また、光吸収層9を
構成する個々の回折格子9aが、共振器の長手方向に所
定の周期で配列していることも同じである。しかしなが
ら、回折格子構造をなして配列する回折格子9aの厚み
が、共振器の中央部R1から共振器の端面近傍R2にかけ
て徐々に薄くなっているという点で図5で示したレーザ
素子Aと異なっている。
The laser element B has the same layer structure as the laser element A shown in FIG. 5 except that the light absorbing layer 9 has a configuration described later. The same is true for the individual diffraction gratings 9a constituting the light absorbing layer 9 being arranged at a predetermined period in the longitudinal direction of the resonator. However, the thickness of the diffraction grating 9a is arranged in a grating structure, the laser device A shown in FIG. 5 in that it is gradually thinner from the central portion R 1 of the cavity toward the end face neighborhood R 2 resonators Is different.

【0014】光吸収層9を上記したように構成すること
により、レーザ素子Aの場合と同じように高い単一モー
ド歩留まりは確保されつつ、共振器の中央部R1におけ
る光吸収層の等価的吸収係数は大きく、また共振器の端
面近傍R2側ほど光吸収層の等価的吸収係数は小さくな
っている。したがって、発振レーザ光の端面近傍R2
おける損失は小さくなるため、素子全体を駆動するに要
する発振しきい値電流も低くなり、また量子効率は高く
なる。
By configuring the light absorbing layer 9 as described above, a high single mode yield is secured as in the case of the laser element A, and the equivalent of the light absorbing layer at the central portion R 1 of the resonator is obtained. absorption coefficient is large, also equivalent absorption coefficient near the end surface R 2 side as the light-absorbing layer of the resonator is small. Accordingly, since the loss is smaller at the end face neighborhood R 2 of the oscillation laser beam, is also lowered oscillation threshold current required to drive the entire device, also the quantum efficiency is higher.

【0015】すなわち、レーザ素子Bは、高い単一モー
ド歩留まりを確保しつつ、損失が少ないので発振しきい
値電流は低くなり、またその低い発振しきい値電流でも
高い量子効率で駆動するレーザ素子になっている。この
ように、本発明のレーザ素子は、共振器の中央部R1
位置する光吸収層の部分における等価的吸収係数を大き
くし、端面近傍R2に位置する光吸収層の部分における
等価的吸収係数を小さくすることにより端面近傍R2
おける発振レーザ光の損失を小さくし、もって発振しき
い値電流を低くするということを技術思想にして開発さ
れたものである。
That is, the laser element B has a low oscillation threshold current because of a small loss while securing a high single-mode yield, and a laser element driven with high quantum efficiency even at the low oscillation threshold current. It has become. As described above, the laser device of the present invention increases the equivalent absorption coefficient in the portion of the light absorption layer located at the central portion R 1 of the resonator, and increases the equivalent absorption coefficient in the portion of the light absorption layer located near the end face R 2. the absorption coefficient to reduce the loss of the emitted laser light at the end face neighborhood R 2 by reducing, with it have been developed in the technical idea that to lower the oscillation threshold current.

【0016】図1と図2で示したレーザ素子Bは、光吸
収層9を構成する半導体材料は各回折格子9aで全て同
一とし、厚みを変えることにより上記した技術思想を実
現する態様である。上記した技術思想を実現するために
は、レーザ素子Bのような態様に限定されることなく、
例えば、光吸収層9における各回折格子9aの厚みは全
て同じとし、しかし、共振器の中央部R1と端面近傍R2
に位置する回折格子の組成が異なり、したがって吸収係
数が異なる半導体材料で構成してもよく、また厚みと組
成の双方を変化させて光吸収層を形成してもよい。
The laser element B shown in FIGS. 1 and 2 is an embodiment in which the semiconductor material constituting the light absorbing layer 9 is all the same for each diffraction grating 9a and the above-described technical idea is realized by changing the thickness. . In order to realize the above technical idea, the present invention is not limited to a mode such as the laser element B,
For example, the diffraction grating 9a all thickness same city in the light absorbing layer 9, however, the resonance center portion of the vessel R 1 and the end face neighborhood R 2
May be made of semiconductor materials having different compositions and therefore different absorption coefficients, and the light absorbing layer may be formed by changing both the thickness and the composition.

【0017】次に、本発明のレーザ素子の製造方法を、
図1で示したレーザ素子Bを例にして説明する。まず、
図3で示したように、基板1の上に、MOCVD法やG
SMBE法などで所定の半導体材料から成るバッファ層
2,下部光閉じ込め層3,活性層4,上部光閉じ込め層
5を順次成膜し、その上部光閉じ込め層5の上に上部ク
ラッド用の半導体材料から成る層6aを形成した層構造
0を製造する。この層6aの厚みは、この上に形成さ
れる後述の光吸収層に電界の一部をオーバーラップさせ
るという機能を発揮させるために、半導体材料によって
も異なるが、通常、30〜500nm程度に設定される。
Next, a method for manufacturing a laser device of the present invention will be described.
A description will be given by taking the laser element B shown in FIG. 1 as an example. First,
As shown in FIG. 3, the MOCVD method or the G
A buffer layer 2, a lower optical confinement layer 3, an active layer 4, and an upper optical confinement layer 5 are sequentially formed by a predetermined semiconductor material by the SMBE method or the like, and a semiconductor material for an upper clad is formed on the upper optical confinement layer 5. producing a layer structure B 0 to form a layer 6a made of. The thickness of this layer 6a differs depending on the semiconductor material in order to exert a function of overlapping a part of the electric field with a light absorption layer described later formed thereon, but is usually set to about 30 to 500 nm. Is done.

【0018】ついで、この層構造B0の層6aの全面を
被覆して例えばSiNx膜を成膜したのち、例えばRI
Eを適用して、図4で示した開口Dが連続して連なって
いるような平面パターンのマスクMを形成して層構造B
1を製造する。この開口Mは、中央部D1は狭幅な開口部
であり、その両端が広幅な開口部D2になっていて、全
体の長手方向は、形成すべき素子における共振器の長手
方向と同じ方向を向いており、かつそれぞれは光吸収層
が形成されるべき平面箇所に相当する箇所に形成されて
いる。
Then, after covering the entire surface of the layer 6a of the layer structure B 0 , for example, a SiNx film is formed, and then, for example, RI
E to form a mask M having a planar pattern in which the openings D shown in FIG.
Manufacture 1 . The opening M is a central portion D 1 is a narrow opening, and both ends have become wide opening D 2, the entire longitudinal direction, the same as the longitudinal direction of the resonator in the device to be formed Each is formed at a location corresponding to a plane location where the light absorbing layer is to be formed.

【0019】ついで、この層構造B1に対して形成すべ
き光吸収層を構成する半導体材料の選択成長を行って、
マスクMの開口Dから表出している層6a(上部クラッ
ド層の一部)の上に当該半導体材料を堆積する。この選
択成長時に、狭幅開口部D1には半導体材料が厚く堆積
し、開口が広幅になるにつれて堆積した半導体材料の厚
みは薄くなり、最も広幅である開口の両端では最も薄く
なる。したがって、選択成長が終了した時点では、マス
クの開口Dには、その中央部(狭幅開口部D1)におけ
る厚みが最も厚く、両端にいくにしたがい厚みが薄くな
る層が形成される。これが、目的とする光吸収層の前駆
体である。
Next, a semiconductor material constituting a light absorbing layer to be formed on the layer structure B 1 is selectively grown,
The semiconductor material is deposited on the layer 6a (part of the upper clad layer) exposed from the opening D of the mask M. During this selective growth, narrow semiconductor material is deposited thickly in the width opening D 1, the thickness of the semiconductor material deposited as the opening becomes wider becomes thinner, the thinnest at both ends of the opening is widest. Therefore, when the selective growth is completed, a layer is formed in the opening D of the mask, the layer having the largest thickness at the central portion (narrow opening portion D 1 ) and decreasing in thickness toward both ends. This is the desired light absorbing layer precursor.

【0020】ついで、マスクMを例えばRIEで除去す
る。層6aの上には光吸収層の前駆体が配列する。そし
て、この配列している光吸収層の前駆体に対して例えば
2光束干渉露光法とエッチング処理を施すことにより、
当該前駆体を所定のピッチで刻んで所定周期の回折格子
構造に加工する。したがって、加工された回折格子構造
における各回折格子は、中央部(狭幅開口部D1の箇所
に相当)に位置するものの厚みが厚くなっており、両端
にいくほど薄くなっている。
Next, the mask M is removed by, for example, RIE. The precursor of the light absorbing layer is arranged on the layer 6a. Then, for example, by performing a two-beam interference exposure method and an etching process on the arranged precursors of the light absorption layer,
The precursor is chopped at a predetermined pitch and processed into a diffraction grating structure having a predetermined period. Accordingly, the diffraction grating in the processed diffraction grating structure, the thickness of those located in the central portion (corresponding to the position of the narrow opening D 1) has become thicker, thinner toward both ends.

【0021】ついで、この回折格子構造の上に所定半導
体材料を堆積して上部クラッド層を形成してその中に上
記回折格子構造から成る光吸収層を埋設し、更に上部ク
ラッド層の上にコンタクト層を形成して図1で示した層
構造Bにする。なお、埋め込み層は、上記した一連の過
程で形成される。そして、基板の裏面とコンタクト層の
上に下部電極と上部電極をそれぞれ形成したのち、共振
器の長さに劈開してバーを製造し、更にそのバーを切断
加工して目的とする半導体レーザ素子にする。
Next, a predetermined semiconductor material is deposited on the diffraction grating structure to form an upper cladding layer, a light absorbing layer having the diffraction grating structure is buried therein, and a contact is formed on the upper cladding layer. A layer is formed to obtain the layer structure B shown in FIG. The buried layer is formed in the above-described series of processes. After forming a lower electrode and an upper electrode on the back surface of the substrate and on the contact layer, respectively, the substrate is cleaved to the length of the resonator to produce a bar, and the bar is cut and processed to obtain a desired semiconductor laser device. To

【0022】したがって、得られたレーザ素子における
光吸収層9は、共振器の中央部R1ではその厚みが厚
く、共振器の端部近傍R2ではその厚みが薄い回折格子
9aが共振器の長手方向に配列した回折格子構造を備え
ている。また平面視したときには、素子の幅方向におけ
る中央部に上記回折格子構造が位置している。なお、上
記した説明は光吸収層9が活性層4の上方に位置する場
合であるが、本発明のレーザ素子は、この光吸収層が活
性層の下方に位置している場合でも同じ効果を発揮す
る。
[0022] Thus, the light absorption layer 9 in the laser device obtained in the resonator of the central portion R 1 in increasing its thickness, cavity near the end R 2 in its thickness is thin diffraction grating 9a is resonators It has a diffraction grating structure arranged in the longitudinal direction. When viewed in a plan view, the diffraction grating structure is located at the center in the width direction of the element. Although the above description is directed to the case where the light absorbing layer 9 is located above the active layer 4, the laser device of the present invention has the same effect even when the light absorbing layer is located below the active layer. Demonstrate.

【0023】[0023]

【実施例】図1と図2で示した本発明のレーザ素子Bを
次のようにして製造した。MOCVD法で、まずn−I
nP基板1の上にn−InPから成る厚み0.5μmの
バッファ層2を成膜した。ついで、このバッファ層2の
上に、i−GaInAsP(λg=1.2μm)から成
る厚み50nmの下部光閉じ込め層3,歪み1%のGaI
nAsPから成る量子井戸6層とGaInAsP(λg
=1.2μm)から成る障壁層とで構成された量子井戸
構造の活性層4,i−GaInAsP(λg=1.2μ
m)から成る厚み50nmの上部光閉じ込め層5を順次成
膜した。
EXAMPLE The laser device B of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured as follows. First, the n-I
A buffer layer 2 made of n-InP and having a thickness of 0.5 μm was formed on an nP substrate 1. Next, on this buffer layer 2, a 50 nm-thick lower optical confinement layer 3 made of i-GaInAsP (λg = 1.2 μm)
Six layers of quantum wells composed of nAsP and GaInAsP (λg
= 1.2 μm) and an active layer 4, i-GaInAsP (λg = 1.2 μm) having a quantum well structure composed of a barrier layer composed of
m), an upper optical confinement layer 5 having a thickness of 50 nm was sequentially formed.

【0024】そして、上部光閉じ込め層5の上に、p−
InPを厚み50nmで堆積して図3で示した層構造B0
を製造したのち、この層6aの上に、プラズマCVD法
でSiNx膜を成膜したのちRIEにより図4で示した
平面パターンMを形成した。この平面パターンMにおけ
る開口Dは、全体の長さが形成する共振器の長さに相当
する300μmであり、その狭幅開口部D1の幅が10
μmであり、両端の広幅開口部D2の幅が100μmに
なっており、狭幅開口部D1から両端の広幅開口部D2
では湾曲を描いて徐々に広幅する形状になっている。
Then, on the upper optical confinement layer 5, p-
InP is deposited at a thickness of 50 nm to form a layer structure B 0 shown in FIG.
Was manufactured, a SiNx film was formed on the layer 6a by a plasma CVD method, and then the plane pattern M shown in FIG. 4 was formed by RIE. The opening D in the plane pattern M is 300 μm corresponding to the length of the resonator formed by the entire length, and the width of the narrow opening D 1 is 10 μm.
a [mu] m, the width of the wide opening D2 at both ends has become a 100 [mu] m, it has a shape gradually broadening depict curved from the narrow opening D 1 to wide opening D 2 at both ends.

【0025】ついで、この層構造B1に対し、n−In
GaAs(λg=1.65μm)の選択成長を行った。
マスクMから表出している層6aの上には開口の狭幅開
口部D 1では厚みが20nm,広幅開口部D2では厚みが5
nmであり、狭幅開口部D1から広幅開口部D2にかけて厚
みが漸減していくn−InGaAs層が形成された。R
IEでマスクMを除去したのち、上記したn−InGa
As層に対して2光束干渉露光法とエッチング処理を行
い、ピッチ約240nmの回折格子構造を形成した。
Next, the layer structure B1For n-In
Selective growth of GaAs (λg = 1.65 μm) was performed.
A narrow opening is formed on the layer 6a exposed from the mask M.
Mouth D 1Has a thickness of 20 nm and a wide opening DTwoThen the thickness is 5
nm and the narrow opening D1To wide opening DTwoThick over
An n-InGaAs layer having a gradually decreasing amount was formed. R
After removing the mask M by IE, the n-InGa
Two-beam interference exposure method and etching treatment were performed on the As layer.
A diffraction grating structure having a pitch of about 240 nm was formed.

【0026】ついで、この上に、p−InPを堆積して
厚み2.5μmの上部クラッド層6を形成し、更にその
上にp−InGaAsから成る厚み0.5μmのコンタ
クト層7を形成して図1の層構造Bにした。なお、この
過程で、p−InPから成る層8aとn−InPから成
る層8bで埋め込み層8を形成して光吸収層9を埋め込
んだ。
Next, a 2.5 μm thick upper cladding layer 6 is formed by depositing p-InP thereon, and a 0.5 μm thick contact layer 7 made of p-InGaAs is further formed thereon. The layer structure B shown in FIG. In this process, the light absorption layer 9 was embedded by forming the embedded layer 8 with the layer 8a made of p-InP and the layer 8b made of n-InP.

【0027】最後に、基板1の裏面にAuGeNiから
成る下部電極,コンタクト層7の上にAuZnから成る
上部電極をそれぞれ形成したのち、共振器長300μm
に劈開してバーにそれを切断加工して本発明のレーザ素
子Bにした。比較のために、光吸収層における各回折格
子の厚みが共振器の長手方向で20nmと一定であること
を除いては、実施例と同じ層構造のレーザ素子Aを製造
した。
Finally, a lower electrode made of AuGeNi is formed on the back surface of the substrate 1, and an upper electrode made of AuZn is formed on the contact layer 7, and the resonator length is 300 μm.
The bar was cleaved and cut into bars to obtain a laser device B of the present invention. For comparison, a laser device A having the same layer structure as that of the example was manufactured except that the thickness of each diffraction grating in the light absorption layer was constant at 20 nm in the longitudinal direction of the resonator.

【0028】これら2種類のレーザ素子の特性を評価し
た。まず、両者とも単一モード歩留まりは80%と高い
値を示した。そして、比較例のレーザ素子Aの場合、発
振しきい値電流は15mA,量子効率は0.16W/Aで
あったが、本発明のレーザ素子Bでは発振しきい値電流
が8mA,量子効率が0.28W/Aであり、その素子特
性は非常に向上していた。
The characteristics of these two types of laser devices were evaluated. First, both showed a high single mode yield of 80%. In the case of the laser device A of the comparative example, the oscillation threshold current was 15 mA and the quantum efficiency was 0.16 W / A, but in the laser device B of the present invention, the oscillation threshold current was 8 mA and the quantum efficiency was It was 0.28 W / A, and the device characteristics were extremely improved.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
分布帰還型半導体レーザ素子は、光吸収性の回折格子が
形成されているので高い単一モード歩留まりを示すと同
時に、共振器の中央部における光吸収層の吸収係数が大
きく、共振器の端面近傍における光吸収層の吸収係数が
小さくなる構造になっているので発振レーザ光の損失が
少なくなる。そのため、発振しきい値電流は低くなり、
量子効率は高くなり、その工業的価値は大である。
As is apparent from the above description, the distributed feedback semiconductor laser device of the present invention exhibits a high single mode yield due to the formation of the light-absorbing diffraction grating and, at the same time, has a high efficiency of the cavity. Since the absorption coefficient of the light absorption layer at the center is large and the absorption coefficient of the light absorption layer near the end face of the resonator is small, the loss of the oscillating laser light is reduced. Therefore, the oscillation threshold current becomes low,
Quantum efficiency is high and its industrial value is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のレーザ素子の層構造を示す部分切欠斜
視図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a layer structure of a laser device of the present invention.

【図2】図1の破線領域Cの部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of a dashed area C in FIG. 1;

【図3】本発明のレーザ素子の製造時における最初の層
構造B0を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an initial layer structure B 0 at the time of manufacturing the laser device of the present invention.

【図4】層構造B0にマスクを形成した層構造B1を示す
斜視図である。
Is a perspective view showing a layer structure B 1 obtained by forming a mask [FIG. 4] layer structure B 0.

【図5】従来のレーザ素子の層構造を示す部分切欠斜視
図である。
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing a layer structure of a conventional laser element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 3 下部光閉じ込め層 4 活性層 5 上部光閉じ込め層 6 上部クラッド 7 コンタクト層 8 埋め込み層 9 回折格子構造の光吸収層 9a 回折格子 R1 共振器の中央部 R2 共振器の端部近傍 M マスク D マスクMの開口 D1 開口Dの狭幅開口部 D2 開口Dの広幅開口部1 substrate 2 of the buffer layer 3 lower optical confinement layer 4 active layer 5 upper optical confinement layer 6 upper clad 7 contact layer 8 buried layer 9 grating structure of the optical absorption layer 9a diffraction grating R 1 resonator central portion of the R 2 resonator wide opening of the narrow opening D 2 opening D of the opening D 1 opening D near the end M mask D mask M

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層の上方または下方に回折格子構造
の光吸収層が形成されている層構造を有する分布帰還型
半導体レーザ素子において、 前記光吸収層の等価的な吸収係数が、共振器の中央部で
大きく、かつ共振器の端面近傍で小さくなっていること
を特徴とする分布帰還型半導体レーザ素子。
1. A distributed feedback semiconductor laser device having a layer structure in which a light absorption layer having a diffraction grating structure is formed above or below an active layer, wherein an equivalent absorption coefficient of the light absorption layer is equal to that of a resonator. A distributed feedback semiconductor laser device characterized in that it is larger at the center of the laser diode and smaller near the end face of the resonator.
【請求項2】 共振器長方向における前記光吸収層の吸
収係数は、前記吸収層の厚みとそれを構成する半導体材
料とを組み合わせて調整されている請求項1の分布帰還
型半導体レーザ素子。
2. The distributed feedback semiconductor laser device according to claim 1, wherein an absorption coefficient of the light absorption layer in a cavity length direction is adjusted by a combination of a thickness of the absorption layer and a semiconductor material forming the absorption layer.
【請求項3】 前記光吸収層の回折格子は同じ半導体材
料で構成され、かつ、その厚みは共振器の中央部で厚
く、共振器の端面近傍に向かうほど薄くなっている請求
項1の分布帰還型半導体レーザ素子。
3. The distribution according to claim 1, wherein the diffraction grating of the light absorbing layer is made of the same semiconductor material, and the thickness of the diffraction grating is thicker at the center of the resonator and becomes thinner toward the end face of the resonator. Feedback semiconductor laser device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7551662B2 (en) 2005-12-06 2009-06-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Distributed feedback (DFB) quantum dot laser structure

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