JP2001237493A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JP2001237493A
JP2001237493A JP2000047029A JP2000047029A JP2001237493A JP 2001237493 A JP2001237493 A JP 2001237493A JP 2000047029 A JP2000047029 A JP 2000047029A JP 2000047029 A JP2000047029 A JP 2000047029A JP 2001237493 A JP2001237493 A JP 2001237493A
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layer
semiconductor laser
active layer
electrode
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JP2000047029A
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Japanese (ja)
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Mitsuhiro Sawada
光浩 澤田
Masakatsu Yamamoto
昌克 山本
Atsushi Nakamura
厚 中村
Yoriyoshi Yamaguchi
頼儀 山口
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance a side mode suppression ratio for stable gain coupling. SOLUTION: There are provided a first conductivity-type semiconductor substrate, an active layer (MQW active layer) formed on the main-surface side of the semiconductor substrate, a second conductivity-type guide layer overlapping the active layer, a second conductivity-type clad layer provided on the surface side of the guide layer, a diffraction lattice formed between the guide layer and the clad layer, a high resistance region provided at a part comprising the active layer at the same cycle with the diffraction lattice, an electrode which is connected electrically to the semiconductor substrate, and an electrode electrically connected to the clad layer. A carrier generated by the electric potential applied between the pair of electrodes flows the active region except for the high resistance region. The high resistance region is implanted with proton as an impurity.

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】本発明は半導体レーザに関
し、特に利得結合型分布帰還型レーザにおいてレーザ発
振スペクトルを単一モード化するとともに、発振波長を
特定化する技術に適用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly to a technique which is effective when applied to a technique of making a laser oscillation spectrum into a single mode and specifying an oscillation wavelength in a gain-coupled distributed feedback laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】分布帰還型レーザの一つとして、利得結
合型分布帰還型レーザが知られている。利得結合型分布
帰還型レーザの一つとして、MQW(Multi Quantum We
ll)活性層に沿って所定ピッチで所定長さの電流阻止層
を配置し、2モードのレーザ発振スペクトルの短波長側
のモードだけを立たせて単一モード化を図る構造が知ら
れている。この種の利得結合型分布帰還型レーザについ
ては、例えば、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS.VO
L.8,NO.11,NOVEMBER 1996,PP1438-1440に記載されてい
る。
2. Description of the Related Art A gain-coupled distributed feedback laser is known as one of distributed feedback lasers. As one of gain-coupled distributed feedback lasers, MQW (Multi Quantum We
ll) A structure is known in which a current blocking layer having a predetermined length is arranged at a predetermined pitch along an active layer, and only a mode on a short wavelength side of a two-mode laser oscillation spectrum is made to be a single mode. For this type of gain-coupled distributed feedback laser, see, for example, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS.
L.8, NO.11, NOVEMBER 1996, PP1438-1440.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】光ファイバを用いた公
衆通信網において、幹線系では、ペルチェ素子等の冷却
装置を用いて半導体レーザの温度制御を図り、所望のレ
ーザ発振を行わせ、これによって安定した通信を行う手
法が採用されている。これに対して、加入者系ではコス
ト低減のためペルチェ素子を組み込まない半導体レーザ
が使用されている。
In a public communication network using an optical fiber, in a trunk line system, a cooling device such as a Peltier element is used to control the temperature of a semiconductor laser so that desired laser oscillation is performed. A technique for performing stable communication is employed. On the other hand, a semiconductor laser without a Peltier element is used in a subscriber system for cost reduction.

【0004】図17(a)〜(c)は半導体レーザのレ
ーザ発振スペクトルを示す図である。従来の均一回折格
子を有する分布帰還型レーザは、図17(a)に示すよ
うに、レーザ発振スペクトルが殆ど2モード化する。
FIGS. 17A to 17C are diagrams showing laser oscillation spectra of a semiconductor laser. In a conventional distributed feedback laser having a uniform diffraction grating, the laser oscillation spectrum is almost bimodal as shown in FIG.

【0005】このため、従来のこの種半導体レーザにお
いては、半導体レーザチップの両端面の出射面に反射率
が相互に異なるコーティング膜〔前方出射面にAR(An
ti Reflection)膜、後方出射面にHR(High Reflecti
on)膜〕を形成し、図17(b)に示すように一方のモ
ードだけを立たせて単一モード化を図っている(サイド
モード抑圧比の高い半導体レーザ)。この際、どちらの
モードが立つかは確率で決まる。
For this reason, in a conventional semiconductor laser of this type, a coating film having different reflectivities is formed on the emission surfaces at both end surfaces of the semiconductor laser chip [AR (An
ti Reflection) film, HR (High Reflecti
on) film], and as shown in FIG. 17 (b), only one mode is set up to achieve a single mode (a semiconductor laser having a high side mode suppression ratio). At this time, which mode is set is determined by the probability.

【0006】しかし、使用温度環境が変化すると、設計
によるモードとは異なるモードが立ってしまい、通信の
波長が変わり、安定した通信が行えなくなる。使用温度
環境が大きく異なる例としては、極端な例であるが室温
(25℃)よりも温度が際立って高い砂漠や温度が際立
って低い極寒の地等がある。前記短波長側モードと長波
長側モードとの間の波長の差は、例えば2nm程度であ
る。
However, when the operating temperature environment changes, a mode different from the mode according to the design is set up, the communication wavelength changes, and stable communication cannot be performed. Extremely different examples of the operating temperature environment include an extreme example, such as a desert where the temperature is remarkably higher than room temperature (25 ° C.) and an extremely cold region where the temperature is remarkably low. The difference in wavelength between the short wavelength mode and the long wavelength mode is, for example, about 2 nm.

【0007】そこで、図17(c)に示すように、2モ
ードのレーザ発振スペクトルの短波長側のモードだけを
立たせて単一モード化を図る利得結合型分布帰還型レー
ザが開発されている。
Therefore, as shown in FIG. 17 (c), a gain-coupled distributed feedback laser has been developed in which only a mode on the short wavelength side of a two-mode laser oscillation spectrum is made to be a single mode.

【0008】図18は利得結合型分布帰還型レーザの概
要を示す模式図である。利得結合型分布帰還型の半導体
レーザ1は、半導体基板10の主面上に多層成長層を有
し、その1部の層によって活性層(例えば、MQW活性
層)13が形成されている。前記MQW活性層13の上
側にはガイド層14が形成されている。例えば、半導体
基板10がn型の場合、前記MQW活性層13の上の層
はp型になる。従って、ガイド層14もp型となる。
FIG. 18 is a schematic diagram showing an outline of a gain-coupled distributed feedback laser. The gain-coupled distributed feedback semiconductor laser 1 has a multilayer growth layer on the main surface of a semiconductor substrate 10, and an active layer (for example, an MQW active layer) 13 is formed by a part of the layer. A guide layer 14 is formed above the MQW active layer 13. For example, when the semiconductor substrate 10 is n-type, the layer above the MQW active layer 13 is p-type. Therefore, the guide layer 14 also becomes p-type.

【0009】前記ガイド層14には回折格子19が形成
されている。また、この回折格子19と同じ周期で電流
阻止層18が設けられている。電流阻止層18が重なら
ない活性層領域が電流注入領域になり、電流阻止層18
が重なる活性層領域が非電流注入領域になるため、電流
注入領域と非電流注入領域が交互に発生することにな
る。利得は電流が注入された領域でのみ発生することか
ら、共振器方向に周期的利得変調が発生することにな
り、結果として利得結合型分布帰還型レーザが構成され
る。
A diffraction grating 19 is formed on the guide layer 14. Further, a current blocking layer 18 is provided at the same cycle as the diffraction grating 19. The active layer region where the current blocking layer 18 does not overlap becomes the current injection region, and the current blocking layer 18
The active layer region on which the current overlaps becomes a non-current injection region, so that a current injection region and a non-current injection region occur alternately. Since the gain occurs only in the region where the current is injected, periodic gain modulation occurs in the direction of the resonator, and as a result, a gain-coupled distributed feedback laser is formed.

【0010】前記ガイド層14及び電流阻止層18上に
はクラッド層21が形成されている。このクラッド層2
1の上方にはクラッド層21と電気的に接続される電極
(p−電極)7が設けられている。また、半導体基板1
0の裏面には他の電極(n−電極)8が設けられてい
る。
A cladding layer 21 is formed on the guide layer 14 and the current blocking layer 18. This cladding layer 2
An electrode (p-electrode) 7 that is electrically connected to the cladding layer 21 is provided above 1. In addition, the semiconductor substrate 1
0 is provided with another electrode (n-electrode) 8 on the back surface.

【0011】このような半導体レーザ1においては、電
極7,8間に所定の電圧を印加すると、点線矢印に示す
ように活性層13の電流注入領域に電流が注入されてレ
ーザ発振が起きる。
In such a semiconductor laser 1, when a predetermined voltage is applied between the electrodes 7 and 8, a current is injected into the current injection region of the active layer 13 as shown by a dotted arrow, and laser oscillation occurs.

【0012】しかし、このような構造では、以下のよう
な問題があることが判明した。即ち、電流阻止層18が
活性層13から離れて存在するため、電流阻止層18と
電流阻止層18との間を流れる電流において、端の電流
は実線矢印で示すように電流阻止層18の下側に回り込
んで流れるものもあり(横方向拡散)、活性層での電流
注入領域と非電流注入領域の区別が不明確になり、利得
結合効果が小さくなる。この結果、モード安定性が低下
し、光通信システムにおいては安定な光通信が阻害され
ることになる。
However, it has been found that such a structure has the following problems. That is, since the current blocking layer 18 is located away from the active layer 13, in the current flowing between the current blocking layer 18 and the current blocking layer 18, the current at the end is below the current blocking layer 18 as indicated by the solid line arrow. Some flow around the side (diffusion in the lateral direction), so that the distinction between the current injection region and the non-current injection region in the active layer becomes unclear, and the gain coupling effect is reduced. As a result, mode stability is reduced, and stable optical communication is impeded in the optical communication system.

【0013】本発明の目的は、安定した利得結合が得ら
れる半導体レーザを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of obtaining stable gain coupling.

【0014】本発明の他の目的は、サイドモード抑圧比
の高い半導体レーザを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a high side mode suppression ratio.

【0015】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

【0017】(1)第1導電型の半導体基板と、前記半
導体基板の主面側に形成される活性層と、前記活性層に
重なる第2導電型のガイド層と、前記ガイド層の表面側
に設けられる第2導電型のクラッド層と、前記ガイド層
と前記クラッド層との間に形成される回折格子と、前記
回折格子と同じ周期で前記活性層を含む部分に設けられ
る高抵抗領域と、前記半導体基板に電気的に接続される
電極と、前記クラッド層に電気的に接続される電極とを
有し、前記一対の電極間に印加される電位によって発生
するキャリアは前記高抵抗領域を除く活性層領域を流れ
る構成になっている。前記高抵抗領域は不純物としてプ
ロトンが注入されている。前記活性層はMQW活性層で
ある。前記電極に電気的に接続される前記クラッド層部
分は1本のストライプ状のリッジになり、このリッジに
対応する前記活性層部分が共振器を構成する。前記半導
体基板の主面と前記活性層との間には前記半導体基板上
に形成される第1導電型のバッファ層と前記バッファ層
上に形成される第1導電型のガイド層が設けられ、前記
活性層と前記クラッド層との間には前記活性層上に形成
される第2導電型のガイド層,前記ガイド層上に形成さ
れる第2導電型のスペーサ層,前記スペーサ層上に形成
されかつ回折格子を形成する第2導電型の回折格子層が
設けられ、前記クラッド層と前記電極との間には第2導
電型のキャップ層が設けられている。
(1) A semiconductor substrate of a first conductivity type, an active layer formed on the main surface side of the semiconductor substrate, a guide layer of a second conductivity type overlapping the active layer, and a surface side of the guide layer A second conductivity type cladding layer, a diffraction grating formed between the guide layer and the cladding layer, and a high resistance region provided in a portion including the active layer at the same period as the diffraction grating. An electrode electrically connected to the semiconductor substrate, and an electrode electrically connected to the cladding layer, wherein carriers generated by an electric potential applied between the pair of electrodes pass through the high-resistance region. The structure is such that the active layer region except for the above flows. The high resistance region has protons implanted as impurities. The active layer is an MQW active layer. The cladding layer portion electrically connected to the electrode forms a stripe-shaped ridge, and the active layer portion corresponding to the ridge forms a resonator. A first conductivity type buffer layer formed on the semiconductor substrate and a first conductivity type guide layer formed on the buffer layer are provided between the main surface of the semiconductor substrate and the active layer; A second conductive type guide layer formed on the active layer, a second conductive type spacer layer formed on the guide layer, and formed on the spacer layer between the active layer and the clad layer. And a second conductive type diffraction grating layer forming a diffraction grating is provided, and a second conductive type cap layer is provided between the cladding layer and the electrode.

【0018】前記(1)の手段によれば、MQW活性層
内では、共振器方向に回折格子と同じ周期で形成された
高抵抗領域により、電流注入領域と非電流注入領域が交
互に発生する。この結果、共振器方向に周期的利得変調
が確実に発生する利得結合型分布帰還型の半導体レーザ
が得られる。
According to the means (1), in the MQW active layer, a current injection region and a non-current injection region are alternately generated by the high resistance region formed at the same period as the diffraction grating in the resonator direction. . As a result, a gain-coupled distributed feedback semiconductor laser in which the periodic gain modulation is reliably generated in the resonator direction can be obtained.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments of the present invention, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0020】(実施形態1)図1乃至図14は本発明の
一実施形態(実施形態1)である利得結合型分布帰還型
の半導体レーザに係わる図である。図1は半導体レーザ
の特徴部分とキャリアの流れを示す模式図である。
(Embodiment 1) FIGS. 1 to 14 relate to a gain-coupled distributed feedback semiconductor laser according to an embodiment (Embodiment 1) of the present invention. FIG. 1 is a schematic view showing a characteristic portion of a semiconductor laser and a flow of carriers.

【0021】本実施形態1の半導体レーザ1は、その概
要は、図1に示すように、半導体基板10の主面上に多
層成長層を有し、その1部の層によって活性層(例え
ば、MQW活性層)13が形成されている。前記MQW
活性層13の上側にはガイド層14が形成されている。
例えば、半導体基板10がn型の場合、前記MQW活性
層13の上の層はp型になる。従って、ガイド層14も
p型となる。
As shown in FIG. 1, the semiconductor laser 1 of the first embodiment has a multi-layer growth layer on the main surface of a semiconductor substrate 10, and a part of the layer forms an active layer (for example, An MQW active layer 13 is formed. The MQW
A guide layer 14 is formed above the active layer 13.
For example, when the semiconductor substrate 10 is n-type, the layer above the MQW active layer 13 is p-type. Therefore, the guide layer 14 also becomes p-type.

【0022】前記ガイド層14には回折格子19が形成
されている。また、この回折格子19と同じ周期になる
ように前記活性層13を含む領域は電気的に高抵抗な領
域(高抵抗領域9)になっている。即ち、この高抵抗領
域9は不純物として、例えばプロトン(H+)が注入さ
れたイオン注入領域(点々が付された領域)になってい
る。
A diffraction grating 19 is formed on the guide layer 14. The region including the active layer 13 is an electrically high-resistance region (high-resistance region 9) so as to have the same period as the diffraction grating 19. That is, the high-resistance region 9 is an ion-implanted region (dotted region) into which, for example, protons (H + ) are implanted as impurities.

【0023】高抵抗領域9と高抵抗領域9との間のMQ
W活性層13がキャリアが流れる電流注入領域(MQW
活性層電流注入領域)になる。従って、電流注入領域と
非電流注入領域が交互に発生することになる。利得は電
流が注入された領域でのみ発生することから、共振器方
向に周期的利得変調が発生することになり、結果として
利得結合型分布帰還型レーザが構成される。
MQ between high-resistance regions 9
The W active layer 13 has a current injection region (MQW) where carriers flow.
(Active layer current injection region). Therefore, the current injection region and the non-current injection region occur alternately. Since the gain occurs only in the region where the current is injected, periodic gain modulation occurs in the direction of the resonator, and as a result, a gain-coupled distributed feedback laser is formed.

【0024】前記ガイド層14上にはp型のクラッド層
21が形成されている。このクラッド層21の上方には
クラッド層21と電気的に接続される電極(p−電極)
7が設けられている。また、半導体基板10の裏面には
他の電極(n−電極)8が設けられている。
On the guide layer 14, a p-type cladding layer 21 is formed. An electrode (p-electrode) electrically connected to the cladding layer 21 is provided above the cladding layer 21.
7 are provided. Another electrode (n-electrode) 8 is provided on the back surface of the semiconductor substrate 10.

【0025】このような半導体レーザ1においては、電
極7,8間に所定の電圧を印加すると、点線矢印に示す
ように活性層13の電流注入領域にキャリアが注入され
てレーザ発振が起きる。本実施形態1の半導体レーザ1
では、高抵抗領域9はプロトン注入によってその領域が
一定する結果、電流注入領域(キャリア注入領域)と非
電流注入領域(非キャリア注入領域)の区分けが明確に
なり、利得結合効果が大きくなる。このような利得結合
型分布帰還型レーザは、サイドモード抑圧比が高く単一
モード化する。また、そのモードは常に短波長側のモー
ドが立つようになる。
In such a semiconductor laser 1, when a predetermined voltage is applied between the electrodes 7 and 8, carriers are injected into the current injection region of the active layer 13 as shown by a dotted arrow, and laser oscillation occurs. Semiconductor laser 1 of the first embodiment
As a result, the region of the high resistance region 9 is made constant by proton injection, and as a result, the distinction between the current injection region (carrier injection region) and the non-current injection region (non-carrier injection region) becomes clear, and the gain coupling effect increases. Such a gain-coupled distributed feedback laser has a high side mode suppression ratio and is made single mode. In addition, the mode always has a mode on the short wavelength side.

【0026】つぎに、本実施形態1の半導体レーザにつ
いて図2乃至図4を参照しながら説明する。図2は半導
体レーザの模式的斜視図、図3は図2のA−A線に沿う
断面図、図4は図2のB−B線に沿う断面図である。
Next, the semiconductor laser according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 is a schematic perspective view of the semiconductor laser, FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG.

【0027】本実施形態1の半導体レーザ1は利得結合
型分布帰還型レーザである。半導体レーザ1は、図2に
示すように、そのチップ形状は偏平矩形体となってい
る。半導体レーザ1は、半導体レーザチップの主面(図
2では上面)の中央に1本のリッジ2を有するリッジ型
半導体レーザである。
The semiconductor laser 1 of the first embodiment is a gain-coupled distributed feedback laser. The semiconductor laser 1 has a flat rectangular body as shown in FIG. The semiconductor laser 1 is a ridge-type semiconductor laser having one ridge 2 at the center of the main surface (the upper surface in FIG. 2) of a semiconductor laser chip.

【0028】前記リッジ2の真下に沿って共振器3が形
成され、その共振器3の両端の出射面からレーザ光4を
出射する。両出射面には反射率が相互に異なるコーティ
ング膜5,6が設けられている。前方出射面にはAR膜
5が設けられ、後方出射面にはHR膜6が設けられてい
る。これにより、前方出射面から出射されるレーザ光4
の光強度は、後方出射面から出射されるレーザ光4の光
強度よりも大きくなる。前記AR膜5は、SiNX膜で
形成され、HR膜6はSiO2膜とアモルファスシリコ
ン膜を重ね合わせた膜で形成されている。
A resonator 3 is formed directly below the ridge 2, and a laser beam 4 is emitted from emission surfaces at both ends of the resonator 3. Coating films 5 and 6 having different reflectivities are provided on both emission surfaces. An AR film 5 is provided on the front emission surface, and an HR film 6 is provided on the rear emission surface. Thereby, the laser light 4 emitted from the front emission surface
Is higher than the light intensity of the laser light 4 emitted from the rear emission surface. The AR film 5 is formed of a SiN x film, and the HR film 6 is formed of a film in which an SiO 2 film and an amorphous silicon film are stacked.

【0029】半導体レーザ1の主面には電極7、例えば
p−電極7が設けられ、半導体レーザ1の裏面(図2の
下面)には電極8、例えば、n−電極8が設けられてい
る。これら一対の電極7,8に所定の電圧を印加する
と、共振器3の両端からレーザ光4を出射する。
An electrode 7, for example, a p-electrode 7 is provided on the main surface of the semiconductor laser 1, and an electrode 8, for example, an n-electrode 8 is provided on the back surface (the lower surface in FIG. 2) of the semiconductor laser 1. . When a predetermined voltage is applied to the pair of electrodes 7 and 8, laser light 4 is emitted from both ends of the resonator 3.

【0030】つぎに、前記共振器3やリッジ2を含む内
部構造について説明する。半導体レーザ1は、図3及び
図4に示すように、半導体基板10、例えば、n型(第
1導電型)−InP基板10を基に形成されている。こ
のn型−InP基板(n−InP基板)10の主面(図
4で上面)には、n型のバッファ層(n−InPバッフ
ァ層)11,n型のガイド層(n−InGaAsPガイ
ド層)12,活性層13,p型のガイド層(p−InG
aAsPガイド層)14が順次積層形成されている。
Next, the internal structure including the resonator 3 and the ridge 2 will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the semiconductor laser 1 is formed based on a semiconductor substrate 10, for example, an n-type (first conductivity type) -InP substrate 10. An n-type buffer layer (n-InP buffer layer) 11 and an n-type guide layer (n-InGaAsP guide layer) are provided on the main surface (upper surface in FIG. 4) of the n-type InP substrate (n-InP substrate) 10. ) 12, active layer 13, p-type guide layer (p-InG
aAsP guide layers) 14 are sequentially laminated.

【0031】また、p−InGaAsPガイド層14上
にはp−InPクラッド層21が形成されているととも
に、このp−InPクラッド層21の下部にはp型の回
折格子層(p−InGaAsP回折格子層)16がp−
InPクラッド層21中に浮くように形成されている。
A p-InP cladding layer 21 is formed on the p-InGaAsP guide layer 14, and a p-type diffraction grating layer (p-InGaAsP diffraction grating) is formed below the p-InP cladding layer 21. Layer) 16 is p-
It is formed so as to float in the InP cladding layer 21.

【0032】半導体レーザ1の形成の初期には、前記p
−InGaAsPガイド層14上にp型のスペーサ層
(p−InPスペーサ層)15,p−InGaAsP回
折格子層16,アンドープのキャップ層(アンドープI
nPキャップ層)17が順次形成される(図6参照)。
また、その後前記p−InPスペーサ層15,p−In
GaAsP回折格子層16,アンドープInPキャップ
層17は選択的にエッチング処理され、さらにp−In
Pクラッド層21等のエピタキシャル成長処理が施され
る。
At the beginning of the formation of the semiconductor laser 1,
A p-type spacer layer (p-InP spacer layer) 15, a p-InGaAsP diffraction grating layer 16, and an undoped cap layer (undoped I) on the -InGaAsP guide layer 14.
An nP cap layer 17 is sequentially formed (see FIG. 6).
After that, the p-InP spacer layer 15, p-In
The GaAsP diffraction grating layer 16 and the undoped InP cap layer 17 are selectively etched, and furthermore, p-In
An epitaxial growth process for the P clad layer 21 and the like is performed.

【0033】このエピタキシャル成長時、p−InGa
AsP回折格子層16の上下のp−InPスペーサ層1
5及びアンドープInPキャップ層17はp−InPク
ラッド層21に同化するため、p−InGaAsP回折
格子層16はp−InPクラッド層21中に浮いた状態
になる。
During the epitaxial growth, p-InGa
P-InP spacer layers 1 above and below the AsP diffraction grating layer 16
5 and the undoped InP cap layer 17 are assimilated into the p-InP cladding layer 21, so that the p-InGaAsP diffraction grating layer 16 floats in the p-InP cladding layer 21.

【0034】前記共振器3はMQW活性層となってい
る。このMQW活性層は障壁層間に井戸層を挟み、かつ
井戸層を複数重ねた構造になっている。障壁層及び井戸
層は相互に組成が異なるInGaAsP層で形成されて
いる。
The resonator 3 is an MQW active layer. The MQW active layer has a structure in which a well layer is sandwiched between barrier layers and a plurality of well layers are stacked. The barrier layer and the well layer are formed of InGaAsP layers having different compositions from each other.

【0035】また、p−InPスペーサ層15,p−I
nGaAsP回折格子層16の2層は所定の長さに亘り
かつ所定のピッチΛでエッチング除去されている。これ
によって、順次重なるスペーサ層15,回折格子層1
6,キャップ層17はp−ガイド層14上にピッチΛで
長さa残留し、回折格子19が形成されることになる。
この回折格子19は、レーザ光の発振波長が、1.3μ
m帯の場合はピッチΛが200nm程度、長さaが10
0nm程度になり、1.55μm帯の場合はピッチΛが
240nm程度、長さaが120nm程度になる。
Further, the p-InP spacer layer 15, pI
The two layers of the nGaAsP diffraction grating layer 16 have been etched away at a predetermined pitch Λ over a predetermined length. As a result, the spacer layer 15 and the diffraction grating layer 1 which sequentially overlap each other are formed.
6. The cap layer 17 remains on the p-guide layer 14 at the pitch Λ and the length a, and the diffraction grating 19 is formed.
This diffraction grating 19 has an oscillation wavelength of laser light of 1.3 μm.
In the case of the m band, the pitch Λ is about 200 nm, and the length a is 10
In the case of the 1.55 μm band, the pitch Λ is about 240 nm, and the length a is about 120 nm.

【0036】また、前記3層が除去された部分のp−ガ
イド層14からn−ガイド層12の途中深さに至る領域
は、不純物として例えばプロトン(H+)が注入されて
高抵抗領域9になっている。
In the region from the p-guide layer 14 where the three layers have been removed to the intermediate depth of the n-guide layer 12, for example, protons (H + ) are implanted as impurities and the high resistance region 9 is formed. It has become.

【0037】また、図3及び図4に示すように、前記p
−ガイド層14及びアンドープキャップ層17の上には
p型のクラッド層(p−InPクラッド層)21が設け
られ、p−InPクラッド層21上にはp型のコンタク
ト層(p−InGaAsコンタクト層)22が設けられ
ている。
As shown in FIG. 3 and FIG.
A p-type cladding layer (p-InP cladding layer) 21 is provided on the guide layer 14 and the undoped cap layer 17, and a p-type contact layer (p-InGaAs contact layer) is formed on the p-InP cladding layer 21. ) 22 are provided.

【0038】また、半導体レーザ1の主面中央には1本
のリッジ2が設けられている。このリッジ2は、前記p
−InGaAsコンタクト層22及び前記p−InPク
ラッド層21をその深さ全域に亘ってエッチングした2
本の平行な溝23によって形成されている。前記リッジ
2の上面を除く半導体レーザ1の主面側は絶縁膜24で
被われている。そして、前記リッジ2の上面から絶縁膜
24上に掛けて電極(p−電極)7が設けられている。
従って、リッジ2(p−InGaAsコンタクト層2
2)はp−電極7に電気的に接続される構造になってい
る。また、n型−InP基板10の裏面には電極(n−
電極)8が設けられている。p−電極7はTi/Pt/
Auで形成され、n−電極8はAuGe/Ni/Ti/
Pt/Auで形成されている。
One ridge 2 is provided at the center of the main surface of the semiconductor laser 1. This ridge 2
The InGaAs contact layer 22 and the p-InP cladding layer 21 were etched over their entire depth 2
It is formed by parallel grooves 23 of a book. The main surface of the semiconductor laser 1 excluding the upper surface of the ridge 2 is covered with an insulating film 24. An electrode (p-electrode) 7 is provided so as to extend from the upper surface of the ridge 2 onto the insulating film 24.
Therefore, the ridge 2 (p-InGaAs contact layer 2)
2) has a structure electrically connected to the p-electrode 7. Further, an electrode (n-
(Electrode) 8 is provided. The p-electrode 7 is Ti / Pt /
The n-electrode 8 is formed of AuGe / Ni / Ti /
It is formed of Pt / Au.

【0039】なお、各半導体層の厚さ,不純物の濃度等
については記載しないが、1.3μm帯または1.55
μm帯のレーザ光を発振するに好適な数値が選択される
ことは勿論である。
The thickness of each semiconductor layer, the concentration of impurities and the like are not described, but they are in the 1.3 μm band or 1.55
Needless to say, a numerical value suitable for oscillating the laser light in the μm band is selected.

【0040】つぎに、本実施形態1の半導体レーザの製
造方法について、図5乃至図14を参照しながら説明す
る。半導体レーザは一枚の半導体基板に順次加工を施し
た後、劈開と分割によって多数の半導体レーザ(半導体
レーザチップ)を製造するが、ここでは、単一の半導体
レーザを製造する状態で説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. A semiconductor laser produces a large number of semiconductor lasers (semiconductor laser chips) by sequentially processing a single semiconductor substrate and then cleaving and dividing the semiconductor laser. Here, a description will be given of a state in which a single semiconductor laser is produced.

【0041】本実施形態1の半導体レーザは、図5のフ
ローチャートで示すように、ステップ(S)101の開
始後、多層成長層形成(S102)、干渉露光(S10
3)、エッチング(S104)、不純物拡散(S10
5)、エピタキシャル成長(S106)、リッジ形成
(S107)、p電極形成(S108)、n電極形成
(S109)、端面コーティング(S110),チップ
化(S111)の各工程を経て作業を終了(S112)
する。
As shown in the flowchart of FIG. 5, in the semiconductor laser of the first embodiment, after the start of step (S) 101, formation of a multilayer growth layer (S102), interference exposure (S10)
3), etching (S104), impurity diffusion (S10)
5) The operation is completed through the steps of epitaxial growth (S106), ridge formation (S107), p electrode formation (S108), n electrode formation (S109), end face coating (S110), and chipping (S111) (S112).
I do.

【0042】半導体レーザ1の製造においては、作業開
始(S101)後、図6に示すように、半導体基板1
0、例えばn−InP基板10が用意される。その後、
n−InP基板10の主面(上面)に多層成長層を形成
する(S102)。多層成長層は、MBE(Molecular
Beam Epitaxy)やMOCVD(Metalorganic Chemical
Vapor Deposition)によって形成される。即ち、n−I
nP基板10の主面上には、n−InPバッファ層1
1,n−InGaAsPガイド層12,MQW活性層1
3,p−InGaAsPガイド層14,p−InPスペ
ーサ層15,p−InGaAsP回折格子層16,アン
ドープInPキャップ層17が順次形成される。前記M
QW活性層13は障壁層間に井戸層を挟み、かつ井戸層
を複数重ねた構造になり、いずれもGaAsP層で形成
される。
In the manufacture of the semiconductor laser 1, after the start of the work (S101), as shown in FIG.
0, for example, an n-InP substrate 10 is prepared. afterwards,
A multilayer growth layer is formed on the main surface (upper surface) of the n-InP substrate 10 (S102). The multilayer growth layer is formed by MBE (Molecular
Beam Epitaxy) and MOCVD (Metalorganic Chemical)
Vapor Deposition). That is, n-I
An n-InP buffer layer 1 is formed on the main surface of the nP substrate 10.
1, n-InGaAsP guide layer 12, MQW active layer 1
3, a p-InGaAsP guide layer 14, a p-InP spacer layer 15, a p-InGaAsP diffraction grating layer 16, and an undoped InP cap layer 17 are sequentially formed. The M
The QW active layer 13 has a structure in which a well layer is sandwiched between barrier layers and a plurality of well layers are stacked, and each is formed of a GaAsP layer.

【0043】ここで、各層の寸法及び不純物濃度の一例
を挙げる。n−InP基板10は厚さ450μmで不純
物濃度は1〜2×1018cm-3、n−InPバッファ層
11は厚さ300nmで不純物濃度は1.0×1018
-3、n−InGaAsPガイド層12は厚さ90nm
で不純物濃度は1.0×1018cm-3、MQW活性層1
3の井戸層は6nm、MQW活性層13の障壁層は5n
m、p−InGaAsPガイド層14は厚さ30〜80
nmで不純物濃度は4〜8×1017cm-3、p−InP
スペーサ層15は厚さ20〜30nmで不純物濃度は4
〜8×1017cm-3、p−InGaAsP回折格子層1
6は厚さ30〜40nmで不純物濃度は4〜8×1017
cm-3、アンドープInPキャップ層17は厚さ10n
mである。
Here, an example of the dimensions and impurity concentration of each layer will be described. The n-InP substrate 10 has a thickness of 450 μm and an impurity concentration of 1 to 2 × 10 18 cm −3 . The n-InP buffer layer 11 has a thickness of 300 nm and an impurity concentration of 1.0 × 10 18 c.
m −3 , n-InGaAsP guide layer 12 has a thickness of 90 nm
And the impurity concentration is 1.0 × 10 18 cm −3 and the MQW active layer 1
3 is 6 nm, and the barrier layer of the MQW active layer 13 is 5 n.
m, p-InGaAsP guide layer 14 has a thickness of 30 to 80
nm, the impurity concentration is 4-8 × 10 17 cm -3 , p-InP
The spacer layer 15 has a thickness of 20 to 30 nm and an impurity concentration of 4
-8 × 10 17 cm -3 , p-InGaAsP diffraction grating layer 1
6 has a thickness of 30 to 40 nm and an impurity concentration of 4 to 8 × 10 17
cm −3 , the undoped InP cap layer 17 has a thickness of 10 n
m.

【0044】つぎに、図7に示すように、干渉露光によ
って回折格子が形成される(S103)。即ち、前記ア
ンドープInPキャップ層17上にレジスト膜30が形
成されるとともに、このレジスト膜30は干渉露光さ
れ、かつ現像される。この結果、図7に示すように、ア
ンドープInPキャップ層17上には一定の周期で一定
の長さレジスト膜30が残留することになる。
Next, as shown in FIG. 7, a diffraction grating is formed by interference exposure (S103). That is, a resist film 30 is formed on the undoped InP cap layer 17, and the resist film 30 is exposed to interference light and developed. As a result, as shown in FIG. 7, the resist film 30 having a fixed length and a fixed length remains on the undoped InP cap layer 17.

【0045】つぎに、図8に示すように、前記残留した
レジスト膜30をエッチング用マスクとしてアンドープ
InPキャップ層17,p−InGaAsP回折格子層
16,p−InPスペーサ層15をエッチングして回折
格子19を形成する(S104)。この際、異方性エッ
チングによって各層の寸法を精度よくエッチングする。
この回折格子19は、レーザ光の発振波長が、1.3μ
m帯の場合はピッチΛが200nm程度、長さaが10
0nm程度になり、1.55μm帯の場合はピッチΛが
240nm程度、長さaが120nm程度になる。
Next, as shown in FIG. 8, the undoped InP cap layer 17, p-InGaAsP diffraction grating layer 16, and p-InP spacer layer 15 are etched using the remaining resist film 30 as an etching mask to form a diffraction grating. 19 are formed (S104). At this time, the dimensions of each layer are accurately etched by anisotropic etching.
This diffraction grating 19 has an oscillation wavelength of laser light of 1.3 μm.
In the case of the m band, the pitch Λ is about 200 nm, and the length a is 10
In the case of the 1.55 μm band, the pitch Λ is about 240 nm, and the length a is about 120 nm.

【0046】つぎに、図9に示すように、前記レジスト
膜30を不純物注入のマスクとして不純物、例えば、プ
ロトン(H+)を注入する(S105)。不純物はエッ
チングした部分の底のp−InGaAsPガイド層14
に注入される。この注入によって不純物はMQW活性層
13を通過してn−InGaAsPガイド層12の途中
深さにまで形成され、電気的に高抵抗になる領域(高抵
抗領域)9が形成される。
Next, as shown in FIG. 9, impurities, for example, protons (H.sup. + ) Are implanted using the resist film 30 as a mask for impurity implantation (S105). The impurities are removed from the p-InGaAsP guide layer 14 at the bottom of the etched portion.
Is injected into. As a result of this implantation, the impurities pass through the MQW active layer 13 and are formed to a depth in the middle of the n-InGaAsP guide layer 12, thereby forming a region (high resistance region) 9 having a high electrical resistance.

【0047】つぎに、図10に示すように、レジスト膜
30を除去した後、多層成長層上にMOCVD法等によ
るエピタキシャル成長によってp−InPクラッド層2
1及びp−InGaAsコンタクト層22を形成する
(S106)。例えば、p−InPクラッド層21は厚
さ1700nmで不純物濃度は8.5×1017cm-3
p−InGaAsコンタクト層22は厚さ200nmで
不純物濃度は1.0×1019cm-3である。図11はp
−InPクラッド層21及びp−InGaAsコンタク
ト層22が形成された状態を示す斜視図である。
Next, as shown in FIG. 10, after removing the resist film 30, the p-InP cladding layer 2 is formed on the multilayer growth layer by epitaxial growth by MOCVD or the like.
1 and the p-InGaAs contact layer 22 are formed (S106). For example, the p-InP cladding layer 21 has a thickness of 1700 nm, an impurity concentration of 8.5 × 10 17 cm −3 ,
The p-InGaAs contact layer 22 has a thickness of 200 nm and an impurity concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 . FIG. 11 shows p
FIG. 4 is a perspective view showing a state where an -InP cladding layer 21 and a p-InGaAs contact layer 22 are formed.

【0048】なお、前記エピタキシャル成長時、p−I
nPスペーサ層15及びアンドープInPキャップ層1
7はp−InPクラッド層21に同化し、p−InGa
AsP回折格子層16はp−InPクラッド層21中に
浮いたような状態になる。
In the above epitaxial growth, pI
nP spacer layer 15 and undoped InP cap layer 1
7 is assimilated into a p-InP cladding layer 21 and p-InGa
The AsP diffraction grating layer 16 is in a state of floating in the p-InP cladding layer 21.

【0049】つぎに、図12に示すように、p−InG
aAsコンタクト層22及びp−InPクラッド層21
をその深さ全域に亘って2本の溝23を形成し、その溝
23間に1本のリッジ2を形成する(S107)。図1
2(b)は図12(a)のA部分の拡大図である。リッ
ジ2の幅が略共振器(光導波路)の幅になることから、
このリッジ2の幅は精度よく形成する必要がある。リッ
ジ2の幅は、例えば、2.0μmである。
Next, as shown in FIG.
aAs contact layer 22 and p-InP cladding layer 21
Are formed over the entire depth thereof, and one ridge 2 is formed between the grooves 23 (S107). FIG.
FIG. 2B is an enlarged view of a portion A in FIG. Since the width of the ridge 2 is substantially equal to the width of the resonator (optical waveguide),
The width of the ridge 2 needs to be formed with high precision. The width of the ridge 2 is, for example, 2.0 μm.

【0050】つぎに、前記リッジ2の上面を除きn−I
nP基板10の主面側全域を絶縁膜24で被うととも
に、蒸着等によってp−電極7を形成する(S10
8)。このp−電極7は、例えばTi/Pt/Auで形
成する。図13(a)はp−電極7が形成された状態を
示す斜視図である。図13(b)は図13(a)のB部
分の拡大図である。
Next, except for the upper surface of the ridge 2, nI
The entire area of the main surface of the nP substrate 10 is covered with the insulating film 24, and the p-electrode 7 is formed by vapor deposition or the like (S10).
8). This p-electrode 7 is formed of, for example, Ti / Pt / Au. FIG. 13A is a perspective view showing a state where the p-electrode 7 is formed. FIG. 13B is an enlarged view of a portion B in FIG.

【0051】つぎに、n−InP基板10の裏面を研削
して全体の厚さを100μm程度とした後、前記n−I
nP基板10の裏面に蒸着等によってn−電極8を形成
する(S109)。n−電極8は、例えばAuGe/N
i/Ti/Pt/Auで形成する。
Next, after grinding the back surface of the n-InP substrate 10 to a total thickness of about 100 μm,
The n-electrode 8 is formed on the back surface of the nP substrate 10 by vapor deposition or the like (S109). The n-electrode 8 is, for example, AuGe / N
It is formed of i / Ti / Pt / Au.

【0052】つぎに、図示はしないが、半導体基板全体
を共振器に直交する方向に結晶の劈開によって分割して
短冊体を形成した後、この短冊体の両端面に反射率が相
互に異なるコーティング膜を形成する(S110)。一
面のコーティング膜はAR(Anti Reflection)膜5
(図4参照)となり、このAR膜5が形成された面は前
方出射面となる。また、他の面のコーティング膜はHR
(High Reflection)膜6(図4参照)となり、このH
R膜6が形成された面は後方出射面となる。例えば、A
R膜5はSiNXで形成し反射率は1%になり、HR膜
6はSiO2とa−Si(アモルファスシリコン)によ
る複合膜で形成し反射率は70%または90%になる。
Next, although not shown, the entire semiconductor substrate is divided by cleavage of the crystal in a direction perpendicular to the resonator to form a strip, and both end faces of the strip are coated with mutually different reflectances. A film is formed (S110). One coating film is AR (Anti Reflection) film 5
(See FIG. 4), and the surface on which the AR film 5 is formed is a front emission surface. The coating film on the other surface is HR
(High Reflection) film 6 (see FIG. 4).
The surface on which the R film 6 is formed is a rear emission surface. For example, A
R film 5 is formed of SiN X reflectance becomes 1%, HR film 6 is formed reflectivity composite membrane according to SiO 2 and a-Si (amorphous silicon) becomes 70% or 90%.

【0053】つぎに、前方出射面短冊体を各共振器間の
中間で分割してチップ化を図り、図14に示す半導体レ
ーザ1を形成し(S111)、作業を終了する(S11
2)。図14ではAR膜5及びHR膜6は省略してあ
る。
Next, the front emission surface strip is divided at an intermediate portion between the resonators to form a chip, and the semiconductor laser 1 shown in FIG. 14 is formed (S111), and the operation is completed (S11).
2). In FIG. 14, the AR film 5 and the HR film 6 are omitted.

【0054】このようにして製造された半導体レーザ1
は、光電子装置(半導体光モジュール)に組み込まれ
る。図15は光電子装置(半導体光モジュール)40を
示す模式的平面図である。半導体光モジュール40は、
パッケージ41のガイド部42の先端から光ファイバケ
ーブル43を突出させる構造になっている。
The semiconductor laser 1 manufactured as described above
Is incorporated in an optoelectronic device (semiconductor optical module). FIG. 15 is a schematic plan view showing an optoelectronic device (semiconductor optical module) 40. The semiconductor optical module 40 includes:
The structure is such that the optical fiber cable 43 protrudes from the tip of the guide portion 42 of the package 41.

【0055】前方出射面パッケージ41は、ケース44
と、このケース44上に固定されたキャップ45とで構
成され、ケースの両側からは複数のリード46が突出し
ている。リード46はバタフライ構造になっている。
The front emission surface package 41 includes a case 44
And a cap 45 fixed on the case 44, and a plurality of leads 46 project from both sides of the case. The lead 46 has a butterfly structure.

【0056】ケース44の内底にはシリコンプラットホ
ーム47が設けられている。また、前記シリコンプラッ
トホーム47上には半導体レーザ1及び半導体レーザ1
の後方出射面から出射されるレーザ光を受光する受光素
子48が固定されるサブマウント49が固定されてい
る。
At the inner bottom of the case 44, a silicon platform 47 is provided. The semiconductor laser 1 and the semiconductor laser 1 are placed on the silicon platform 47.
A submount 49 to which a light receiving element 48 for receiving a laser beam emitted from the rear emission surface of the submount 49 is fixed.

【0057】前記ガイド部42に案内される光ファイバ
ケーブル43の内端側は光ファイバ50を被う被覆膜が
除去され、光ファイバ50が露出している。半導体レー
ザ1は光ファイバ50寄りのサブマウント49上に固定
されている。従って、半導体レーザ1の前方出射面から
出射されるレーザ光は光ファイバ50の先端面から光フ
ァイバ50のコア内に取り込まれる。また、光ファイバ
50の先端と半導体レーザ1との間には集光させるため
のレンズ51が配置されている。このレンズ51は半導
体レーザ1の前方出射面から出射されるレーザ光を光フ
ァイバ50のコアに集光させる役割を果たす。
The coating film covering the optical fiber 50 is removed from the inner end side of the optical fiber cable 43 guided by the guide portion 42, and the optical fiber 50 is exposed. The semiconductor laser 1 is fixed on a submount 49 near the optical fiber 50. Therefore, laser light emitted from the front emission surface of the semiconductor laser 1 is taken into the core of the optical fiber 50 from the distal end surface of the optical fiber 50. A lens 51 for condensing light is disposed between the tip of the optical fiber 50 and the semiconductor laser 1. The lens 51 plays a role of condensing laser light emitted from the front emission surface of the semiconductor laser 1 on the core of the optical fiber 50.

【0058】図示はしないが、前記サブマウント49及
びシリコンプラットホーム47の表面にはメタライズ層
が所定のパターンに形成されている。メタライズ層はサ
ブマウント49では半導体レーザ1や受光素子48を固
定するための搭載部や、半導体レーザ1や受光素子48
の電極に接続される導電性のワイヤを接続する中継部を
構成する。また、シリコンプラットホーム47では、メ
タライズ層は前記中継部に一端が固定されるワイヤの他
端が固定される中継部となる。このシリコンプラットホ
ーム47の中継部と図示しないリード46の内端部は導
電性のワイヤで接続されている。
Although not shown, a metallized layer is formed in a predetermined pattern on the surface of the submount 49 and the silicon platform 47. In the submount 49, the metallized layer is a mounting portion for fixing the semiconductor laser 1 and the light receiving element 48,
And a relay unit for connecting a conductive wire connected to the electrode. Further, in the silicon platform 47, the metallized layer serves as a relay portion having one end fixed to the relay portion and the other end fixed to the wire. A relay portion of the silicon platform 47 and an inner end of a lead 46 (not shown) are connected by a conductive wire.

【0059】このような半導体光モジュール40は、所
定のリード46に所定の電圧を印加することによって半
導体レーザ1の出射面からレーザ光を出射するととも
に、受光素子48のモニター電流は所定のリード46か
ら出力される。これにより、出射するレーザ光の光強度
を制御しつつ半導体レーザ1をドライブすることができ
る。また、組み込まれた半導体レーザ1は、サイドモー
ド抑圧比が高く単一モード化する。また、そのモードは
常に短波長側のモードが立つようになる。
The semiconductor optical module 40 emits a laser beam from the emission surface of the semiconductor laser 1 by applying a predetermined voltage to a predetermined lead 46, and the monitor current of the light receiving element 48 is reduced by the predetermined lead 46. Output from Thus, the semiconductor laser 1 can be driven while controlling the light intensity of the emitted laser light. In addition, the incorporated semiconductor laser 1 has a high side mode suppression ratio and becomes a single mode. In addition, the mode always has a mode on the short wavelength side.

【0060】図16は光電子装置(半導体光モジュー
ル)40を組み込んだ光通信システムを示す模式図であ
る。光通信システムは、基本的には送信機55と受信機
56を光ファイバ(光ファイバケーブル43)で接続し
た構成になり、両者の距離に応じて1乃至複数の中継器
57を光ファイバケーブル43の途中に配置した構成に
なっている。図では送信機55及び受信機56共に、送
信装置を構成する半導体光モジュール40のみが光ファ
イバに接続された模式図としてあるが、当然にして受信
装置も光ファイバに接続されるものである。
FIG. 16 is a schematic diagram showing an optical communication system in which an optoelectronic device (semiconductor optical module) 40 is incorporated. The optical communication system basically has a configuration in which a transmitter 55 and a receiver 56 are connected by an optical fiber (optical fiber cable 43), and one or a plurality of repeaters 57 are connected to the optical fiber cable 43 according to the distance between them. Is arranged in the middle of In the figure, both the transmitter 55 and the receiver 56 are schematic diagrams in which only the semiconductor optical module 40 constituting the transmission device is connected to the optical fiber, but the reception device is naturally connected to the optical fiber.

【0061】本実施形態の半導体光モジュール40は、
送信装置に利得結合状態が良好な半導体レーザを用いて
いることから、光出力が大きくかつ安定したレーザ光出
射が行えるため安定した信頼性の高い光通信が可能にな
る。
The semiconductor optical module 40 of this embodiment is
Since a semiconductor laser having a good gain coupling state is used for the transmission device, a large optical output and stable laser light emission can be performed, so that stable and highly reliable optical communication can be performed.

【0062】また、組み込まれた半導体レーザは、サイ
ドモード抑圧比が高く単一モード化する。また、そのモ
ードは常に短波長側のモードが立つようになる。従っ
て、使用温度環境劣悪である砂漠等や温度が際立って低
い極寒の地等での使用においても波長変動が起きず安定
した光通信が達成できる。
The built-in semiconductor laser has a high side mode suppression ratio and is in a single mode. In addition, the mode always has a mode on the short wavelength side. Therefore, stable optical communication can be achieved without wavelength fluctuation even when used in a desert or the like where the operating temperature environment is inferior or an extremely cold place where the temperature is remarkably low.

【0063】本実施形態1によれば以下の効果を有す
る。
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.

【0064】(1)MQW活性層13内では、共振器方
向に回折格子19と同じ周期で形成された高抵抗領域9
により、電流注入領域と非電流注入領域が交互に規則正
しく発生する。この結果、共振器方向に周期的利得変調
が確実に発生し、所望の光出力強度を有する利得結合型
分布帰還型の半導体レーザ1が得られる。
(1) In the MQW active layer 13, the high resistance region 9 formed at the same period as the diffraction grating 19 in the resonator direction
As a result, the current injection region and the non-current injection region alternately and regularly occur. As a result, the periodic gain modulation is reliably generated in the cavity direction, and the gain-coupled distributed feedback semiconductor laser 1 having a desired optical output intensity is obtained.

【0065】(2)上記(1)の半導体レーザ1を組み
込んだ半導体光モジュール40は光強度が大きくかつ安
定したレーザ発振が行えるものとなる。
(2) The semiconductor optical module 40 incorporating the semiconductor laser 1 of the above (1) has a high light intensity and can perform stable laser oscillation.

【0066】(3)上記(2)の半導体光モジュール4
0を送信装置に組み込んだ光通信システムでは使用温度
環境が変化しても安定した光通信が達成できる。以上本
発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的
に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。前記実施形態では本発明を
リッジ型半導体レーザに適用した例について説明した
が、他の半導体レーザ、例えば埋め込みヘテロ構造(B
H:buried-hetero structure)の半導体レーザにも同
様に適用して前記実施例同様な効果が得られる。
(3) The semiconductor optical module 4 of the above (2)
In an optical communication system in which 0 is incorporated in the transmission device, stable optical communication can be achieved even when the operating temperature environment changes. Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the invention. Nor. In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a ridge-type semiconductor laser has been described.
The same effects can be obtained by applying the present invention to a semiconductor laser having a buried-hetero structure (H: H).

【0067】本発明は少なくとも回折格子を有する半導
体レーザには適用できる。
The present invention can be applied to a semiconductor laser having at least a diffraction grating.

【0068】[0068]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0069】(1)利得結合型分布帰還型レーザにおい
て、MQW活性層に沿って規則正しく電流注入領域と非
電流注入領域を形成できるため、共振器方向に周期的利
得変調を確実に発生させることができ、安定した利得結
合が得られる。
(1) In the gain-coupled distributed feedback laser, a current injection region and a non-current injection region can be regularly formed along the MQW active layer, so that periodic gain modulation can be reliably generated in the resonator direction. And stable gain coupling can be obtained.

【0070】(2)サイドモード抑圧比の高い半導体レ
ーザを提供することができる。
(2) A semiconductor laser having a high side mode suppression ratio can be provided.

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

【図1】本発明の一実施形態(実施形態1)である半導
体レーザの特徴部分とキャリアの流れを示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view showing a characteristic portion of a semiconductor laser according to an embodiment (Embodiment 1) of the present invention and a flow of carriers.

【図2】本実施形態1の半導体レーザの模式的斜視図で
ある。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the semiconductor laser according to the first embodiment.

【図3】図2のA−A線に沿う断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】図2のB−B線に沿う断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line BB of FIG. 2;

【図5】本実施形態1の半導体レーザの製造方法を示す
フローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.

【図6】本実施形態1の半導体レーザの製造において半
導体基板主面に多層成長層を形成した状態を示す模式的
断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a multilayer growth layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate in the manufacture of the semiconductor laser according to the first embodiment.

【図7】前記多層成長層上に形成したレジストを干渉露
光しかつ現像した状態を示す模式的断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a resist formed on the multilayer growth layer has been subjected to interference exposure and development.

【図8】前記レジストをマスクとして一部の多層成長層
をエッチングした状態を示す模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state where a part of the multilayer growth layer is etched using the resist as a mask.

【図9】前記レジスト及び残留した多層成長層をマスク
として不純物を注入させた状態を示す模式的断面図であ
る。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state in which impurities are implanted using the resist and the remaining multilayer growth layer as a mask.

【図10】前記レジストを除去した多層成長層上にエピ
タキシャル層形成した状態を示す模式的断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state where an epitaxial layer is formed on the multilayer growth layer from which the resist has been removed.

【図11】前記レジストを除去した多層成長層上にエピ
タキシャル層形成した状態の模式的斜視図である。
FIG. 11 is a schematic perspective view showing a state where an epitaxial layer is formed on the multilayer growth layer from which the resist has been removed.

【図12】前記エピタキシャル層を選択的にエッチング
してリッジを形成した状態を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a state where a ridge is formed by selectively etching the epitaxial layer.

【図13】前記エピタキシャル層側にp電極を形成した
状態を示す図である。
FIG. 13 is a view showing a state in which a p-electrode is formed on the epitaxial layer side.

【図14】前記半導体基板側にn電極を形成した状態を
示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a state where an n-electrode is formed on the semiconductor substrate side.

【図15】本実施形態1の半導体レーザを組み込んだ光
電子装置を示す模式的平面図である。
FIG. 15 is a schematic plan view showing an optoelectronic device incorporating the semiconductor laser of the first embodiment.

【図16】前記光電子装置を組み込んだ光通信システム
を示す模式図である。
FIG. 16 is a schematic diagram showing an optical communication system incorporating the optoelectronic device.

【図17】半導体レーザにおけるレーザ発振スペクトル
を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a laser oscillation spectrum of a semiconductor laser.

【図18】従来の利得結合型分布帰還型レーザの特徴部
分とキャリアの流れを示す模式図である。
FIG. 18 is a schematic diagram showing a characteristic portion and a carrier flow of a conventional gain-coupled distributed feedback laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体レーザ、2…リッジ、3…共振器、4…レー
ザ光、5…AR膜(コーティング膜)、6…HR膜(コ
ーティング膜)、7,8…電極、9…高抵抗領域、10
…半導体基板(n−InP基板)、11…バッファ層
(n−InPバッファ層)、12…ガイド層(n−In
GaAsPガイド層)、13…活性層(MQW活性
層)、14…ガイド層(p−InGaAsPガイド
層)、15…スペーサ層(p−InPスペーサ層)、1
6…回折格子層(p−InGaAsP回折格子層)、1
7…キャップ層(アンドープInPキャップ層)、18
…電流阻止層、19…回折格子、21…クラッド層(p
−InPクラッド層)、22…コンタクト層(p−In
GaAsコンタクト層)、23…溝、24…絶縁膜、3
0…レジスト膜、40…光電子装置(半導体光モジュー
ル)、41…パッケージ、42…ガイド部、43…光フ
ァイバケーブル、44…ケース、45…キャップ、46
…リード、47…シリコンプラットホーム、48…受光
素子、49…サブマウント、50…光ファイバ、51…
レンズ、55…送信機、56…受信機、57…中継器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Ridge, 3 ... Resonator, 4 ... Laser light, 5 ... AR film (coating film), 6 ... HR film (coating film), 7, 8 ... Electrode, 9 ... High resistance area, 10
... semiconductor substrate (n-InP substrate), 11 ... buffer layer (n-InP buffer layer), 12 ... guide layer (n-InP)
GaAsP guide layer), 13 ... active layer (MQW active layer), 14 ... guide layer (p-InGaAsP guide layer), 15 ... spacer layer (p-InP spacer layer), 1
6 ... Diffraction grating layer (p-InGaAsP diffraction grating layer), 1
7 ... cap layer (undoped InP cap layer), 18
... current blocking layer, 19 ... diffraction grating, 21 ... cladding layer (p
-InP cladding layer), 22 ... contact layer (p-In
(GaAs contact layer), 23 ... groove, 24 ... insulating film, 3
0: resist film, 40: optoelectronic device (semiconductor optical module), 41: package, 42: guide part, 43: optical fiber cable, 44: case, 45: cap, 46
... Lead, 47 ... Silicon platform, 48 ... Light receiving element, 49 ... Submount, 50 ... Optical fiber, 51 ...
Lens, 55: transmitter, 56: receiver, 57: repeater.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 厚 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 山口 頼儀 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 5F073 AA13 AA45 AA51 AA64 AA74 AA83 CA12 CB19 DA14 EA03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Atsushi Nakamura 5-2-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Within the semiconductor group of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Yoriyuki Yamaguchi Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo 5-20-1 F-term in Hitachi Semiconductor Group, Ltd. F-term (reference) 5F073 AA13 AA45 AA51 AA64 AA74 AA83 CA12 CB19 DA14 EA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、前記半導体
基板の主面側に形成される活性層と、前記活性層に重な
る第2導電型のガイド層と、前記ガイド層の表面側に設
けられる第2導電型のクラッド層と、前記ガイド層と前
記クラッド層との間に形成される回折格子と、前記回折
格子と同じ周期で前記活性層を含む部分に設けられる高
抵抗領域と、前記半導体基板に電気的に接続される電極
と、前記クラッド層に電気的に接続される電極とを有
し、前記一対の電極間に印加される電位によって発生す
るキャリアは前記高抵抗領域を除く活性層領域を流れる
構成になっていることを特徴とする半導体レーザ。
A first conductive type semiconductor substrate, an active layer formed on a main surface side of the semiconductor substrate, a second conductive type guide layer overlapping the active layer, and a surface side of the guide layer. A second conductivity type cladding layer provided, a diffraction grating formed between the guide layer and the cladding layer, a high resistance region provided in a portion including the active layer at the same period as the diffraction grating, An electrode electrically connected to the semiconductor substrate; and an electrode electrically connected to the cladding layer, wherein carriers generated by a potential applied between the pair of electrodes exclude the high-resistance region. A semiconductor laser characterized in that it flows in an active layer region.
【請求項2】 前記高抵抗領域は不純物の注入によって
形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導
体レーザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein said high-resistance region is formed by implanting impurities.
【請求項3】 前記不純物はプロトンであることを特徴
とする請求項2に記載の半導体レーザ。
3. The semiconductor laser according to claim 2, wherein said impurities are protons.
【請求項4】 前記電極に電気的に接続される前記クラ
ッド層部分は1本のストライプ状のリッジになり、この
リッジに対応する前記活性層部分が共振器を構成するこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に
記載の半導体レーザ。
4. The device according to claim 1, wherein the cladding layer portion electrically connected to the electrode forms a stripe-shaped ridge, and the active layer portion corresponding to the ridge forms a resonator. The semiconductor laser according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 前記半導体基板の主面と前記活性層との
間には前記半導体基板上に形成される第1導電型のバッ
ファ層と前記バッファ層上に形成される第1導電型のガ
イド層が設けられ、前記活性層と前記クラッド層との間
には前記活性層上に形成される第2導電型のガイド層,
前記ガイド層上に形成される第2導電型のスペーサ層,
前記スペーサ層上に形成されかつ回折格子を形成する第
2導電型の回折格子層が設けられ、前記クラッド層と前
記電極との間には第2導電型のキャップ層が設けられて
いることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか
1項に記載の半導体レーザ。
5. A buffer layer of a first conductivity type formed on the semiconductor substrate between a main surface of the semiconductor substrate and the active layer, and a guide of a first conductivity type formed on the buffer layer. A second conductive type guide layer formed on the active layer, between the active layer and the clad layer,
A second conductivity type spacer layer formed on the guide layer,
A second conductivity type diffraction grating layer formed on the spacer layer and forming a diffraction grating is provided, and a second conductivity type cap layer is provided between the cladding layer and the electrode. The semiconductor laser according to any one of claims 1 to 4, wherein:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011199031A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Denso Corp Semiconductor device, and method of manufacturing the same

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