JP2002353559A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JP2002353559A JP2002353559A JP2001160635A JP2001160635A JP2002353559A JP 2002353559 A JP2002353559 A JP 2002353559A JP 2001160635 A JP2001160635 A JP 2001160635A JP 2001160635 A JP2001160635 A JP 2001160635A JP 2002353559 A JP2002353559 A JP 2002353559A
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- Japan
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- diffraction grating
- active region
- passive waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大きな前方光出力と良好なサイドモード抑圧特
性を有する分布帰還型半導体レーザの歩留まりを向上す
る。 【解決手段】回折格子の一部にλ／４位相シフト構造を
有する対称λ／４分布帰還型半導体レーザの後方にパッ
シブグレーティング導波路を付設し、後方反射率を実効
的に大きくして前方出力を向上すると共に、サイドモー
ド抑圧比のばらつきを小さくする。
性を有する分布帰還型半導体レーザの歩留まりを向上す
る。 【解決手段】回折格子の一部にλ／４位相シフト構造を
有する対称λ／４分布帰還型半導体レーザの後方にパッ
シブグレーティング導波路を付設し、後方反射率を実効
的に大きくして前方出力を向上すると共に、サイドモー
ド抑圧比のばらつきを小さくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ、特
に、活性領域に回折格子を有する分布帰還型半導体レー
ザ（以下、「ＤＦＢ−ＬＤ」と記す）に関する。
に、活性領域に回折格子を有する分布帰還型半導体レー
ザ（以下、「ＤＦＢ−ＬＤ」と記す）に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ共振器（以下、「共振器」と記
す）中に回折格子を備えたＤＦＢ−ＬＤは、ブラッグ反
射を利用することにより、変調時においても単一波長の
レーザ発振動作が得られることから、長距離光ファイバ
通信に広く用いられている。この、現在広く用いられて
いるＤＦＢ−ＬＤには回折格子のピッチが一定の均一グ
レーティングＤＦＢ−ＬＤと、回折格子中に回折格子の
位相をπずらした領域を設けてλ／４位相シフト構造
（λは共振器内光波長）を形成したλ／４位相シフトＤ
ＦＢ−ＬＤとがある。とりわけ、λ／４位相シフトＤＦ
Ｂ−ＬＤは、縦主モードの共振が支配的となり、均一グ
レーティングＤＦＢ-ＬＤに比べ、単一の基本モード発
振が容易に実現できる利点がある。このため、λ／４位
相シフトＤＦＢ−ＬＤは現在ではＤＦＢ−ＬＤの主流に
なっている。
す）中に回折格子を備えたＤＦＢ−ＬＤは、ブラッグ反
射を利用することにより、変調時においても単一波長の
レーザ発振動作が得られることから、長距離光ファイバ
通信に広く用いられている。この、現在広く用いられて
いるＤＦＢ−ＬＤには回折格子のピッチが一定の均一グ
レーティングＤＦＢ−ＬＤと、回折格子中に回折格子の
位相をπずらした領域を設けてλ／４位相シフト構造
（λは共振器内光波長）を形成したλ／４位相シフトＤ
ＦＢ−ＬＤとがある。とりわけ、λ／４位相シフトＤＦ
Ｂ−ＬＤは、縦主モードの共振が支配的となり、均一グ
レーティングＤＦＢ-ＬＤに比べ、単一の基本モード発
振が容易に実現できる利点がある。このため、λ／４位
相シフトＤＦＢ−ＬＤは現在ではＤＦＢ−ＬＤの主流に
なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】λ／４位相シフトＤＦ
Ｂ−ＬＤは、回折格子の中央（共振器中央）にλ／４位
相シフト構造が形成（「対称λ／４位相シフト」と云
う）され、共振器の両端面に無反射膜（以下、「ＡＲコ
ーティング」と記す）が施されて端面における回折格子
の位相の影響を受けることがない構造になっている（所
謂、対称λ／４ＤＦＢ−ＬＤ）。このため、共振縦主モ
ードとその他の縦共振モードの閾値利得差が大きく、サ
イドモード抑圧比（以下、「ＳＭＳＲ」と記す）に優れ
た安定な単一モード動作が得られる。しかし、共振器の
両端面にＡＲコーティングが施されて光の伝播方向に対
して対称な構造になっているから、レーザ光が両方の端
面からそれぞれ同量ずつ放射される。このため、片側端
面の光出力が半減し、大きな出力が得られない。この欠
点を解消するために、一方の端面にＡＲコーティングを
施し、他方の端面に高反射膜（以下、「ＨＲコーティン
グ」と記す）を施して前方出力（ＡＲコーティング端面
側からの出力）を大きくする構造がある。しかし、ＨＲ
コーティングを形成するとＨＲコーティング端面におけ
る回折格子の位相の影響によって単一モード動作歩留ま
りが低下する。
Ｂ−ＬＤは、回折格子の中央（共振器中央）にλ／４位
相シフト構造が形成（「対称λ／４位相シフト」と云
う）され、共振器の両端面に無反射膜（以下、「ＡＲコ
ーティング」と記す）が施されて端面における回折格子
の位相の影響を受けることがない構造になっている（所
謂、対称λ／４ＤＦＢ−ＬＤ）。このため、共振縦主モ
ードとその他の縦共振モードの閾値利得差が大きく、サ
イドモード抑圧比（以下、「ＳＭＳＲ」と記す）に優れ
た安定な単一モード動作が得られる。しかし、共振器の
両端面にＡＲコーティングが施されて光の伝播方向に対
して対称な構造になっているから、レーザ光が両方の端
面からそれぞれ同量ずつ放射される。このため、片側端
面の光出力が半減し、大きな出力が得られない。この欠
点を解消するために、一方の端面にＡＲコーティングを
施し、他方の端面に高反射膜（以下、「ＨＲコーティン
グ」と記す）を施して前方出力（ＡＲコーティング端面
側からの出力）を大きくする構造がある。しかし、ＨＲ
コーティングを形成するとＨＲコーティング端面におけ
る回折格子の位相の影響によって単一モード動作歩留ま
りが低下する。
【０００４】端面は通常劈開で作製されるのでサブミク
ロンの精度で位置決めするのは殆ど不可能で、端面にお
ける回折格子の位相が個々のＤＦＢ−ＬＤにより異な
る。即ち、端面における回折格子の位相に個体差が生じ
る。このため、ＨＲコーティング端面を形成するとＨＲ
コーティング端面における回折格子の位相の影響によっ
て単一モード発振するものの他に多モード発振するもの
も多数含まれると同時に、ＳＭＳＲが十分でない個体も
発生してしまう。
ロンの精度で位置決めするのは殆ど不可能で、端面にお
ける回折格子の位相が個々のＤＦＢ−ＬＤにより異な
る。即ち、端面における回折格子の位相に個体差が生じ
る。このため、ＨＲコーティング端面を形成するとＨＲ
コーティング端面における回折格子の位相の影響によっ
て単一モード発振するものの他に多モード発振するもの
も多数含まれると同時に、ＳＭＳＲが十分でない個体も
発生してしまう。
【０００５】本発明は、前方光出力が高く、良好なＳＭ
ＳＲ特性のＤＦＢ−ＬＤを歩留まり良く大量に得ること
を目的としている。
ＳＲ特性のＤＦＢ−ＬＤを歩留まり良く大量に得ること
を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、共振器中の回
折格子の中央にλ／４位相シフト構造を有するλ／４Ｄ
ＦＢ−ＬＤの後方に分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の機
能を有するパッシブ導波路を付設し、後方反射率を実効
的に大きくして前方光出力を向上すると共に、レーザ特
性に及ぼす端面における回折格子の位相の影響を低減し
ている。
折格子の中央にλ／４位相シフト構造を有するλ／４Ｄ
ＦＢ−ＬＤの後方に分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の機
能を有するパッシブ導波路を付設し、後方反射率を実効
的に大きくして前方光出力を向上すると共に、レーザ特
性に及ぼす端面における回折格子の位相の影響を低減し
ている。
【０００７】即ち、本発明の半導体レーザは、電流注入
によりレーザ光を発生する活性層を含む活性導波路層及
び回折格子を内包した多層半導体層を有するＤＦＢ−Ｌ
Ｄであって、多層半導体層は電流が注入されてレーザ発
振する活性領域と、電流が注入注入されないパッシブ導
波路領域とを有している。活性領域は、当該活性領域の
回折格子の一部にλ／４位相シフト構造を備えている。
パッシブ導波路領域は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）
として機能する領域であって、活性導波路層の実効的バ
ンドギャップエネルギーが前記活性領域の活性導波路層
の実効的バンドギャップエネルギーよりも大きく、且
つ、当該パッシブ導波路領域における回折格子の光学的
ピッチが前記活性領域の回折格子の光学的ピッチに等し
くなっている。
によりレーザ光を発生する活性層を含む活性導波路層及
び回折格子を内包した多層半導体層を有するＤＦＢ−Ｌ
Ｄであって、多層半導体層は電流が注入されてレーザ発
振する活性領域と、電流が注入注入されないパッシブ導
波路領域とを有している。活性領域は、当該活性領域の
回折格子の一部にλ／４位相シフト構造を備えている。
パッシブ導波路領域は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）
として機能する領域であって、活性導波路層の実効的バ
ンドギャップエネルギーが前記活性領域の活性導波路層
の実効的バンドギャップエネルギーよりも大きく、且
つ、当該パッシブ導波路領域における回折格子の光学的
ピッチが前記活性領域の回折格子の光学的ピッチに等し
くなっている。
【０００８】回折格子の溝の深さは活性領域からパッシ
ブ導波路領域に渡る全領域（後述する遷移領域も含む）
で一様で結合係数が一定値になっている。または、パッ
シブ導波路領域における回折格子の溝の深さを活性領域
における回折格子の溝の深さと異なる深さとし、パッシ
ブ導波路領域における回折格子の結合係数が活性領域に
おける回折格子の結合係数よりも大きい構成になってい
る。
ブ導波路領域に渡る全領域（後述する遷移領域も含む）
で一様で結合係数が一定値になっている。または、パッ
シブ導波路領域における回折格子の溝の深さを活性領域
における回折格子の溝の深さと異なる深さとし、パッシ
ブ導波路領域における回折格子の結合係数が活性領域に
おける回折格子の結合係数よりも大きい構成になってい
る。
【０００９】活性領域とパッシブ導波路領域の境には、
活性領域からパッシブ導波路領域に行くに従い活性導波
路層の組成が活性領域の組成からパッシブ導波路領域の
組成に徐々に変化し、且つ、回折格子のピッチが活性領
域における回折格子のピッチからパッシブ導波路領域に
おける回折格子のピッチに徐々に変化している遷移領域
を備えている。この遷移領域は無くてもよいが、活性領
域とパッシブ導波路領域の半導体層を同時に一括して製
造する場合、組成が徐々に変化する遷移領域が自然に形
成されるので、組成変化に合わせて回折格子のピッチも
予め変化させてこの領域における回折格子の光学的ピッ
チを活性領域における回折格子の光学的ピッチに合わせ
るのが望ましい。遷移領域を設けない場合は、活性領域
とパッシブ導波路領域を別々に選択成長して形成すれば
よい。
活性領域からパッシブ導波路領域に行くに従い活性導波
路層の組成が活性領域の組成からパッシブ導波路領域の
組成に徐々に変化し、且つ、回折格子のピッチが活性領
域における回折格子のピッチからパッシブ導波路領域に
おける回折格子のピッチに徐々に変化している遷移領域
を備えている。この遷移領域は無くてもよいが、活性領
域とパッシブ導波路領域の半導体層を同時に一括して製
造する場合、組成が徐々に変化する遷移領域が自然に形
成されるので、組成変化に合わせて回折格子のピッチも
予め変化させてこの領域における回折格子の光学的ピッ
チを活性領域における回折格子の光学的ピッチに合わせ
るのが望ましい。遷移領域を設けない場合は、活性領域
とパッシブ導波路領域を別々に選択成長して形成すれば
よい。
【００１０】パッシブ導波路領域における回折格子の溝
の深さを活性領域における回折格子の溝の深さと異なる
深さとした場合は、遷移領域における回折格子の深さを
活性領域の回折格子深さ或いはパッシブ領域の回折格子
深さの何れかに合わせてもよいが、遷移領域においては
回折格子の深さは活性領域からパッシブ導波路領域に移
るに従い活性領域の深さからパッシブ導波路領域の深さ
にまで徐々に変化させて、回折格子の結合係数を徐々に
大きく変化させた構成にするのが望ましい。
の深さを活性領域における回折格子の溝の深さと異なる
深さとした場合は、遷移領域における回折格子の深さを
活性領域の回折格子深さ或いはパッシブ領域の回折格子
深さの何れかに合わせてもよいが、遷移領域においては
回折格子の深さは活性領域からパッシブ導波路領域に移
るに従い活性領域の深さからパッシブ導波路領域の深さ
にまで徐々に変化させて、回折格子の結合係数を徐々に
大きく変化させた構成にするのが望ましい。
【００１１】端面は劈開面としたままでもよいが、端面
における回折格子の位相の影響を低減するためには、端
面での反射を可能な限り抑えるのが望ましい。このた
め、端面にはＡＲコーティングを施すのが望ましい。
における回折格子の位相の影響を低減するためには、端
面での反射を可能な限り抑えるのが望ましい。このた
め、端面にはＡＲコーティングを施すのが望ましい。
【００１２】本発明の半導体レーザの製造方法は、電流
注入によりレーザ発振する活性領域となる部分と電流が
注入されないパッシブ導波路領域となる部分のピッチが
異なり、且つ、前記活性領域となる部分の一部にλ／４
位相シフト構造を有する回折格子を半導体基板に形成す
る工程と、開口幅が一様のストライプ状の開口を有する
誘電体膜で成り、且つ、前記活性領域となる部分と前記
パッシブ導波路領域となる部分で誘電体膜の幅が異なる
誘電体マスクを半導体基板上に形成する工程と、電流注
入によりレーザ光を発生する活性層を含む活性導波路層
を有する多層半導体層を前記誘電体マスク開口部に選択
成長することで活性領域となる多層半導体層とパッシブ
導波路領域となる多層半導体層を同時に一括して成長し
てメサストライプを形成する工程と、前記誘電体マスク
の前記メサストライプに隣接した部分を除去して前記メ
サストライプに隣接した開口を前記誘電体マスクに形成
する工程と、前記メサストライプに隣接した開口及び前
記メサストライプ上に半導体層を選択成長して前記メサ
ストライプを半導体層で埋め込む工程と、前記メサスト
ライプを埋め込んだ前記半導体層の前記活性領域に該当
する部分に電極を形成する工程とを含むことを特徴とし
ている。
注入によりレーザ発振する活性領域となる部分と電流が
注入されないパッシブ導波路領域となる部分のピッチが
異なり、且つ、前記活性領域となる部分の一部にλ／４
位相シフト構造を有する回折格子を半導体基板に形成す
る工程と、開口幅が一様のストライプ状の開口を有する
誘電体膜で成り、且つ、前記活性領域となる部分と前記
パッシブ導波路領域となる部分で誘電体膜の幅が異なる
誘電体マスクを半導体基板上に形成する工程と、電流注
入によりレーザ光を発生する活性層を含む活性導波路層
を有する多層半導体層を前記誘電体マスク開口部に選択
成長することで活性領域となる多層半導体層とパッシブ
導波路領域となる多層半導体層を同時に一括して成長し
てメサストライプを形成する工程と、前記誘電体マスク
の前記メサストライプに隣接した部分を除去して前記メ
サストライプに隣接した開口を前記誘電体マスクに形成
する工程と、前記メサストライプに隣接した開口及び前
記メサストライプ上に半導体層を選択成長して前記メサ
ストライプを半導体層で埋め込む工程と、前記メサスト
ライプを埋め込んだ前記半導体層の前記活性領域に該当
する部分に電極を形成する工程とを含むことを特徴とし
ている。
【００１３】上記の製造方法において、誘電体マスク形
成工程で形成される誘電体マスクを、開口幅が一様のス
トライプ状の開口を有する誘電体膜で成り、且つ、活性
領域となる部分と前記パッシブ導波路領域となる部分で
誘電体膜の幅が異なると共に、前記活性領域となる部分
と前記パッシブ導波路領域となる部分との境の誘電体膜
幅がテーパー状に徐々に変化している誘電体マスクとす
ると、このテーパー部の長さと幅変化率により活性領域
となる部分とパッシブ導波路領域となる部分との境界領
域（遷移領域）に成長した半導体層の組成変化と長さを
設計通りに制御できる利点がある。活性領域となる部分
とパッシブ導波路領域となる部分の境で誘電体膜幅を急
峻に変化させた誘電体マスクを用いて製造してもよい
が、遷移領域に形成された半導体層の組成制御性におい
て誘電体膜幅にテーパーを設けた上記の方法よりも劣る
ので、活性領域となる部分とパッシブ導波路領域となる
部分との境の誘電体膜幅をテーパー状に徐々に変化させ
た誘電体マスクを用いるのが望ましい。
成工程で形成される誘電体マスクを、開口幅が一様のス
トライプ状の開口を有する誘電体膜で成り、且つ、活性
領域となる部分と前記パッシブ導波路領域となる部分で
誘電体膜の幅が異なると共に、前記活性領域となる部分
と前記パッシブ導波路領域となる部分との境の誘電体膜
幅がテーパー状に徐々に変化している誘電体マスクとす
ると、このテーパー部の長さと幅変化率により活性領域
となる部分とパッシブ導波路領域となる部分との境界領
域（遷移領域）に成長した半導体層の組成変化と長さを
設計通りに制御できる利点がある。活性領域となる部分
とパッシブ導波路領域となる部分の境で誘電体膜幅を急
峻に変化させた誘電体マスクを用いて製造してもよい
が、遷移領域に形成された半導体層の組成制御性におい
て誘電体膜幅にテーパーを設けた上記の方法よりも劣る
ので、活性領域となる部分とパッシブ導波路領域となる
部分との境の誘電体膜幅をテーパー状に徐々に変化させ
た誘電体マスクを用いるのが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１
（ａ）、（ｂ）に本発明における一実施形態のＤＦＢ−
ＬＤの断面図を示す。ここで、（ａ）は縦断面図（光軸
に平行な断面）、（ｂ）は前方端面側から眺めた正面図
である。
（ａ）、（ｂ）に本発明における一実施形態のＤＦＢ−
ＬＤの断面図を示す。ここで、（ａ）は縦断面図（光軸
に平行な断面）、（ｂ）は前方端面側から眺めた正面図
である。
【００１５】図１のＤＦＢ−ＬＤは、活性導波路層４に
発振波長が１．５５μｍとなる多重量子井戸構造活性層
（以下、「ＭＱＷ活性層」と記す）を有するＤＦＢ−Ｌ
Ｄである。活性導波路層４は１．５μｍ幅の７層のＭＱ
Ｗ活性層とＳＣＨ層からなっており、図１（ｂ）に示す
ように、その周囲をＩｎＰ埋め込み層６で埋め込まれて
いる。素子長は６００μｍで長さ３００μｍの活性領域
Ａと、長さ５０μｍの遷移領域Ｂと、長さ２５０μｍの
パッシブ導波路領域Ｃとに分かれ、パッシブ導波路領域
Ｃは分布ブラッグ反射領域として機能する。活性領域Ａ
は電流注入によりレーザ光を発生する。活性領域ＡのＭ
ＱＷ活性層は発振波長１．５５μｍ組成となっており、
パッシブ導波路領域Ｃはレーザ光の吸収損失がないよう
に１．４０μｍ組成となっていて、実効的なバンドギャ
ップエネルギーを活性領域の実効的なバンドギャップエ
ネルギーよりも大きくしてレーザ光に対して透明な構造
になっている。遷移領域ＢはＭＱＷ活性層組成が活性領
域側からパッシブ導波路領域側に向かって１．５５μｍ
から１．４０μｍに徐々に変化している。活性導波路層
下方のＩｎＰ基板１には回折格子１０が形成されてい
る。回折格子１０のピッチΛは、光学的ピッチΛeffが
１．５５μｍ／２ｎ(ｎは活性導波路層の実効屈折率)と
なるように活性層領域Ａの部分で２４０ｎｍ、パッシブ
導波路領域Ｃでは２４５ｎｍになっている。即ち、活性
領域Ａとパッシブ導波路領域Ｃとで回折格子の光学的ピ
ッチを等しくし、パッシブ導波路領域Ｃでのブラッグ反
射波長を活性領域Ａで発生したレーザ光の波長に等しく
して、パッシブ導波路領域Ｃで効率よくレーザ光を反射
できる構造になっている。遷移領域Ｂでは活性領域Ａか
らパッシブ導波路領域Ｃに移るに従って、組成変化に合
わせて回折格子ピッチが２４０ｎｍから２４５ｎｍに徐
々に広くなっている。この遷移領域Ｂにおいても回折格
子ピッチの光学長が活性領域のそれと等しくなってい
る。回折格子の深さは活性領域Ａからパッシブ導波路領
域Ｃに渡る全領域で一定でκ＝０．００３μｍ -1（κは
結合係数）である。活性領域Ａの中央には回折格子の位
相がπずれたλ／４位相シフト構造１０ａが導入されて
いる。活性領域側端面が前方出射端となり、反射率０．
１％のＡＲコーティング９を施してある。パッシブ導波
路領域側端面が後方端となり、後方端にも前方出射端と
同様にＡＲコーティング９を施した。電極８ａは活性領
域Ａおよび遷移領域Ｂのみに電流注入されるように活性
領域上と遷移領域上のみに形成した。このような構造に
よれば、遷移領域がキャリア注入される活性領域となる
ことから、遷移領域にはキャリアが数多く存在する。こ
のため、パッシブ導波路領域からの光が入射してキャリ
ア量が変動しても、その変化による攪乱は小さく抑えら
れ、レーザ光の波長チャープが低く抑えられる。
発振波長が１．５５μｍとなる多重量子井戸構造活性層
（以下、「ＭＱＷ活性層」と記す）を有するＤＦＢ−Ｌ
Ｄである。活性導波路層４は１．５μｍ幅の７層のＭＱ
Ｗ活性層とＳＣＨ層からなっており、図１（ｂ）に示す
ように、その周囲をＩｎＰ埋め込み層６で埋め込まれて
いる。素子長は６００μｍで長さ３００μｍの活性領域
Ａと、長さ５０μｍの遷移領域Ｂと、長さ２５０μｍの
パッシブ導波路領域Ｃとに分かれ、パッシブ導波路領域
Ｃは分布ブラッグ反射領域として機能する。活性領域Ａ
は電流注入によりレーザ光を発生する。活性領域ＡのＭ
ＱＷ活性層は発振波長１．５５μｍ組成となっており、
パッシブ導波路領域Ｃはレーザ光の吸収損失がないよう
に１．４０μｍ組成となっていて、実効的なバンドギャ
ップエネルギーを活性領域の実効的なバンドギャップエ
ネルギーよりも大きくしてレーザ光に対して透明な構造
になっている。遷移領域ＢはＭＱＷ活性層組成が活性領
域側からパッシブ導波路領域側に向かって１．５５μｍ
から１．４０μｍに徐々に変化している。活性導波路層
下方のＩｎＰ基板１には回折格子１０が形成されてい
る。回折格子１０のピッチΛは、光学的ピッチΛeffが
１．５５μｍ／２ｎ(ｎは活性導波路層の実効屈折率)と
なるように活性層領域Ａの部分で２４０ｎｍ、パッシブ
導波路領域Ｃでは２４５ｎｍになっている。即ち、活性
領域Ａとパッシブ導波路領域Ｃとで回折格子の光学的ピ
ッチを等しくし、パッシブ導波路領域Ｃでのブラッグ反
射波長を活性領域Ａで発生したレーザ光の波長に等しく
して、パッシブ導波路領域Ｃで効率よくレーザ光を反射
できる構造になっている。遷移領域Ｂでは活性領域Ａか
らパッシブ導波路領域Ｃに移るに従って、組成変化に合
わせて回折格子ピッチが２４０ｎｍから２４５ｎｍに徐
々に広くなっている。この遷移領域Ｂにおいても回折格
子ピッチの光学長が活性領域のそれと等しくなってい
る。回折格子の深さは活性領域Ａからパッシブ導波路領
域Ｃに渡る全領域で一定でκ＝０．００３μｍ -1（κは
結合係数）である。活性領域Ａの中央には回折格子の位
相がπずれたλ／４位相シフト構造１０ａが導入されて
いる。活性領域側端面が前方出射端となり、反射率０．
１％のＡＲコーティング９を施してある。パッシブ導波
路領域側端面が後方端となり、後方端にも前方出射端と
同様にＡＲコーティング９を施した。電極８ａは活性領
域Ａおよび遷移領域Ｂのみに電流注入されるように活性
領域上と遷移領域上のみに形成した。このような構造に
よれば、遷移領域がキャリア注入される活性領域となる
ことから、遷移領域にはキャリアが数多く存在する。こ
のため、パッシブ導波路領域からの光が入射してキャリ
ア量が変動しても、その変化による攪乱は小さく抑えら
れ、レーザ光の波長チャープが低く抑えられる。
【００１６】遷移領域では活性導波路層の組成が徐々に
変化しているため、活性領域と遷移領域との境界での急
峻な屈折率の変化がない。このため、この境界でのレー
ザ光の反射が抑制され、活性領域端は実質的に無反射端
となるので、活性領域端の回折格子位相がＳＭＳＲ等の
特性に及ぼす影響が減少する。前方端面はＡＲコーティ
ングが施されているので、前方端面においても反射が抑
制され前方端面における回折格子位相がＳＭＳＲ等の特
性に及ぼす影響はない。この結果、前方端面における回
折格子の位相及び活性領域後端（遷移領域との境）にお
ける回折格子の位相が個々のＤＦＢ−ＬＤにより異なっ
ても、ＳＭＳＲ等の特性は個体差が小さい。遷移領域が
ない場合は、活性領域とパッシブ導波路領域の境界で組
成が急峻に変化するから、活性領域とパッシブ導波路領
域の屈折率差により活性領域とパッシブ導波路領域の境
界で反射が僅かに生じ、遷移領域を設けた場合よりも活
性領域端の回折格子位相の影響を受け易く特性のばらつ
きが大きくなるので遷移領域を設けるのが望ましい。
変化しているため、活性領域と遷移領域との境界での急
峻な屈折率の変化がない。このため、この境界でのレー
ザ光の反射が抑制され、活性領域端は実質的に無反射端
となるので、活性領域端の回折格子位相がＳＭＳＲ等の
特性に及ぼす影響が減少する。前方端面はＡＲコーティ
ングが施されているので、前方端面においても反射が抑
制され前方端面における回折格子位相がＳＭＳＲ等の特
性に及ぼす影響はない。この結果、前方端面における回
折格子の位相及び活性領域後端（遷移領域との境）にお
ける回折格子の位相が個々のＤＦＢ−ＬＤにより異なっ
ても、ＳＭＳＲ等の特性は個体差が小さい。遷移領域が
ない場合は、活性領域とパッシブ導波路領域の境界で組
成が急峻に変化するから、活性領域とパッシブ導波路領
域の屈折率差により活性領域とパッシブ導波路領域の境
界で反射が僅かに生じ、遷移領域を設けた場合よりも活
性領域端の回折格子位相の影響を受け易く特性のばらつ
きが大きくなるので遷移領域を設けるのが望ましい。
【００１７】本発明のＤＦＢ−ＬＤではパッシブ導波路
領域Ｃは共振器内での光学的共振に位相ずれを生じさせ
ない反射端として働き、２００μｍの長さで実効的にＨ
Ｒコーティング端面と同等の反射率となっている。
領域Ｃは共振器内での光学的共振に位相ずれを生じさせ
ない反射端として働き、２００μｍの長さで実効的にＨ
Ｒコーティング端面と同等の反射率となっている。
【００１８】図１のＤＦＢ−ＬＤは、図２の工程に従っ
て、組成の異なる活性層を一括で形成できる選択ＭＯＶ
ＰＥ法により作製した。なお、図２（ｂ）、（ｆ）にハ
ッチングを施した部分（ＳｉＯ2膜にハッチングを施し
た）があるが、これは理解しやすくするために施したも
ので、断面を示すものではない。
て、組成の異なる活性層を一括で形成できる選択ＭＯＶ
ＰＥ法により作製した。なお、図２（ｂ）、（ｆ）にハ
ッチングを施した部分（ＳｉＯ2膜にハッチングを施し
た）があるが、これは理解しやすくするために施したも
ので、断面を示すものではない。
【００１９】図２によれば、先ず、図２（ａ）（平面
図）に示すように、電子ビーム露光法によりｎ型ＩｎＰ
基板１に回折格子１０を形成する。回折格子のピッチΛ
は、上述したように、電流注入によりレーザ光を発生す
る活性領域Ａとなる部分で２４０ｎｍ、パッシブ導波路
領域Ｃとなる部分では２４５ｎｍ、活性領域Ａとパッシ
ブ導波路領域Ｃとの間の遷移領域Ｂに該当する部分では
２４０ｎｍから２４５ｎｍに徐々に変化している。活性
領域Ａの中央には回折格子の位相がπずれたλ／４位相
シフト構造１０ａが導入されている。
図）に示すように、電子ビーム露光法によりｎ型ＩｎＰ
基板１に回折格子１０を形成する。回折格子のピッチΛ
は、上述したように、電流注入によりレーザ光を発生す
る活性領域Ａとなる部分で２４０ｎｍ、パッシブ導波路
領域Ｃとなる部分では２４５ｎｍ、活性領域Ａとパッシ
ブ導波路領域Ｃとの間の遷移領域Ｂに該当する部分では
２４０ｎｍから２４５ｎｍに徐々に変化している。活性
領域Ａの中央には回折格子の位相がπずれたλ／４位相
シフト構造１０ａが導入されている。
【００２０】次に、図２（ｂ）（平面図）に示すよう
に、回折格子を形成したｎ型ＩｎＰ基板上にＣＶＤによ
りＳｉＯ2膜を堆積した後、フォトリソグラフィにより
パターン化して一対のＳｉＯ2膜１１から成るＳｉＯ2マ
スクを形成する。ＳｉＯ2膜１１の幅Ｗは、図に示すよ
うに、活性領域Ａとパッシブ導波路領域Ｃで異なってい
て、活性領域Ａでは２５μｍ、パッシブ導波路領域Ｃで
は５μｍで、遷移領域では２５μｍから５μｍまで徐々
に狹くなっている。ＳｉＯ2膜間の間隔ｄ、即ち、Ｓｉ
Ｏ2マスクのストライプ状開口の幅ｄは活性領域Ａから
パッシブ導波路領域Ｃの全領域に渡って１．５μｍと
し、一定である。このＳｉＯ2膜１０を選択成長マスク
としてｎ型ＩｎＰ基板上ストライプ状開口部に、図２
（ｃ）（活性領域側の正面図）及び（ｄ）（斜視図）に
示すように、選択ＭＯＣＶＤによりｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
層２、ｎ型ＩｎＰバッファ層３、活性導波路層４、ｐ型
ＩｎＰクラッド層５を順次積層してメサストライプ２０
を形成する。ここで、活性導波路層４は、ＩｎＧａＡｓ
Ｐガイド層とＭＱＷ活性層とＩｎＧａＡｓＰガイド層と
を順次積層した多層構造である。ＭＱＷ活性層はＩｎＧ
ａＡｓＰ井戸層（層厚１０ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁
層（層厚１０ｎｍ）を交互に６層積層した構造である。
に、回折格子を形成したｎ型ＩｎＰ基板上にＣＶＤによ
りＳｉＯ2膜を堆積した後、フォトリソグラフィにより
パターン化して一対のＳｉＯ2膜１１から成るＳｉＯ2マ
スクを形成する。ＳｉＯ2膜１１の幅Ｗは、図に示すよ
うに、活性領域Ａとパッシブ導波路領域Ｃで異なってい
て、活性領域Ａでは２５μｍ、パッシブ導波路領域Ｃで
は５μｍで、遷移領域では２５μｍから５μｍまで徐々
に狹くなっている。ＳｉＯ2膜間の間隔ｄ、即ち、Ｓｉ
Ｏ2マスクのストライプ状開口の幅ｄは活性領域Ａから
パッシブ導波路領域Ｃの全領域に渡って１．５μｍと
し、一定である。このＳｉＯ2膜１０を選択成長マスク
としてｎ型ＩｎＰ基板上ストライプ状開口部に、図２
（ｃ）（活性領域側の正面図）及び（ｄ）（斜視図）に
示すように、選択ＭＯＣＶＤによりｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
層２、ｎ型ＩｎＰバッファ層３、活性導波路層４、ｐ型
ＩｎＰクラッド層５を順次積層してメサストライプ２０
を形成する。ここで、活性導波路層４は、ＩｎＧａＡｓ
Ｐガイド層とＭＱＷ活性層とＩｎＧａＡｓＰガイド層と
を順次積層した多層構造である。ＭＱＷ活性層はＩｎＧ
ａＡｓＰ井戸層（層厚１０ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁
層（層厚１０ｎｍ）を交互に６層積層した構造である。
【００２１】次いで、図２（ｅ）（活性領域側の正面
図）、（ｆ）（平面図）に示すように、メサストライプ
２０に接したＳｉＯ2膜１１の一部を除去してＳｉＯ２
膜１１に開口部１１ａを設け、再度選択ＭＯＣＶＤを行
うことによって、図２（ｇ）（活性領域側の正面図）に
示すように、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層６、ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓキャップ層７を順次積層形成して活性導波路層４の上
部及び側面をｐ型ＩｎＰ埋め込み層６で埋め込んだ埋め
込み構造を形成する。この後、ＳｉＯ2マスクを除去
し、ＣＶＤにより再度全面にＳｉＯ2膜１２（図１
（ｂ））を形成した後、活性領域Ａのメサストライプ上
部のＳｉＯ2膜１２をストライプ状に除去してストライ
プ状の開口を形成し、この開口部及びＩｎＰ基板裏面に
Ａｕ／Ｔｉ電極８ａ、８ｂを形成した後、劈開、ＡＲコ
ーティング形成の各工程を経て図１（ａ）、（ｂ）に示
すＤＦＢ−ＬＤが完成する。
図）、（ｆ）（平面図）に示すように、メサストライプ
２０に接したＳｉＯ2膜１１の一部を除去してＳｉＯ２
膜１１に開口部１１ａを設け、再度選択ＭＯＣＶＤを行
うことによって、図２（ｇ）（活性領域側の正面図）に
示すように、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層６、ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓキャップ層７を順次積層形成して活性導波路層４の上
部及び側面をｐ型ＩｎＰ埋め込み層６で埋め込んだ埋め
込み構造を形成する。この後、ＳｉＯ2マスクを除去
し、ＣＶＤにより再度全面にＳｉＯ2膜１２（図１
（ｂ））を形成した後、活性領域Ａのメサストライプ上
部のＳｉＯ2膜１２をストライプ状に除去してストライ
プ状の開口を形成し、この開口部及びＩｎＰ基板裏面に
Ａｕ／Ｔｉ電極８ａ、８ｂを形成した後、劈開、ＡＲコ
ーティング形成の各工程を経て図１（ａ）、（ｂ）に示
すＤＦＢ−ＬＤが完成する。
【００２２】製造したＤＦＢ−ＬＤに１００ｍＡの電流
を注入してレーザ発振させたところ、前方光出力が２０
ｍＷ以上の高光出力を得、両端面をＡＲコーティングし
た通常のＤＦＢ−ＬＤ（以下、「ＡＲ／ＡＲ端ＤＦＢ−
ＬＤ」と記す）よりも前方光出力を大きくとることがで
きた。また、光出力の前方出力／後方出力比は１０倍と
なり、前端面をＡＲコーティングし後端面をＨＲコーテ
ィングした通常のＤＦＢ−ＬＤ（以下、「ＡＲ／ＨＲ端
ＤＦＢ−ＬＤ」と記す）と同様に前方光出力を大きくと
れた。
を注入してレーザ発振させたところ、前方光出力が２０
ｍＷ以上の高光出力を得、両端面をＡＲコーティングし
た通常のＤＦＢ−ＬＤ（以下、「ＡＲ／ＡＲ端ＤＦＢ−
ＬＤ」と記す）よりも前方光出力を大きくとることがで
きた。また、光出力の前方出力／後方出力比は１０倍と
なり、前端面をＡＲコーティングし後端面をＨＲコーテ
ィングした通常のＤＦＢ−ＬＤ（以下、「ＡＲ／ＨＲ端
ＤＦＢ−ＬＤ」と記す）と同様に前方光出力を大きくと
れた。
【００２３】（第２の実施の形態）本実施形態のＤＦＢ
−ＬＤは、図３（基板及び回折格子の形状のみ図示、そ
の他の構成は省略）に示すように、遷移領域Ｂからパッ
シブ導波路領域Ｃへ行くに従って、回折格子１０の深さ
が徐々に変化し、結合係数κがパッシブ導波路領域Ｃで
活性領域Ａの約３倍で、κ＝０．００９μｍ-1となって
いる。この他の点、例えば、回折格子ピッチ、半導体層
の積層構造、組成、層厚、ストライブ構造等、は第１実
施形態と同じ構成とした。本実施形態のＤＦＢ−ＬＤ
は、パッシブ導波路領域の結合係数κが大きいので、パ
ッシブ導波路領域Ｃにおける反射効率が向上する。この
結果、パッシブ導波路領域Ｃの長さを短くすることが出
来る。本実施形態では、パッシブ導波路領域Ｃの長さが
１００μｍでＨＲコーティングを施した端面と同等の実
効的反射率となり、全素子長を５００μｍと第１実施形
態よりも短くできた。本実施形態においては、第１実施
形態と同様に、大きな前方光出力と良品歩留りを得ると
共に、素子長が短くなった分、１ウェハからの収量をさ
らに増加させることができた。
−ＬＤは、図３（基板及び回折格子の形状のみ図示、そ
の他の構成は省略）に示すように、遷移領域Ｂからパッ
シブ導波路領域Ｃへ行くに従って、回折格子１０の深さ
が徐々に変化し、結合係数κがパッシブ導波路領域Ｃで
活性領域Ａの約３倍で、κ＝０．００９μｍ-1となって
いる。この他の点、例えば、回折格子ピッチ、半導体層
の積層構造、組成、層厚、ストライブ構造等、は第１実
施形態と同じ構成とした。本実施形態のＤＦＢ−ＬＤ
は、パッシブ導波路領域の結合係数κが大きいので、パ
ッシブ導波路領域Ｃにおける反射効率が向上する。この
結果、パッシブ導波路領域Ｃの長さを短くすることが出
来る。本実施形態では、パッシブ導波路領域Ｃの長さが
１００μｍでＨＲコーティングを施した端面と同等の実
効的反射率となり、全素子長を５００μｍと第１実施形
態よりも短くできた。本実施形態においては、第１実施
形態と同様に、大きな前方光出力と良品歩留りを得ると
共に、素子長が短くなった分、１ウェハからの収量をさ
らに増加させることができた。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、対称λ／４ＤＦＢ−ＬＤの後
方に分布ブラッグ反射器として機能するパッシブ導波路
領域を付設し、後方反射率を実効的に大きくして前方光
出力を向上している。また、前方端面にＡＲコーティン
グを施すと共に、後方端面にＨＲコーティングを施す替
わりにパッシブ導波路領域を付設して、パッシブ導波路
領域を分布ブラッグ反射器として機能させ、無反射端面
と等価な構造、即ち、実質的なＡＲ／ＡＲ端対称λ／４
ＤＦＢ−ＬＤ構造としているため、優れたＳＭＳＲ特性
を有すると共に、実質的に、ＳＭＳＲに関するレーザ特
性が端面の回折格子の位相に影響されない構造になって
いる。このため、端面における回折格子の位相が個々の
ＤＦＢ−ＬＤにより異なっても、共振縦主モードとその
他の縦共振モードとの閾値利得差、ＳＭＳＲ等のレーザ
特性は個体差が小さい。この結果、ＳＭＳＲは個々のＤ
ＦＢ−ＬＤにより種々ばらつくことがなく、１ウェハか
ら採れる、良好なＳＭＳＲ特性を有するＤＦＢ−ＬＤの
収量が増加し、ＳＭＳＲ歩留まりが向上する。因みに、
上記実施形態においては、２インチウェハから２０００
個以上の良品を採ることが実現できた。
方に分布ブラッグ反射器として機能するパッシブ導波路
領域を付設し、後方反射率を実効的に大きくして前方光
出力を向上している。また、前方端面にＡＲコーティン
グを施すと共に、後方端面にＨＲコーティングを施す替
わりにパッシブ導波路領域を付設して、パッシブ導波路
領域を分布ブラッグ反射器として機能させ、無反射端面
と等価な構造、即ち、実質的なＡＲ／ＡＲ端対称λ／４
ＤＦＢ−ＬＤ構造としているため、優れたＳＭＳＲ特性
を有すると共に、実質的に、ＳＭＳＲに関するレーザ特
性が端面の回折格子の位相に影響されない構造になって
いる。このため、端面における回折格子の位相が個々の
ＤＦＢ−ＬＤにより異なっても、共振縦主モードとその
他の縦共振モードとの閾値利得差、ＳＭＳＲ等のレーザ
特性は個体差が小さい。この結果、ＳＭＳＲは個々のＤ
ＦＢ−ＬＤにより種々ばらつくことがなく、１ウェハか
ら採れる、良好なＳＭＳＲ特性を有するＤＦＢ−ＬＤの
収量が増加し、ＳＭＳＲ歩留まりが向上する。因みに、
上記実施形態においては、２インチウェハから２０００
個以上の良品を採ることが実現できた。
【図１】 本発明の実施形態の縦断面図及び前方端面
正面図。
正面図。
【図２】 本発明のＤＦＢ−ＬＤの製造過程を示す
図。
図。
【図３】 本発明の第２実施形態の回折格子形状を示
す縦断面図。
す縦断面図。
１ ＩｎＰ基板 ２ ＩｎＧａＡｓＰ層 ３ ＩｎＰバッファ層 ４ 活性導波路層 ５ ＩｎＰクラッド層 ６ ＩｎＰ埋め込み層 ７ ＩｎＧａＡｓキャップ層 ８a、８ｂ 電極 ９ ＡＲコーティング １０ 回折格子 １０ａ λ／４位相シフト １１ ＳｉＯ2膜 １２ ＳｉＯ2膜 ２０ メサストライプ
Claims (6)
- 【請求項１】 電流注入によりレーザ光を発生する活性
層を含む活性導波路層及び回折格子を内包した多層半導
体層を有し、前記多層半導体層は電流が注入される活性
領域と、電流が注入注入されないパッシブ導波路領域と
を有し、前記活性領域は、当該活性領域の回折格子の一
部にλ／４位相シフト構造を有し、前記パッシブ導波路
領域は、前記活性導波路層の実効的バンドギャップエネ
ルギーが前記活性領域の活性導波路層の実効的バンドギ
ャップエネルギーよりも大きく、且つ、当該パッシブ導
波路領域における回折格子の光学的ピッチが前記活性領
域の回折格子の光学的ピッチに等しいことを特徴とした
半導体レーザ - 【請求項２】 回折格子の結合係数が全領域で一様であ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】 パッシブ導波路領域における回折格子の
結合係数が活性領域における回折格子の結合係数よりも
大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 活性領域とパッシブ導波路領域の間に遷
移領域を備え、前記遷移領域は、前記活性領域から前記
パッシブ導波路領域に行くに従い活性導波路層の組成が
前記活性領域の組成から前記パッシブ導波路領域の組成
に徐々に変化し、且つ、回折格子のピッチが活性領域に
おける回折格子のピッチからパッシブ導波路領域におけ
る回折格子のピッチに徐々に変化していることを特徴と
する請求項１〜３の何れかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 電流注入によりレーザ発振する活性領域
となる部分と電流が注入されないパッシブ導波路領域と
なる部分のピッチが異なり、且つ、前記活性領域となる
部分の一部にλ／４位相シフト構造を有する回折格子を
半導体基板に形成する工程と、開口幅が一様のストライ
プ状の開口を有する誘電体膜で成り、且つ、前記活性領
域となる部分と前記パッシブ導波路領域となる部分で誘
電体膜の幅が異なる誘電体マスクを半導体基板上に形成
する工程と、電流注入によりレーザ光を発生する活性層
を含む活性導波路層を有する多層半導体層を前記誘電体
マスク開口部に選択成長することで活性領域となる多層
半導体層とパッシブ導波路領域となる多層半導体層を同
時に一括して成長してメサストライプを形成する工程
と、前記誘電体マスクの前記メサストライプに隣接した
部分を除去して前記メサストライプに隣接した開口を前
記誘電体マスクに形成する工程と、前記メサストライプ
に隣接した開口及び前記メサストライプ上に半導体層を
選択成長して前記メサストライプを半導体層で埋め込む
工程と、前記メサストライプを埋め込んだ前記半導体層
の前記活性領域に該当する部分に電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項６】 誘電体マスク形成工程で形成される誘電
体マスクが、開口幅が一様のストライプ状の開口を有す
る誘電体膜で成り、且つ、活性領域となる部分と前記パ
ッシブ導波路領域となる部分で誘電体膜の幅が異なると
共に、前記活性領域となる部分と前記パッシブ導波路領
域となる部分との境の誘電体膜幅がテーパー状に徐々に
変化している誘電体マスクである請求項５記載の半導体
レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001160635A JP2002353559A (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001160635A JP2002353559A (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002353559A true JP2002353559A (ja) | 2002-12-06 |
Family
ID=19004016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001160635A Pending JP2002353559A (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (14)
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-
2001
- 2001-05-29 JP JP2001160635A patent/JP2002353559A/ja active Pending
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