JP2006108370A - Distributed feedback semiconductor laser device and semiconductor laser module employing it - Google Patents
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Description
本発明は、分布帰還型半導体レーザ素子及びそれを用いた半導体レーザモジュールに関するものである。 The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser element and a semiconductor laser module using the same.
近年、CATVシステムや移動体通信システムでは、複数のサブキャリアを用いて低速で並列伝送する直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を用い、これによって高帯域マルチメディア通信の高速伝送を達成している。その光源としては、一般に単一波長性に優れた分布帰還型半導体レーザ素子(Distributed Feedback laser;以下、DFBレーザと言う)が用いられている。 In recent years, CATV systems and mobile communication systems use orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), which uses multiple subcarriers to transmit in parallel at low speed, thereby enabling high-speed transmission of high-band multimedia communication. Have achieved. As the light source, a distributed feedback laser (Distributed Feedback laser; hereinafter referred to as DFB laser) having excellent single wavelength characteristics is generally used.
特に、比較的短距離の都市幹線系及び加入者系では、直接変調可能でかつ素子の温度制御を行わない、例えばペルチェ素子などの素子冷却部品で冷却しない状態で用いる非冷却型(Uncooled)DFBレーザの導入が検討されている。このような非冷却型DFBレーザは、温度制御されない環境下で使用できるように、広い温度範囲、例えば−40℃から+85℃で動作することが求められる。 In particular, in a relatively short-distance urban trunk line system and subscriber system, an uncooled DFB that can be directly modulated and does not perform temperature control of the element, for example, is used without being cooled by an element cooling component such as a Peltier element. The introduction of a laser is under consideration. Such an uncooled DFB laser is required to operate in a wide temperature range, for example, −40 ° C. to + 85 ° C. so that it can be used in an environment where the temperature is not controlled.
一般に、DFBレーザは、共振器内部に屈折率の実部または虚部が周期的に変化する構造(以下、回折格子と言う)を有し、特定の波長の光にだけ帰還がかかるようにして波長選択性を持たせている。そのため、DFBレーザの発振波長λDFBは、活性層の利得ピーク波長λPEAKとは独立に設定することができる。DFBレーザの回折格子の周期をΛ、導波路の等価屈折率をneffとすると、DFBレーザの発振波長λDFBは、λDFB=2・Λ・neffと表される。なお、活性層の利得ピーク波長λPEAKはフォトルミネッセンス(PL:Photo Luminescence)波長λPLに相当する。 In general, a DFB laser has a structure (hereinafter referred to as a diffraction grating) in which a real part or an imaginary part of a refractive index periodically changes in a resonator so that feedback is applied only to light of a specific wavelength. It has wavelength selectivity. Therefore, the oscillation wavelength λ DFB of the DFB laser can be set independently of the gain peak wavelength λ PEAK of the active layer. When the period of the diffraction grating of the DFB laser is Λ and the equivalent refractive index of the waveguide is n eff , the oscillation wavelength λ DFB of the DFB laser is expressed as λ DFB = 2 · Λ · n eff . Note that the gain peak wavelength λ PEAK of the active layer corresponds to a photoluminescence (PL) wavelength λ PL .
DFBレーザにおいて、前記回折格子はp側半導体層中、n側半導体層中、もしくはその両方に設けられるが、埋め込み構造付近のリーク電流を抑制し、かつ発振波長と利得ピークを有する波長との間で精密に制御せねばならないという観点より活性層上部に形成されたp側半導体層中に設けることが好ましい。 In the DFB laser, the diffraction grating is provided in the p-side semiconductor layer, the n-side semiconductor layer, or both, but suppresses a leakage current near the buried structure and is between the oscillation wavelength and the wavelength having the gain peak. From the viewpoint that it must be precisely controlled, it is preferably provided in the p-side semiconductor layer formed on the active layer.
DFBレーザでは埋め込みヘテロ(BH:Buried Hetero)構造が良く用いられる。BH構造のDFBレーザの場合、埋め込み技術の容易さからn型半導体基板を用いることが多い。また、n型半導体基板を用いた場合に回折格子をp側半導体層中に設けると、該回折格子は、活性層を形成した後に形成することになり、利得ピーク波長λPEAKに相当する活性層のPL波長λPLを測定した後で、発振波長λDFBを決定する回折格子の周期Λを決めることができる。したがって、良好なレーザ発振特性を得るために必要な利得ピーク波長λPEAKと発振波長λDFBとの差であるデチューニング量Δλ(Δλ=λDFB−λPEAK)の制御を容易に行うことができるのである。
さらに、回折格子をp側クラッド層中に設けると、活性層からの距離を離すことができるため、回折格子の周囲を埋め込む際の再成長条件を安定させることができる。
In the DFB laser, a buried hetero (BH) structure is often used. In the case of a BFB DFB laser, an n-type semiconductor substrate is often used because of the ease of embedding technology. Further, when a diffraction grating is provided in the p-side semiconductor layer when an n-type semiconductor substrate is used, the diffraction grating is formed after the active layer is formed, and the active layer corresponding to the gain peak wavelength λ PEAK is formed. After measuring the PL wavelength λ PL , the period Λ of the diffraction grating that determines the oscillation wavelength λ DFB can be determined. Therefore, it is possible to easily control the detuning amount Δλ (Δλ = λ DFB −λ PEAK ), which is the difference between the gain peak wavelength λ PEAK and the oscillation wavelength λ DFB necessary for obtaining good laser oscillation characteristics. It is.
Further, when the diffraction grating is provided in the p-side cladding layer, the distance from the active layer can be increased, so that the regrowth conditions when embedding the periphery of the diffraction grating can be stabilized.
上術したようなDFBレーザの一例について図6を参照して説明する。なお、ここで説明するDFBレーザは特許文献1に記載されているものである。 An example of the DFB laser as described above will be described with reference to FIG. The DFB laser described here is described in Patent Document 1.
図6に示したDFBレーザ100は、発振波長が1550nmに設定され、共振器長Lが300μmのBH構造を有している。具体的には、n−InP基板102上に、n−InPバッファ層103、MQW−SCH活性層104、p−InPスペーサ層105、GaInAsP回折格子層106、該GaInAsP回折格子層106を埋め込んだp−InP埋め込み層107、及びp−InP上クラッド層108の積層構造を有している。
The DFB
ここで、GaInAsP回折格子層106とp−InP埋め込み層107は発振波長を制御する回折格子を形成している。すなわち、周期的に屈折率を変化させる回折格子を共振器内に備えている屈折率結合型DFBレーザとなっている。該屈折率結合型DFBレーザは共振器内部で屈折率が支配的である複素屈折率の実部が周期的に変動している。
Here, the GaInAsP
なお、前記積層構造のうち、p−InP上クラッド層108、p−InP埋め込み層107、GaInAsP回折格子層106、p−InPスペーサ層105、MQW−SCH活性層104、及びn−InPバッファ層103の上部層は、MQW−SCH活性層104が約1.5μmの幅を有するように、メサストライプ状に加工されている。そして、メサストライプの両側は、p型半導体からなる層(p−InP層)111とn型半導体からなる層(n−InP層)112からなる電流(キャリア)ブロック層が積層され、BH構造が形成されている。
Of the laminated structure, the p-InP upper cladding layer 108, the p-InP buried
また、p−InP上クラッド層108及びその両側のn型半導体からなる層(n−InP層)112上には、p−InPクラッド層109及びp−GaInAsコンタクト層110が積層されている。また、p−GaInAsコンタクト層110上には、p側電極114としてTi/Pt/Au多層金属膜が形成され、該p型電極114が形成された領域を除いて絶縁膜115が形成されている。また、n−InP基板102の裏面には、n側電極116としてAuGeNi膜が形成されている。
A p-InP cladding layer 109 and a p-GaInAs contact layer 110 are stacked on the p-InP upper cladding layer 108 and the layers (n-InP layers) 112 made of n-type semiconductors on both sides thereof. Further, on the p-GaInAs contact layer 110, a Ti / Pt / Au multilayer metal film is formed as the p-
また、寄生容量低減のために、前記電流(キャリア)ブロッキング層を貫通するように、溝113が形成されている。さらに、高出力化を目的としてDFBレーザ100の前端面(出射端面)には無反射コーティング膜(図示せず)が、後端面には高反射コーティング膜(図示せず)が、それぞれ成膜されている。
Further, a
図7はDFBレーザ100のMQW−SCH活性層104付近の伝導帯のバンドダイアグラムである。図7に示すように、MQW−SCH活性層104は複数の障壁層117、井戸層118、及び分離光閉込め層(Separate Confinement Heterostructure;以下SCH層という)119により構成されている。また、MQW−SCH活性層104上のp−InPスペーサ層105及びp−InP埋め込み層107は実線からなるバンドダイアグラムを有し、GaInAsP回折格子層106が存在する部分は点線からなるバンドダイアグラムを有している。
FIG. 7 is a band diagram of the conduction band in the vicinity of the MQW-SCH
ここで、図6に示したDFBレーザ100は、MQW−SCH活性層104に電流を注入していき、注入電流がしきい値を超えると、井戸層118において、電子と正孔の結合が活発に行なわれる。
しかしながら、実際には、電子が井戸層118にとどまらず、MQW−SCH活性層104の外へオーバーフローしてしまい、本来得られるべき出力を得ることができない、という問題が生じていた。
Here, the DFB
In practice, however, electrons are not limited to the well layer 118 but overflow to the outside of the MQW-SCH
発明者らがその原因について調査を行ったところ、以下のことが判明した。前記p−InPスペーサ層105の伝導帯のバンドエネルギーは、理想的には図7に実線で示したようになっているはずである。しかしながら、実際には一点鎖線で示したように、設計値よりも小さくなっていることが分かった。これは、GaInAsP回折格子層106のバンドギャップエネルギーがp−InPスペーサ層105のバンドギャップエネルギーに比べて非常に小さいために、比較的薄いスペーサ層105の伝導帯のバンドエネルギーが前記GaInAsP回折格子層106の影響を受けて本来の値より小さくなり、その結果、p−InPスペーサ層105の電子に対する障壁が小さくなって、電子のオーバーフローが発生したと考えられる。
The inventors investigated the cause and found the following. The band energy of the conduction band of the p-
そこで、本願発明は、レーザ発振時に本来得られるべき出力を得ることができるDFBレーザ(分布帰還型半導体レーザ素子)の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a DFB laser (distributed feedback semiconductor laser element) capable of obtaining an output that should be originally obtained during laser oscillation.
請求項1に係る発明は半導体基板上に積層されたn型半導体層及びp型半導体層と、該二つの半導体層間に積層された活性層と、バンドギャップエネルギーの大きさが異なる半導体材料からなる周期的な構造を有する回折格子とを備えた分布帰還型半導体レーザ素子であって、前記回折格子は前記p型半導体層中に形成され、回折格子中の高屈折率半導体材料のバンドギャップエネルギー値と前記分布帰還型半導体レーザ素子の発振波長をエネルギー換算した値の差の絶対値は150meV以上であることを特徴とする。ここで、前記高屈折率半導体材料は回折格子を構成する半導体材料のうち、最もバンドギャップエネルギーが小さい半導体材料に相当する。 The invention according to claim 1 is composed of an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer laminated on a semiconductor substrate, an active layer laminated between the two semiconductor layers, and a semiconductor material having a different band gap energy. A distributed feedback semiconductor laser device comprising a diffraction grating having a periodic structure, wherein the diffraction grating is formed in the p-type semiconductor layer, and a band gap energy value of a high refractive index semiconductor material in the diffraction grating The absolute value of the difference between the values obtained by converting the oscillation wavelength of the distributed feedback semiconductor laser device into energy is 150 meV or more. Here, the high refractive index semiconductor material corresponds to a semiconductor material having the smallest band gap energy among the semiconductor materials constituting the diffraction grating.
請求項2に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、上記の発明において、半導体基板がn型であることを特徴とする。 The distributed feedback semiconductor laser element according to claim 2 is characterized in that, in the above invention, the semiconductor substrate is n-type.
請求項3に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、上記の発明において、回折格子のデューティー比が30%以下であることを特徴とする。 The distributed feedback semiconductor laser device according to claim 3 is characterized in that, in the above invention, the duty ratio of the diffraction grating is 30% or less.
請求項4に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、上記の発明において、分布帰還型半導体レーザ素子が屈折率結合型であることを特徴とする。
The distributed feedback semiconductor laser device according to
請求項5に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、上記の発明において、分布帰還型半導体レーザ素子の結合係数κと共振器長Lとの積が0.8以上2.0以下であることを特徴とする。
The distributed feedback semiconductor laser device according to
請求項6に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、上記の発明において、回折格子が少なくとも1つの位相シフト領域を含むことを特徴とする。 A distributed feedback semiconductor laser device according to a sixth aspect is characterized in that, in the above invention, the diffraction grating includes at least one phase shift region.
請求項7に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、上記の発明において、分布帰還型半導体レーザ素子の結合係数κと共振器長Lとの積が1.6以上4.0以下であることを特徴とする。 The distributed feedback semiconductor laser device according to claim 7 is characterized in that, in the above invention, the product of the coupling coefficient κ and the resonator length L of the distributed feedback semiconductor laser device is 1.6 or more and 4.0 or less. And
請求項8に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、上記の発明において、分布帰還型半導体レーザ素子の利得ピーク波長と発振波長との差であるデチューニング量Δλの絶対値が20nm以下であることを特徴とする。 In the distributed feedback semiconductor laser device according to claim 8, in the above invention, the absolute value of the detuning amount Δλ, which is the difference between the gain peak wavelength and the oscillation wavelength of the distributed feedback semiconductor laser device, is 20 nm or less. Features.
請求項9に係る分布帰還型半導体レーザ素子は、上記の発明において、前記活性層が井戸層及び障壁層と、少なくとも前記p型半導体層側に前記障壁層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、かつ前記p型半導体層の最内層よりもバンドギャップエネルギーが小さい光閉じ込め層を有していることを特徴とする。 The distributed feedback semiconductor laser device according to claim 9 is the above-described invention, wherein the active layer has a well layer and a barrier layer, and at least the p-type semiconductor layer has a band gap energy larger than that of the barrier layer, and The optical confinement layer has a band gap energy smaller than that of the innermost layer of the p-type semiconductor layer.
請求項10に係る半導体レーザモジュールは、請求項1乃至10の何れか一項に記載の分布帰還型半導体レーザ素子を内蔵したことを特徴とする前記光閉じ込め層がバンドギャップエネルギーの異なる複数の層からなることを特徴とする。 A semiconductor laser module according to a tenth aspect of the present invention includes the distributed feedback semiconductor laser element according to any one of the first to tenth aspects, wherein the optical confinement layer includes a plurality of layers having different band gap energies. It is characterized by comprising.
本願発明に係るDFBレーザ及び半導体レーザモジュールによれば、本来得られるべき出力を得ることができる。 According to the DFB laser and the semiconductor laser module according to the present invention, an output that should be originally obtained can be obtained.
本願発明の実施の形態にかかるDFBレーザ1の部分破断斜視図を図1に示した。本実施の形態のDFBレーザ1は、従来のDFBレーザに対して、回折格子層6のバンドギャップエネルギーが、DFBレーザの発振波長をエネルギーバンドギャップに換算した値との差が150meV以上になるような化合物半導体で構成している点に特徴がある。このようにすると、スペーサ層5は回折格子層6の影響を受けず、スペーサ層5の伝導帯のバンドエネルギーを理想的な状態に維持することができる。その結果、MQW−SCH層4からの電子のオーバーフローを抑制することができる。
A partially broken perspective view of a DFB laser 1 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. In the DFB laser 1 of the present embodiment, the difference between the band gap energy of the
積層構造のうち、上クラッド層8、埋め込み層7、回折格子層6、スペーサ層5、MQW−SCH活性層4、及びバッファ層3の上部層は、MQW−SCH活性層4が閉じ込め光の横モードの単一性を有する程度の幅となるように、メサストライプ状に加工されている。該メサストライプの両側にはp型半導体からなる層11とn型半導体からなる層12との積層構造からなる電流(キャリア)ブロッキング層が形成され、DFBレーザ1はBH構造を有している。
Of the laminated structure, the upper cladding layer 8, the buried layer 7, the
前記上クラッド層8及びその両側のn型半導体からなる層12上には、p型半導体からなるクラッド層9及コンタクト層10が、順次積層されている。また、コンタクト層10の上には、p側電極14が設けられた領域を除いて絶縁膜15が形成されている。n型半導体基板2の裏面には、n側電極16が設けられている。また、寄生容量低減のために、前記電流(キャリア)ブロッキング層を貫通するように溝13が形成されている。さらに、DFBレーザ1の前端面(出射端面)には無反射コーティング膜(図示せず)が、後端面には高反射コーティング膜(図示せず)が、それぞれ、成膜されている。
On the upper clad layer 8 and the
n型半導体基板2としては厚さ120μm程度のInP基板を用いることができ、バッファ層3、スペーサ層5、埋め込み層7、上クラッド層8、クラッド層9、p型半導体からなる層11及びn型半導体からなる層12としてはInPを用いることができる。そして、この場合は回折格子層6としてGaInAsP、コンタクト層10にはGaInAsを用いることができる。
As the n-type semiconductor substrate 2, an InP substrate having a thickness of about 120 μm can be used. The buffer layer 3, the
次に、MQW−SCH活性層4の構成について、バンドダイアグラムを用いて説明する。すなわち、MQW−SCH活性層4は図2に示すように、複数の障壁層17、井戸層18、SCH層19により構成されている。これらの各層は、InPに格子整合するGaInAsPにより構成されている。
Next, the configuration of the MQW-SCH
ここで、SCH層19としては、前記障壁層17よりもバンドギャップエネルギーが大きく、かつp型の半導体層の最内層であるスペーサ層5よりもバンドギャップエネルギーが小さい半導体層で形成される。このような活性層と光閉じ込め導波路層を別々に設けることにより、導波路損失を抑えた形で光閉じ込めを強くすることができるという効果を得ることができる。さらに、上述したように前記SCH層19を複数層で形成するとSCH層19を単一層として形成するよりも、電流注入をより効率よく行うことができ、またキャリアのオーバーフローを抑制することができるという効果を得ることができる。
また、MQW−SCH活性層4にキャリア密度が1×1018〔cm-3〕程度になるようにn型またはp型のドーピングを施すと、低抵抗になり好ましい。
Here, the
In addition, it is preferable that n-type or p-type doping is performed on the MQW-SCH
また、回折格Aのデューティー比を30%よりも小さく、より好ましくは20%よりも小さくすると、回折格子に占めるバンドギャップエネルギーの小さな回折格子層6の割合が小さくなる。このことによって、スペーサ層5の伝導帯のバンドエネルギーへの影響を小さくすることができる。
Further, when the duty ratio of the diffraction case A is smaller than 30%, more preferably smaller than 20%, the proportion of the
また、図3に示したように回折格子に周期的に配置される回折格子層6を抜いたタイプの位相シフト領域2Xを設けると、出射光の単一性を向上させることができることに加え、前述したデューティー比を30%よりも小さくした場合と同様に、回折格子に占めるバンドギャップエネルギーの小さな回折格子層6の割合が小さくなる。このことによって、スペーサ層5の伝導帯のバンドエネルギーへの影響を小さくすることができる。
Further, when the
また、高光出力効率、低しきい値電流を実現しながら、高い単一モード性を保つという理由から、DFBレーザの結合係数κと共振器長Lとの積は、前記位相シフト領域2Xを有していない場合は0.8以上2.0以下、前記位相シフト領域2Xを有している場合は1.6以上4.0以下であることが好ましい。
In addition, the product of the coupling coefficient κ and the resonator length L of the DFB laser has the
さらに、本願発明のDFBレーザのデチューニング量Δλの絶対値は、20nm以下とすることが好ましい。このようにすることで、本発明に係るDFBレーザで広い温度範囲で単一モード発振を得ることができる良好なレーザ発振特性が得られる。 Furthermore, the absolute value of the detuning amount Δλ of the DFB laser of the present invention is preferably 20 nm or less. By doing in this way, the favorable laser oscillation characteristic which can obtain single mode oscillation in a wide temperature range with the DFB laser concerning the present invention is obtained.
以上の構成からなるDFBレーザでは、回折格子層6がスペーサ層5の伝導帯のバンドエネルギーに対して与える影響が小さいため、DFBレーザの出力が本来得られるべき出力値よりも低下してしまうという問題を解消することができる。かかるDFBレーザは、温度制御されない環境下で使用される非冷却型DFBレーザとして特に適している。非冷却型DFBレーザでは、高温下で使用されると電子の熱エネルギーが高くなり、井戸層18に注入された電子であっても井戸層18から漏れてスペーサ層5を超え易くなるためである。
In the DFB laser having the above configuration, the influence of the
先ず、図1及び図2を参照して、本実施例のDFBレーザの構成を説明する。図1は本実施例のDFBレーザの構成を示す部分破断斜視図、図2は図1の矢視I−IのDFBレーザの断面図である。 First, the configuration of the DFB laser according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a partially broken perspective view showing the configuration of the DFB laser of this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the DFB laser taken along the line II in FIG.
DFBレーザ1は、発振波長を1310nm(940meV)に設定し、共振器長が300μmのBH構造のDFBレーザであって、図1に示すように、n−InP基板2上に、n−InPバッファ層3、MQW−SCH活性層4、厚さが約100nmのp−InPスペーサ層5、バンドギャップエネルギーが1230meVであるGaInAsPからなる回折格子層6、該回折格子層6を埋め込んだp−InP埋め込み層7、及びp−InP上クラッド層8の積層構造を有する。
DFB laser 1, set the oscillation wavelength of 1310nm (940meV), a DFB laser of BH structure of the resonator length is 3 00Myuemu, as shown in FIG. 1, on the n-InP substrate 2, n-InP Buffer layer 3, MQW-SCH
MQW−SCH活性層4の井戸層18のバンドギャップ波長は1310nmである。また、図に詳細は記載しないが、SCH層19はバンドギャップ波長が950〜1100nm(1300〜1127meV)と変化する4層により構成されており、その傾きの絶対値は5.1meV/nmである。前記傾きの絶対値とは、最も障壁層寄りのSCH層と最もスペーサ層5寄りのSCH層の頂点を結んだ際の傾きをいう。ここで、前記傾きの絶対値は発振波長が1310〜1650nmであるDFBレーザの場合には、4.5〜7.6meV/nm程度であることが好ましい。また、その最適値は、例えば、発振波長が1310nm近傍の場合は、4.5〜5.6meV/nm程度、発振波長が1470〜1530nmのDFBレーザの場合には、5.5〜6.7meV/nm程度、発振波長が1510〜1570nmのDFBレーザの場合には、5.4〜6.6meV/nm程度、発振波長が1550〜1610nmのDFBレーザの場合には、6.6〜7.6meV/nm程度が好ましい。
The band gap wavelength of the
また、前記GaInAsP回折格子層6及びp−InP埋め込み層7からなる回折格子は、厚さが約20nm、周期が約200nm、デューティー比が30%である。なお、回折格子を構成するGaInAsP回折格子層のバンドギャップエネルギーは1230meVである。また、図3に示したように回折格子には、位相シフト領域2Xを設ける。本実施例の場合は、共振器方向に形成される回折格子の中央で、回析格子の位相がπ/2ずれた位相シフト領域2Xが設けられ、回折格子全体として、λ/8位相シフト型回折格子となるようにしてある。
The diffraction grating composed of the GaInAsP
前記積層構造のうち、p−InP上クラッド層8、p−InP埋め込み層7、GaInAsP回折格子層6、p−InPスペーサ層5、MQW−SCH活性層4、及びn−InPバッファ層3の上部層は、MQW−SCH活性層4が約1.5μmの幅を有するように、メサストライプ状に加工されている。そして、メサストライプの両側は、p−InP層11とn−InP層12との積層構造からなる電流(キャリア)ブロック層で埋め込まれており、BH構造が構成されている。
Of the laminated structure, p-InP upper cladding layer 8, p-InP buried layer 7, GaInAsP
p−InPクラッド層8及びその両側のn−InP層12上には、膜厚約2μmのp−InPクラッド層9及び高ドープGaInAsコンタクト層10が、順次、積層されている。また、ドープGaInAsコンタクト層10上には、p側電極14を設けた領域を除いて絶縁膜15が形成されている。p側電極14は、Ti/Pt/Au多層金属膜である。n−InP基板2の裏面には、n側電極16としてAuGeNi膜が設けてある。また、寄生容量低減のために、p−GaInAsコンタクト層10、p−InPクラッド層9、及びp−InP層11とn−InP層12からなる電流(キャリア)ブロック層を貫通するように、溝13が形成されている。更に、DFBレーザ1の前端面(出射端面)には無反射コーティング膜(図示せず)が、後端面には高反射コーティング膜(図示せず)が、それぞれ、成膜されている。
On the p-InP cladding layer 8 and the n-InP layers 12 on both sides thereof, a p-InP cladding layer 9 and a highly doped
上述したDFBレーザ1の作製に当っては、先ず、MOCVD装置を使って、成長温度600℃で、n−InP基板2上に、n−InPバッファ層3、MQW−SCH活性層4、p−InPスペーサ層5、回折格子層6を成長させた。次いで、回折格子層6上に電子ビーム(EB;Electron Beam)描画装置を使って、周期が約200nmの回折格子パターンを有するレジスト膜を形成した。なお、上記半導体材料を使用することにより、デチューニング量Δλは+0nmとなる。また、レジスト膜形成時には、位相シフト領域2Xに相当する部分は、レジスト膜が残るようにする。続いて、ドライエッチング装置を使ってレジスト膜上からGaInAsP回折格子層6を貫通するようにエッチングした。
In producing the DFB laser 1 described above, first, using an MOCVD apparatus, an n-InP buffer layer 3, an MQW-SCH
次いで、GaInAsP回折格子層6が熱により変形することを防ぐため、成長温度を下げて、MOCVD装置を使って、図3に示すように、p−InP埋め込み層7を積層して回折格子を形成し、その後p−InP上クラッド層8を成長させた。
Next, in order to prevent the GaInAsP
次に、プラズマCVD装置を用いて、基板全面にSiNX膜を成膜し、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法により、共振器方向に延びるストライプ状(幅4μm)にSiNX膜が残るようにエッチングして、SiNX膜マスク(図示せず)を形成した。続いて、前記SiNX膜マスクをエッチングマスクとして、p−InP上クラッド層8、回折格子、p−InPスペーサ層5、MQW−SCH活性層4、及びn−InPバッファ層3の上部をエッチングして、MQW−SCH活性層4が約1.5μmの幅を有するメサストライプを形成した。
Next, using a plasma CVD apparatus, a SiN X film is formed on the entire surface of the substrate, and stripes (width: 4 μm) extending in the direction of the resonator are formed by photolithography and reactive ion etching (RIE). Etching was performed so that the SiN X film remained, thereby forming a SiN X film mask (not shown). Subsequently, the upper part of the p-InP upper cladding layer 8, the diffraction grating, the p-
次いで、前記SiNX膜マスクを選択成長マスクとして使い、p−InP層11及びn−InP層12を、順次、選択成長させて、メサストライプの両脇を埋め込み、電流(キャリア)ブロック層とした。その後、SiNX膜マスクを除去し、膜厚約2μmのp−InPクラッド層9及び高ドープGaInAsコンタクト層10を成長させた。
Next, using the SiN X film mask as a selective growth mask, the p-InP layer 11 and the n-
次いで、n−InP層12、及びp−InP層12をエッチングして溝13を形成し、続いて全面に絶縁膜15を成膜した。次いで、絶縁膜15の一部を窓開けして、高ドープGaInAsコンタクト層10上に、p側電極14としてTi/Pt/Au多層金属膜をパッド形状に設けた。また、基板厚が120μm程度になるように、n−InP基板2の裏面を研磨し、n−InP基板2の裏面には、n側電極16としてAuGeNi膜を設けた。更に、DFBレーザ1の前端面には無反射コーティング膜を、後端面には高反射コーティング膜を成膜した後、チップ化した。
Next, the n-
次にチップ化をしたDFBレーザ1のモジュール化を行なった。図4は、DFBレーザ1、光学素子21、光ファイバ22により構成される半導体レーザモジュール23である。図4のように、半導体レーザモジュール23はDFBレーザ1の前端面24から出射される光を、光学素子21により集光し、光ファイバ22の一端に結合させる。そして、光ファイバ22の他端から出射される光を利用する。
Next, the DFB laser 1 made into a chip was modularized. FIG. 4 shows a semiconductor laser module 23 including the DFB laser 1, the
光学素子21は上記作用を持たせるために、レンズが用いられ、必要に応じて、光ファイバ22からの戻り光を阻止するためにアイソレータ、光路を変更するためのプリズム等を組み込む。ここで、符号25はDFBレーザ1の後端面、符号26はDFBレーザ1の光出力をモニタするための受光素子である。なお、この半導体レーザモジュール23には温度調整機能が備えられていない。
A lens is used for the
上記半導体レーザモジュール、及びDFBレーザ1として図6に示した従来技術に係るものを用いた同様な半導体レーザモジュールを比較例とし、それら特性の比較を同一の条件で行なった。その結果を図5(a)、(b)に示した。図5(a)は本実施例に係る半導体レーザモジュールの電流/光出力特性であり、図5(b)は従来技術に係るDFBレーザを用いた比較例の半導体モジュールの電流/光出力特性である。 A similar semiconductor laser module using the semiconductor laser module and the DFB laser 1 according to the related art shown in FIG. 6 was used as a comparative example, and the characteristics were compared under the same conditions. The results are shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). FIG. 5A shows the current / light output characteristics of the semiconductor laser module according to this example, and FIG. 5B shows the current / light output characteristics of the semiconductor module of the comparative example using the DFB laser according to the prior art. is there.
図5(a)、(b)から明らかなように、本実施例に係る半導体レーザモジュールは、注入電流が200mAの高注入時においても、光出力の直線性が保たれていたのに対し、従来技術に係る分DFBレーザを用いた半導体モジュールでは、光出力の直線性を保つことができなかった。 As is clear from FIGS. 5A and 5B, the semiconductor laser module according to the present example maintained the linearity of the optical output even when the injection current was high injection of 200 mA. In the semiconductor module using the split DFB laser according to the prior art, the linearity of the optical output cannot be maintained.
なお、本実施例では、InP基板を用いたDFBレーザを用いたが、いずれも一例でありこの実施の態様に限定されるものではない。例えばGaAs基板を用いたDFBレーザであっても、該DFBレーザの発振波長と回折格子層を構成する半導体材料のバンドギャップエネルギーの差が150meV以上であれば、本発明の効果を得ることができる。このようなDFBレーザとしては、例えば、光ディスクの読み書きに用いる赤色系のDFBレーザが挙げられる。 In this embodiment, a DFB laser using an InP substrate is used. However, all are examples, and the present invention is not limited to this embodiment. For example, even in a DFB laser using a GaAs substrate, the effect of the present invention can be obtained if the difference between the oscillation wavelength of the DFB laser and the band gap energy of the semiconductor material constituting the diffraction grating layer is 150 meV or more. . An example of such a DFB laser is a red DFB laser used for reading and writing of an optical disk.
また、GaAs基板を用いたDFBレーザであって、井戸層に窒化物を含む半導体を用いた長波長系のDFBレーザであっても、DFBレーザの発振波長と、回折格子層を構成する半導体材料のバンドギャップエネルギーの差が150meV以上であれば、本発明の効果を得ることができる。 Further, even if the DFB laser uses a GaAs substrate and is a long wavelength DFB laser using a semiconductor containing nitride in the well layer, the oscillation wavelength of the DFB laser and the semiconductor material constituting the diffraction grating layer If the difference in the band gap energy is 150 meV or more, the effect of the present invention can be obtained.
また、本実施例では、BH構造のDFBレーザを採用したが、リッジ型や埋め込みリッジ型レーザにも適用することができる。 In this embodiment, a DFB laser having a BH structure is employed, but the present invention can also be applied to a ridge type or buried ridge type laser.
1、100 DFBレーザ
2、102 基板
3、103 バッファ層
4、104 MQW−SCH活性層
5、105 スペーサ層
6、106 回折格子層
7、107 埋め込み層
8、108 上クラッド層
9、109 クラッド層
10、110 コンタクト層
11、111 p型半導体からなる層
12、112 n型半導体からなる層
13、113 溝
14、114 p側電極
15、115 絶縁膜
16、116 n側電極
17、117 障壁層
18、118 井戸層
19、119 SCH層
2X 位相シフト領域
20 半導体レーザ素子
21 光学素子
22 光ファイバ
23 半導体レーザモジュール
24 前端面
25 後端面
26 受光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 DFB laser 2,102 Substrate 3,103 Buffer layer 4,104 MQW-SCH active layer 5,105 Spacer layer 6,106 Diffraction grating layer 7,107 Buried layer 8,108 Upper clad layer 9,109
Claims (11)
11. A semiconductor laser module having no temperature adjustment function, wherein the distributed feedback semiconductor laser element according to claim 1 is incorporated.
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001320125A (en) * | 2000-02-29 | 2001-11-16 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor laser device |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001320125A (en) * | 2000-02-29 | 2001-11-16 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor laser device |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20200303891A1 (en) * | 2019-03-22 | 2020-09-24 | Rockley Photonics Limited | Distributed feedback laser |
JP2022525810A (en) * | 2019-03-22 | 2022-05-19 | ロックリー フォトニクス リミテッド | Distributed feedback laser |
US11605930B2 (en) * | 2019-03-22 | 2023-03-14 | Rockley Photonics Limited | Distributed feedback laser |
CN113626977A (en) * | 2021-06-22 | 2021-11-09 | 南京光通光电技术有限公司 | High-frequency interconnection method for 25G DFB laser |
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