JP2546381B2 - 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法
に関する。
に関する。
（従来の技術） 発光再結合する活性層に隣接して回折格子を有する分
布帰還型半導体レーザ（DFB−LD）は、光ファイバ伝送
用の光源として活発に研究開発が進められている。特に
数十Åオーダーの膜厚の半導体多層薄膜からなる多重量
子井戸（MQW）DFB−LDは高速変調時のスペクトル拡り量
が小さく、かつ発振スペクトル線幅が狭いことから直接
検波系のみならず、コヒーレント系光ファイバ通信への
応用においても極めて有望である。
布帰還型半導体レーザ（DFB−LD）は、光ファイバ伝送
用の光源として活発に研究開発が進められている。特に
数十Åオーダーの膜厚の半導体多層薄膜からなる多重量
子井戸（MQW）DFB−LDは高速変調時のスペクトル拡り量
が小さく、かつ発振スペクトル線幅が狭いことから直接
検波系のみならず、コヒーレント系光ファイバ通信への
応用においても極めて有望である。
そのような半導体多層薄膜からなるMQW活性層を成長
するための方法として、近年特にMOVPE法のような気相
成長法が注目されている。例えば、MOVPE法によってMQW
−DFB−LDを成長する場合、InP回折格子基板上にMQW活
性層を成長する方法と、予めMQW活性層および導波層を
成長しておき、導波層上に回折格子を形成する方法とが
ある。
するための方法として、近年特にMOVPE法のような気相
成長法が注目されている。例えば、MOVPE法によってMQW
−DFB−LDを成長する場合、InP回折格子基板上にMQW活
性層を成長する方法と、予めMQW活性層および導波層を
成長しておき、導波層上に回折格子を形成する方法とが
ある。
素子の生産性の観点からは前者の方法の優位性は明ら
かであり、InP系半導体レーザの場合PH3と同時にAsH3を
導入して解折格子の消失を防ぐ等の方法が取られてい
る。
かであり、InP系半導体レーザの場合PH3と同時にAsH3を
導入して解折格子の消失を防ぐ等の方法が取られてい
る。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来技術においては、InP
回折格子深さを十分大きく保ったまま高品質なMQW活性
層を再現性良く成長することは必ずしも容易ではなかっ
た。回折格子深さが小さいとDFB−LDの発振しきい値上
昇を招いたり、逆に回折格子が深すぎるとMQW活性層中
に転移が発生したりする場合があった。
回折格子深さを十分大きく保ったまま高品質なMQW活性
層を再現性良く成長することは必ずしも容易ではなかっ
た。回折格子深さが小さいとDFB−LDの発振しきい値上
昇を招いたり、逆に回折格子が深すぎるとMQW活性層中
に転移が発生したりする場合があった。
本発明の目的は高い生産性、再現性を有する高性能な
分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法を提供する
ことにある。
分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法を提供する
ことにある。
（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために本発明の分布帰還型半導
体レーザは、活性層近傍に回折格子を有する導波層がIn
P基板上に形成されている分布帰還型半導体レーザにお
いて、前記導波層は前記基板に近い組成波長から活性層
に近い組成波長まで連続的に変化する半導体層である。
体レーザは、活性層近傍に回折格子を有する導波層がIn
P基板上に形成されている分布帰還型半導体レーザにお
いて、前記導波層は前記基板に近い組成波長から活性層
に近い組成波長まで連続的に変化する半導体層である。
また、その製造方法は、活性層近傍に回折格子を有す
る導波層が形成され、前記活性層及び前記導波層の間に
半導体層膜よりなる超格子バッファ層が形成されている
分布帰還型半導体レーザの製造方法において、前記導波
層を複数個の気相成長によって、前記各気相成長の間に
待機時間を設けて形成する。
る導波層が形成され、前記活性層及び前記導波層の間に
半導体層膜よりなる超格子バッファ層が形成されている
分布帰還型半導体レーザの製造方法において、前記導波
層を複数個の気相成長によって、前記各気相成長の間に
待機時間を設けて形成する。
（作用） 本願の発明者らはInP回折格子基板上にMQW活性層を気
相成長によって成長する場合に、活性層と導波層の間に
超格子バッファ層を形成することにより導波層に発生し
た結晶の歪を超格子バッファ層によって有効に吸収で
き、さらに、導波層を組成の異なる複数の半導体層によ
って形成し、また、導波層成長中に数回にわたって成長
を中断し、待機時間を設けることによって回折格子上の
成長結晶層の表面の平坦性を増すことができ、その結
果、上述の従来の問題点を克服できることを見出だし
た。この点が本発明の基本的な作用・原理である。
相成長によって成長する場合に、活性層と導波層の間に
超格子バッファ層を形成することにより導波層に発生し
た結晶の歪を超格子バッファ層によって有効に吸収で
き、さらに、導波層を組成の異なる複数の半導体層によ
って形成し、また、導波層成長中に数回にわたって成長
を中断し、待機時間を設けることによって回折格子上の
成長結晶層の表面の平坦性を増すことができ、その結
果、上述の従来の問題点を克服できることを見出だし
た。この点が本発明の基本的な作用・原理である。
（実施例） 以下、図面を用いて本発明をより詳細に説明する。
第１図は本発明の第１の実施例であるInGaAsP系MQW−
DFB−LDの断面図である。
DFB−LDの断面図である。
結晶成長は有機金属気相成長法（MOVPE法）によって
行われる。用いられる原料は、トリメチルガリウム（TM
G）、トリメチルインジウム（TMI）、アルシン（As
H3）、ホスフィン（PH3）である。
行われる。用いられる原料は、トリメチルガリウム（TM
G）、トリメチルインジウム（TMI）、アルシン（As
H3）、ホスフィン（PH3）である。
まず、回折格子２を有するｎ型InP基板１上に発光波
長1.3μｍ組成のSiドープｎ型InGaAsP導波層３、InP、
1.3μｍ組成InGaAsP各20Å、５層よりなる超格子バッフ
ァ層４、波長1.3μｍ組成のノンドープInGaAsPバイア層
（厚さ150Å）およびノンドープInGaAs量子井戸層（厚
さ75Å）４層からなる量子井戸活性層５、Znドープｐ型
InPクラッド層６（ｐ〜５×1017cm-3、厚さ1.0μｍ）を
順次積層する。成長後の回折格子深さは約350Å、導波
層３の厚さは1500Å、超格子バッファ層４の総厚は200
Åとすれば良い。
長1.3μｍ組成のSiドープｎ型InGaAsP導波層３、InP、
1.3μｍ組成InGaAsP各20Å、５層よりなる超格子バッフ
ァ層４、波長1.3μｍ組成のノンドープInGaAsPバイア層
（厚さ150Å）およびノンドープInGaAs量子井戸層（厚
さ75Å）４層からなる量子井戸活性層５、Znドープｐ型
InPクラッド層６（ｐ〜５×1017cm-3、厚さ1.0μｍ）を
順次積層する。成長後の回折格子深さは約350Å、導波
層３の厚さは1500Å、超格子バッファ層４の総厚は200
Åとすれば良い。
このような半導体ウエハをメサエッチング工程等を経
てDC−PBH構造に埋め込んで特性を評価すれば、発振し
きい値電流、特性温度To、しきい値の２倍における緩和
振動波数はそれぞれ10mA、110K、8GHzと超格子バッファ
層４を用いない場合と比べていずれも20〜40％の改善が
期待される。この改善効果は超格子バッファ層４の導入
により、回折格子上に成長した導波層３の結晶歪が活性
層５に及ぼす影響を大幅に緩和することができることに
起因する。
てDC−PBH構造に埋め込んで特性を評価すれば、発振し
きい値電流、特性温度To、しきい値の２倍における緩和
振動波数はそれぞれ10mA、110K、8GHzと超格子バッファ
層４を用いない場合と比べていずれも20〜40％の改善が
期待される。この改善効果は超格子バッファ層４の導入
により、回折格子上に成長した導波層３の結晶歪が活性
層５に及ぼす影響を大幅に緩和することができることに
起因する。
第２図は本発明の第２の実施例の断面図を示す。
回折格子２を有する基板１上に基板１上に近い方から
発光波長1.35μｍから1.2μｍ相当になるように連続的
に組成が変化するInGaAsP層厚さ1400Åからなる導波層
３、活性層５、クラッド層６を順次成長する。活性層５
は第１の実施例と同様の構成とすれば良い。回折格子深
さは約350Åとする。この場合はMOVPE成長法ではInPに
近い組成のものほど成長層表面が平坦になりやすいの
で、回折格子の影響を活性層５に伝えず、従来例と比べ
ると大幅に平坦性の良い導波層３の表面上に活性層５を
成長することが可能となる。本実施例によっても第１の
実施例と同様な特性改善が期待できる。また、ここでは
活性層５に近づくほどInPに近い組成のInGaAsP層を成長
したが、逆により波長組成の長いInGaAsP層を成長して
いっても良い。その場合には比較的深い回折格子を用い
て、導波層３成長の初期の段階から、係合係数を大きく
保ったまま、成長層表面をより平坦にすることができ
る。
発光波長1.35μｍから1.2μｍ相当になるように連続的
に組成が変化するInGaAsP層厚さ1400Åからなる導波層
３、活性層５、クラッド層６を順次成長する。活性層５
は第１の実施例と同様の構成とすれば良い。回折格子深
さは約350Åとする。この場合はMOVPE成長法ではInPに
近い組成のものほど成長層表面が平坦になりやすいの
で、回折格子の影響を活性層５に伝えず、従来例と比べ
ると大幅に平坦性の良い導波層３の表面上に活性層５を
成長することが可能となる。本実施例によっても第１の
実施例と同様な特性改善が期待できる。また、ここでは
活性層５に近づくほどInPに近い組成のInGaAsP層を成長
したが、逆により波長組成の長いInGaAsP層を成長して
いっても良い。その場合には比較的深い回折格子を用い
て、導波層３成長の初期の段階から、係合係数を大きく
保ったまま、成長層表面をより平坦にすることができ
る。
第３図は本発明の第３の実施例の断面図を示す。
回折格子上への導波層３の成長のためには成長待機時
間を設けた多段成長法を採用する。1.3μｍ波長組成のI
nGaAsP層を500Åずつ３回に分けて成長を行えば良い。
実際にはIII族原料ガスを導入せず、Ｖ族原料ガスのみ
を流す時間を２分間設ける。このような成長待機によっ
て導波層３中の結晶歪が緩和され、その上に高品質な活
性層５を成長することができる。この場合にも第１の実
施例と同様な特性改善を期待できる。
間を設けた多段成長法を採用する。1.3μｍ波長組成のI
nGaAsP層を500Åずつ３回に分けて成長を行えば良い。
実際にはIII族原料ガスを導入せず、Ｖ族原料ガスのみ
を流す時間を２分間設ける。このような成長待機によっ
て導波層３中の結晶歪が緩和され、その上に高品質な活
性層５を成長することができる。この場合にも第１の実
施例と同様な特性改善を期待できる。
なお、本実施例においてはInGaAsP系の量子井戸構造
半導体レーザを例に示したが、もちろん用いる材料系は
これに限るものではない。また構造も量子井戸構造に限
らず、通常のバルク活性層にも効果がある。さらに量子
細線構造や、量子箱構造においてより有効であることが
推測される。もちろん上述の方法を組み合わせて成長す
ることも有効である。
半導体レーザを例に示したが、もちろん用いる材料系は
これに限るものではない。また構造も量子井戸構造に限
らず、通常のバルク活性層にも効果がある。さらに量子
細線構造や、量子箱構造においてより有効であることが
推測される。もちろん上述の方法を組み合わせて成長す
ることも有効である。
（発明の効果） 以上説明したように本発明は分布帰還型半導体レーザ
において活性層と導波層の間に超格子バッファ層を形成
しており、導波層の結晶組成を段階的に変化させてい
る。また、導波層の成長を多段の成長回に分けて行って
いる。その結果、それによって結合係数を大きく保った
まま、高品質な活性層を成長することが可能となり、高
い生産性で、高性能な分布帰還型半導体レーザーを提供
することが可能となる。
において活性層と導波層の間に超格子バッファ層を形成
しており、導波層の結晶組成を段階的に変化させてい
る。また、導波層の成長を多段の成長回に分けて行って
いる。その結果、それによって結合係数を大きく保った
まま、高品質な活性層を成長することが可能となり、高
い生産性で、高性能な分布帰還型半導体レーザーを提供
することが可能となる。
第１図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の第１、
第２および第３の実施例である分布帰還型半導体レーザ
の構造を示す断面図である。 １……基板、２……回折格子、３……導波層、４……超
格子バッファ層、５……活性層、６……クラッド層。
第２および第３の実施例である分布帰還型半導体レーザ
の構造を示す断面図である。 １……基板、２……回折格子、３……導波層、４……超
格子バッファ層、５……活性層、６……クラッド層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 達也 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−242090（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】活性層近傍に回折格子を有する導波層がIn
P基板上に形成されている分布帰還型半導体レーザにお
いて、前記導波層は前記基板に近い組成波長から活性層
に近い組成波長まで連続的に変化する半導体層であるこ
とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項２】活性層近傍に回折格子を有する導波層が形
成され、前記活性層及び前記導波層の間に半導体多層膜
よりなる超格子バッファ層が形成されている分布帰還型
半導体レーザの製造方法において、前記導波層を複数個
の気相成長によって、前記各気相成長の間に待機時間を
設けて形成することを特徴とする分布帰還型半導体レー
ザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1198772A JP2546381B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1198772A JP2546381B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0362985A JPH0362985A (ja) | 1991-03-19 |
| JP2546381B2 true JP2546381B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=16396674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1198772A Expired - Fee Related JP2546381B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2546381B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007258269A (ja) | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体光素子 |
| JP6186865B2 (ja) * | 2013-05-08 | 2017-08-30 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61242090A (ja) * | 1985-04-19 | 1986-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP1198772A patent/JP2546381B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0362985A (ja) | 1991-03-19 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |