JP2630273B2 - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
分布帰還型半導体レーザInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分布帰還型半導体レーザ
に関し、特に利得結合方式の分布帰還型半導体レーザに
関するものである。
に関し、特に利得結合方式の分布帰還型半導体レーザに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発振軸モードが安定化される分布帰還型
半導体レーザの一つに、共振器内に利得係数の周期的変
動を設けることにより光波を分布帰還させる利得結合分
布帰還型半導体レーザが知られている。利得結合分布帰
還型半導体レーザのなかに、活性層厚を周期的に変化さ
せることにより利得係数の変化を得ているものがある。
例えば、Ｎａｋａｎｏ等の、１９９１年のヨーロピアン
・コンファレンス・オン・オプティカル・コミュニケー
ション’９１のインヴァイティド・ペーパーズ、１〜８
頁の報告による利得結合分布帰還型半導体レーザは、図
５に示すようなｎ−ＧａＡｓ基板２１、ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層２２、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層２
３、ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓパターン・プロヴァイデ
ィング・レーヤ２４、ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓバッフ
ァ層２５、アンドープＧａＡｓ活性層２６、ｐ−Ａｌ
0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層２７、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層２８、ｐ−電極２９、ｎ−電極３０からなる構造
をもつ。この半導体レーザの構造においては、ｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ａｓパターン・プロヴァイディング・レー
ヤ２４にエッチングにより２次の回折格子が形成されて
おり、ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓバッファ層２５とその
上のアンドープＧａＡｓ活性層２６の界面は前述の回折
格子のパターンがほぼ転写されており、アンドープＧａ
Ａｓ活性層２６とｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層
２７の界面はほぼ平坦となっているため、アンドープＧ
ａＡｓ活性層２６は、ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓパター
ン・プロヴァイディング・レーヤ２４に形成された回折
格子と同周期の層厚周期構造が形成され、利得結合分布
帰還が可能な構造が実現されている。
半導体レーザの一つに、共振器内に利得係数の周期的変
動を設けることにより光波を分布帰還させる利得結合分
布帰還型半導体レーザが知られている。利得結合分布帰
還型半導体レーザのなかに、活性層厚を周期的に変化さ
せることにより利得係数の変化を得ているものがある。
例えば、Ｎａｋａｎｏ等の、１９９１年のヨーロピアン
・コンファレンス・オン・オプティカル・コミュニケー
ション’９１のインヴァイティド・ペーパーズ、１〜８
頁の報告による利得結合分布帰還型半導体レーザは、図
５に示すようなｎ−ＧａＡｓ基板２１、ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層２２、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層２
３、ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓパターン・プロヴァイデ
ィング・レーヤ２４、ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓバッフ
ァ層２５、アンドープＧａＡｓ活性層２６、ｐ−Ａｌ
0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層２７、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層２８、ｐ−電極２９、ｎ−電極３０からなる構造
をもつ。この半導体レーザの構造においては、ｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ａｓパターン・プロヴァイディング・レー
ヤ２４にエッチングにより２次の回折格子が形成されて
おり、ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓバッファ層２５とその
上のアンドープＧａＡｓ活性層２６の界面は前述の回折
格子のパターンがほぼ転写されており、アンドープＧａ
Ａｓ活性層２６とｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層
２７の界面はほぼ平坦となっているため、アンドープＧ
ａＡｓ活性層２６は、ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓパター
ン・プロヴァイディング・レーヤ２４に形成された回折
格子と同周期の層厚周期構造が形成され、利得結合分布
帰還が可能な構造が実現されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
利得結合分布帰還型半導体レーザは、エッチングにより
形成された回折格子が活性層のごく近傍に位置してお
り、回折格子の再成長界面の結晶欠陥が信頼性に悪影響
を及ぼすという問題があり、長時間安定動作が得られた
という報告はない。
利得結合分布帰還型半導体レーザは、エッチングにより
形成された回折格子が活性層のごく近傍に位置してお
り、回折格子の再成長界面の結晶欠陥が信頼性に悪影響
を及ぼすという問題があり、長時間安定動作が得られた
という報告はない。
【０００４】したがって、本発明の目的は、回折格子の
再成長界面を活性層から十分に離すことにより再成長界
面の結晶欠陥が信頼性に及ぼす影響を軽減し、長時間安
定に動作する利得結合方式の分布帰還型半導体レーザを
得ることにある。
再成長界面を活性層から十分に離すことにより再成長界
面の結晶欠陥が信頼性に及ぼす影響を軽減し、長時間安
定に動作する利得結合方式の分布帰還型半導体レーザを
得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の分布帰還型半導
体レーザは、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、面方位が（１００）方位から＜０１−１＞方位に
微傾斜し、かつ発振波長の１次の回折格子パターンが形
成された基板上に、歪量子井戸活性層を含むダブルヘテ
ロ構造が連続してエピタキシャル成長されてなり、歪量
子井戸活性層の層厚が基板の回折格子の周期に従って変
化していることを特徴とするものである。
体レーザは、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、面方位が（１００）方位から＜０１−１＞方位に
微傾斜し、かつ発振波長の１次の回折格子パターンが形
成された基板上に、歪量子井戸活性層を含むダブルヘテ
ロ構造が連続してエピタキシャル成長されてなり、歪量
子井戸活性層の層厚が基板の回折格子の周期に従って変
化していることを特徴とするものである。
【０００６】
【実施例】本発明の特許請求の範囲の利得結合方式の分
布帰還型歪量子井戸半導体レーザの実施例を図１、図
２、図３および図４を参照して説明する。
布帰還型歪量子井戸半導体レーザの実施例を図１、図
２、図３および図４を参照して説明する。
【０００７】図１は歪量子井戸半導体レーザウェハの
（０１１）断面図である。（１００）面から［０１−
１］方位に０．５°傾斜した面方位をもつＳｉドープＧ
ａＡｓ基板１上に、格子パターンに垂直な方向が＜０１
−１＞方向に一致するように、周期１４６nm、深さ８０
nmの発振波長０．９８μm に対して１次の回折格子をエ
ッチングにより形成したのち、膜厚０．５μm のＳｉド
ープＧａＡｓバッファ層２（キャリア濃度１×１０18cm
-3）、膜厚２μm のＳｉドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓク
ラッド層３（キャリア濃度１×１０17cm-3）、膜厚４０
nmのノンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層４、膜
厚２０nmのノンドープＧａＡｓバリア層５、膜厚４．５
nmのノンドープＩｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ歪量子井戸活性層
６、膜厚２０nmのノンドープＧａＡｓバリア層７、膜厚
４０nmのノンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層
８、膜厚１．５μm のＭｇドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ
クラッド層９（キャリア濃度１×１０18cm-3）、膜厚
１．０μm のＭｇドープＧａＡｓキャップ層１０（キャ
リア濃度１×１０19cm-3）を順次有機金属気相エピタキ
シャル成長させることにより、図１に示す層構造をもつ
本発明のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸半導体レーザウェハを
作ることができる。
（０１１）断面図である。（１００）面から［０１−
１］方位に０．５°傾斜した面方位をもつＳｉドープＧ
ａＡｓ基板１上に、格子パターンに垂直な方向が＜０１
−１＞方向に一致するように、周期１４６nm、深さ８０
nmの発振波長０．９８μm に対して１次の回折格子をエ
ッチングにより形成したのち、膜厚０．５μm のＳｉド
ープＧａＡｓバッファ層２（キャリア濃度１×１０18cm
-3）、膜厚２μm のＳｉドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓク
ラッド層３（キャリア濃度１×１０17cm-3）、膜厚４０
nmのノンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層４、膜
厚２０nmのノンドープＧａＡｓバリア層５、膜厚４．５
nmのノンドープＩｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ歪量子井戸活性層
６、膜厚２０nmのノンドープＧａＡｓバリア層７、膜厚
４０nmのノンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層
８、膜厚１．５μm のＭｇドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ
クラッド層９（キャリア濃度１×１０18cm-3）、膜厚
１．０μm のＭｇドープＧａＡｓキャップ層１０（キャ
リア濃度１×１０19cm-3）を順次有機金属気相エピタキ
シャル成長させることにより、図１に示す層構造をもつ
本発明のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸半導体レーザウェハを
作ることができる。
【０００８】図２は、この方法により得られた歪量子井
戸半導体レーザウェハの（０１１）面に平行な面で切っ
た断面を、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層６の近傍を拡
大して示したものである。ＧａＡｓバリア層５とＩｎＧ
ａＡｓ歪量子井戸活性層６の界面は基板と同じ周期の凹
凸構造を保存しており、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層
６の層厚が、その凹凸構造と同じ周期で変化した構造が
得られるため、利得結合方式の分布帰還が可能な構造と
なる。次に、本発明により上記の構造が得られる理由を
説明する。有機金属気相エピタキシャル成長を用いて歪
層を含む半導体層を成長する場合、基板の面方位に（０
０１）面から微小傾斜角を設けることにより表面に傾斜
角に応じた密度でほぼ等間隔で（００１）モノレーヤの
ステップが現れ、それらのステップの間隔が比較的大き
いとき（例えば傾斜角が０．１°のときステップ間隔１
６２nm）は、各ステップが成長種を取り込みながら一様
な速度で流れることにより半導体層が１層また１層と堆
積されてゆくレイヤー・バイ・レイヤー成長が起こり、
歪層の成長においてもその成長モードが保たれる。とこ
ろが、基板の（００１）面からの傾斜角がおよそ０．５
°以上となり表面のステップ密度が比較的大きい場合、
ステップの流れる速度の揺らぎにより微小な層厚揺らぎ
が生じると、それが表面の歪場の揺らぎを引き起こし、
それが最初の揺らぎをさらに助長するというメカニズム
によって歪誘起のステップバンチングとそれに伴った層
厚揺らぎ構造が生じることが新たに見いだされた。とこ
ろで、この歪層厚の揺らぎ構造は、成長種の拡散距離程
度の間隔の周期的構造を自発的に生じる性質がある一
方、成長種の拡散距離とほぼ同じオーダーの規則的な凹
凸構造をあらかじめ形成した基板上に半導体層を成長
し、歪層の成長直前の表面に基板と同じ規則的な凹凸構
造とそれに応じたステップの疎密周期構造が表面に生じ
ていると、その疎密の規則性を完全に反映した層厚周期
構造が歪層に形成されることが見いだされた。本発明の
意義は、新たに見いだされた上記の歪誘起のステップバ
ンチングの形成メカニズムを積極的に用いることによっ
て活性層の層厚に規則的な周期構造を得たことにある。
戸半導体レーザウェハの（０１１）面に平行な面で切っ
た断面を、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層６の近傍を拡
大して示したものである。ＧａＡｓバリア層５とＩｎＧ
ａＡｓ歪量子井戸活性層６の界面は基板と同じ周期の凹
凸構造を保存しており、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層
６の層厚が、その凹凸構造と同じ周期で変化した構造が
得られるため、利得結合方式の分布帰還が可能な構造と
なる。次に、本発明により上記の構造が得られる理由を
説明する。有機金属気相エピタキシャル成長を用いて歪
層を含む半導体層を成長する場合、基板の面方位に（０
０１）面から微小傾斜角を設けることにより表面に傾斜
角に応じた密度でほぼ等間隔で（００１）モノレーヤの
ステップが現れ、それらのステップの間隔が比較的大き
いとき（例えば傾斜角が０．１°のときステップ間隔１
６２nm）は、各ステップが成長種を取り込みながら一様
な速度で流れることにより半導体層が１層また１層と堆
積されてゆくレイヤー・バイ・レイヤー成長が起こり、
歪層の成長においてもその成長モードが保たれる。とこ
ろが、基板の（００１）面からの傾斜角がおよそ０．５
°以上となり表面のステップ密度が比較的大きい場合、
ステップの流れる速度の揺らぎにより微小な層厚揺らぎ
が生じると、それが表面の歪場の揺らぎを引き起こし、
それが最初の揺らぎをさらに助長するというメカニズム
によって歪誘起のステップバンチングとそれに伴った層
厚揺らぎ構造が生じることが新たに見いだされた。とこ
ろで、この歪層厚の揺らぎ構造は、成長種の拡散距離程
度の間隔の周期的構造を自発的に生じる性質がある一
方、成長種の拡散距離とほぼ同じオーダーの規則的な凹
凸構造をあらかじめ形成した基板上に半導体層を成長
し、歪層の成長直前の表面に基板と同じ規則的な凹凸構
造とそれに応じたステップの疎密周期構造が表面に生じ
ていると、その疎密の規則性を完全に反映した層厚周期
構造が歪層に形成されることが見いだされた。本発明の
意義は、新たに見いだされた上記の歪誘起のステップバ
ンチングの形成メカニズムを積極的に用いることによっ
て活性層の層厚に規則的な周期構造を得たことにある。
【０００９】次に、図３および図４を用いて上述の歪量
子井戸レーザウェハを横モード制御レーザに加工する工
程を示す。図３は、＜０１−１＞方向のメサストライプ
が形成された後にウェハの（０１−１）断面を示す。図
４は、利得結合分布帰還型横モード制御レーザの完成品
の（０１−１）断面を示す。まず、図１に示すＩｎＧａ
Ａｓ歪量子井戸半導体レーザウェハの最上層のＧａＡｓ
ギャップ層１０に、ＳｉＯ2 を成膜し、フォトグラフィ
技術により図３に示すように＜０１−１＞方向のＳｉＯ
2 ストライプ１５を形成する。次に、ＳｉＯ2 ストライ
プ１５をマスクとする選択エッチング技術により、Ｍｇ
ドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層９が０．２μm
残る深さまでエッチングすることにより、図３に示すメ
サストライプが形成される。次に、ＳｉＯ2 ストライプ
１５をマスクとした選択成長技術により、図４に示すよ
うにメサストライプの側部を膜厚０．８μm のＳｉドー
プＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流ブロック層１１（キャリア
濃度１×１０18cm-3）、膜厚０．８μm のＳｉドープＧ
ａＡｓ電流ブロック層１２（キャリア濃度１×１０18cm
-3）で順次埋め込む。さらに、ＳｉＯ2 マスク１５を除
去したのち、ｐ−電極１３、ｎ−電極１４を形成するこ
とにより、図４に示す利得結合方式の分布帰還型横モー
ド制御レーザが完成する。
子井戸レーザウェハを横モード制御レーザに加工する工
程を示す。図３は、＜０１−１＞方向のメサストライプ
が形成された後にウェハの（０１−１）断面を示す。図
４は、利得結合分布帰還型横モード制御レーザの完成品
の（０１−１）断面を示す。まず、図１に示すＩｎＧａ
Ａｓ歪量子井戸半導体レーザウェハの最上層のＧａＡｓ
ギャップ層１０に、ＳｉＯ2 を成膜し、フォトグラフィ
技術により図３に示すように＜０１−１＞方向のＳｉＯ
2 ストライプ１５を形成する。次に、ＳｉＯ2 ストライ
プ１５をマスクとする選択エッチング技術により、Ｍｇ
ドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層９が０．２μm
残る深さまでエッチングすることにより、図３に示すメ
サストライプが形成される。次に、ＳｉＯ2 ストライプ
１５をマスクとした選択成長技術により、図４に示すよ
うにメサストライプの側部を膜厚０．８μm のＳｉドー
プＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流ブロック層１１（キャリア
濃度１×１０18cm-3）、膜厚０．８μm のＳｉドープＧ
ａＡｓ電流ブロック層１２（キャリア濃度１×１０18cm
-3）で順次埋め込む。さらに、ＳｉＯ2 マスク１５を除
去したのち、ｐ−電極１３、ｎ−電極１４を形成するこ
とにより、図４に示す利得結合方式の分布帰還型横モー
ド制御レーザが完成する。
【００１０】
【発明の効果】本発明によって、面方位が（１００）方
位から＜０１−１＞方向に微傾斜し、かつ発振波長の１
次の回折格子パターンが形成された基板上に、歪量子井
戸活性層を含むダブルヘテロ構造が連続してエピタキシ
ャル成長されてなり、歪量子井戸活性層の層厚が基板の
回折格子の周期に従って変化していることを特徴とし、
エッチングにより回折格子が形成されている界面と歪量
子井戸活性層が十分に離れているため、高い通電信頼性
を有する利得結合方式の分布帰還型半導体レーザが得ら
れる。
位から＜０１−１＞方向に微傾斜し、かつ発振波長の１
次の回折格子パターンが形成された基板上に、歪量子井
戸活性層を含むダブルヘテロ構造が連続してエピタキシ
ャル成長されてなり、歪量子井戸活性層の層厚が基板の
回折格子の周期に従って変化していることを特徴とし、
エッチングにより回折格子が形成されている界面と歪量
子井戸活性層が十分に離れているため、高い通電信頼性
を有する利得結合方式の分布帰還型半導体レーザが得ら
れる。
【図１】本発明の実施例の利得結合方式の分布帰還型半
導体レーザウェハの（０１１）断面構造を示したもので
ある。
導体レーザウェハの（０１１）断面構造を示したもので
ある。
【図２】本発明の実施例の利得結合方式の分布帰還型半
導体レーザウェハの（０１１）断面構造において、Ｉｎ
ＧａＡｓ歪量子井戸活性層の近傍を拡大して示したもの
である。
導体レーザウェハの（０１１）断面構造において、Ｉｎ
ＧａＡｓ歪量子井戸活性層の近傍を拡大して示したもの
である。
【図３】本発明の実施例の利得結合分布帰還型横モード
制御レーザの製造工程における（０１−１）断面を示し
たものである。
制御レーザの製造工程における（０１−１）断面を示し
たものである。
【図４】本発明の実施例の利得結合分布帰還型横モード
制御レーザの（０１−１）断面図を示したものである。
制御レーザの（０１−１）断面図を示したものである。
【図５】従来例の利得結合分布帰還型半導体レーザの断
面構造を示す。
面構造を示す。
１ ＳｉドープＧａＡｓ基板 ２ ＳｉドープＧａＡｓバッファ層 ３ ＳｉドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層 ４ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層 ５ ２０nmＧａＡｓバリア層 ６ ４．５nmＩｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ歪層 ７ ２０nmＧａＡｓバリア層 ８ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層 ９ ＭｇドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層 １０ ＭｇドープＧａＡｓキャップ層 １１ ＳｉドープＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ電流ブロック層 １２ ＳｉドープＧａＡｓ電流ブロック層 １３ ｐ−電極 １４ ｎ−電極 １５ ＳｉＯ2 ストライプ ２１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ２３ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層 ２４ ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓパターン・プロファイ
ディング・レーヤ ２５ ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓバッファ層 ２６ アンドープＧａＡｓ活性層 ２７ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層 ２８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ２９ ｐ−電極 ３０ ｎ−電極
ディング・レーヤ ２５ ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓバッファ層 ２６ アンドープＧａＡｓ活性層 ２７ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層 ２８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ２９ ｐ−電極 ３０ ｎ−電極
Claims (1)
- 【請求項１】面方位が（１００）方位から＜０１−１＞
方位に微傾斜し、かつ発振波長の１次の回折格子パター
ンが形成された基板上に、歪量子井戸活性層を含むダブ
ルヘテロ構造が連続してエピタキシャル成長されてな
り、歪量子井戸活性層の層厚が基板の回折格子の周期に
従って変化していることを特徴とする分布帰還型半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22435594A JP2630273B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22435594A JP2630273B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0888443A JPH0888443A (ja) | 1996-04-02 |
| JP2630273B2 true JP2630273B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=16812470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22435594A Expired - Fee Related JP2630273B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2630273B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| 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 |
-
1994
- 1994-09-20 JP JP22435594A patent/JP2630273B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0888443A (ja) | 1996-04-02 |
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