JP2669045B2 - 分布帰還型半導体レーザの製造方法 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザの製造方法Info
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- JP2669045B2 JP2669045B2 JP1102207A JP10220789A JP2669045B2 JP 2669045 B2 JP2669045 B2 JP 2669045B2 JP 1102207 A JP1102207 A JP 1102207A JP 10220789 A JP10220789 A JP 10220789A JP 2669045 B2 JP2669045 B2 JP 2669045B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、狭スペクトル線幅を実現するための回折
格子を備えた半導体レーザの製造方法に関するものであ
る。
格子を備えた半導体レーザの製造方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕 第５図は、例えばY.Itaya et.al., Electron.Lett.,V
ol.18, No.23 P.1006（1982）に示された分布帰還型（D
FB）半導体レーザを示す断面図であり、図において、１
はn-InP基板、12はn-InPクラッド層、２はn-InGaAsP活
性層、３はp-InGaAsP回折格子層、６はp-InPクラッド
層、７はp+-InGaAsPコンタクト層、８はｐ電極、９はｎ
電極、５は回折格子であり、回折格子層３のクラッド層
６側に凹凸を形成して回折格子層３の膜厚を周期的に変
化させている。
ol.18, No.23 P.1006（1982）に示された分布帰還型（D
FB）半導体レーザを示す断面図であり、図において、１
はn-InP基板、12はn-InPクラッド層、２はn-InGaAsP活
性層、３はp-InGaAsP回折格子層、６はp-InPクラッド
層、７はp+-InGaAsPコンタクト層、８はｐ電極、９はｎ
電極、５は回折格子であり、回折格子層３のクラッド層
６側に凹凸を形成して回折格子層３の膜厚を周期的に変
化させている。
次に動作について説明する。
従来のDFBレーザは上記のような構造であり、ｐ電極
８とｎ電極９の間に順方向バイアスを加えるとｐ電極８
から正孔が、ｎ電極９からは電子が注入され、活性層２
で再結合が起こり発光する。この素子は屈折率の大きな
活性層２や回折格子層３を、屈折率の小さなn-InPクラ
ッド層12とp-InPクラッド層６ではさんだ導波路構造に
なっているため、発光した光は活性層２と回折格子層３
内およびその近傍を層に平行な方向に伝搬する。また、
回折格子層３の上に回折格子５を形成しているため、回
折格子５の方向に実効的な屈折率の周期的な変化が生じ
ている。この回折格子５の周期を、発光した光がブラッ
グ反射を受ける周期にしておけば、そのブラッグ反射条
件を満たす波長のみが導波路構造の中で反射を繰り返し
発振する。
８とｎ電極９の間に順方向バイアスを加えるとｐ電極８
から正孔が、ｎ電極９からは電子が注入され、活性層２
で再結合が起こり発光する。この素子は屈折率の大きな
活性層２や回折格子層３を、屈折率の小さなn-InPクラ
ッド層12とp-InPクラッド層６ではさんだ導波路構造に
なっているため、発光した光は活性層２と回折格子層３
内およびその近傍を層に平行な方向に伝搬する。また、
回折格子層３の上に回折格子５を形成しているため、回
折格子５の方向に実効的な屈折率の周期的な変化が生じ
ている。この回折格子５の周期を、発光した光がブラッ
グ反射を受ける周期にしておけば、そのブラッグ反射条
件を満たす波長のみが導波路構造の中で反射を繰り返し
発振する。
従来のDFBレーザは以上のように構成されているの
で、光が分布帰還を受ける強さを示す結合定数が共振器
方向に一様であり、そのときの共振器内の光強度分布は
第２図の曲線10のように中心付近で光強度が増大した形
になり、そのため、高出力時に、いわゆる軸方向空間的
ホールバーニングが起こり、モードの不安定化が生じ、
狭スペクトル線幅特性が得られないなどの問題点があっ
た。
で、光が分布帰還を受ける強さを示す結合定数が共振器
方向に一様であり、そのときの共振器内の光強度分布は
第２図の曲線10のように中心付近で光強度が増大した形
になり、そのため、高出力時に、いわゆる軸方向空間的
ホールバーニングが起こり、モードの不安定化が生じ、
狭スペクトル線幅特性が得られないなどの問題点があっ
た。
これを避けるためには、結合定数を小さくするという
方法が考えられるが、こうすると分布帰還を受ける光が
少なくなるので、しきい値利得が上昇、すなわちしきい
値電流が上昇してしまうという問題があった。
方法が考えられるが、こうすると分布帰還を受ける光が
少なくなるので、しきい値利得が上昇、すなわちしきい
値電流が上昇してしまうという問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、高出力時にもモードが安定した狭スペク
トル線幅特性が得られる半導体レーザの製造方法を提供
することを目的とする。
されたもので、高出力時にもモードが安定した狭スペク
トル線幅特性が得られる半導体レーザの製造方法を提供
することを目的とする。
この発明に係る分布帰還型半導体レーザの製造方法
は、活性層に近接して禁制帯幅が前記活性層よりも大き
い回折格子層を設け、この回折格子層上に禁制帯幅が前
記回折格子層より大きく共振器方向に膜厚を変化させた
キャップ層を設け、このキャップ層の表面全面に所定周
期の溝を前記回折格子層に到達するようにエッチングに
より形成し、さらにキャップ層と同一組成のクラッド層
を再成長させるようにしたものである。
は、活性層に近接して禁制帯幅が前記活性層よりも大き
い回折格子層を設け、この回折格子層上に禁制帯幅が前
記回折格子層より大きく共振器方向に膜厚を変化させた
キャップ層を設け、このキャップ層の表面全面に所定周
期の溝を前記回折格子層に到達するようにエッチングに
より形成し、さらにキャップ層と同一組成のクラッド層
を再成長させるようにしたものである。
この発明においては、例えば共振器方向の結合定数を
中央部で弱くすれば軸方向空間的ホールバーニングを抑
制することが可能になる。
中央部で弱くすれば軸方向空間的ホールバーニングを抑
制することが可能になる。
以下、この発明の一実施例を図面について説明する。
第１図（ａ）〜（ｅ）はこの発明の分布帰還型半導体
レーザの一実施例の製造過程を説明するための断面図で
ある。
レーザの一実施例の製造過程を説明するための断面図で
ある。
図において、第５図と同一符号は同一または相当のも
のを示し、４はp-InPキャップ層である。
のを示し、４はp-InPキャップ層である。
まず、n-InP基板１上にn-InGaAsP活性層２、p-InGaAs
P回折格子層３、p-InPキャップ層４を順次成長させる。
なお、キャップ層４の膜厚をｔとする〔第１図
（ａ）〕。
P回折格子層３、p-InPキャップ層４を順次成長させる。
なお、キャップ層４の膜厚をｔとする〔第１図
（ａ）〕。
次に、通常のフォトリソグラフィ等によりキャップ層
４の中央付近を覆うパターンを形成し、それをエッチン
グマスクとしてキャップ層４の両端部をエッチングし、
膜厚がｓ（ｓ＜ｔ）となるようにする。なお、ｓ＝０と
なっても構わない。ここでエッチングを行った領域を領
域Ｉ、エッチングを行っていない領域を領域IIとする
〔第１図（ｂ）〕。
４の中央付近を覆うパターンを形成し、それをエッチン
グマスクとしてキャップ層４の両端部をエッチングし、
膜厚がｓ（ｓ＜ｔ）となるようにする。なお、ｓ＝０と
なっても構わない。ここでエッチングを行った領域を領
域Ｉ、エッチングを行っていない領域を領域IIとする
〔第１図（ｂ）〕。
さらに、二光束干渉露光法等によって回折格子パター
ン形成後、化学エッチング等で深さがｔ以上になるよう
にエッチングを行い、分布帰還用の回折格子５を形成す
る〔第１図（ｃ）〕。
ン形成後、化学エッチング等で深さがｔ以上になるよう
にエッチングを行い、分布帰還用の回折格子５を形成す
る〔第１図（ｃ）〕。
この際、領域Ｉと領域IIでキャップ層４の膜厚ｓを上
記のように変化させているので、従来例のように回折格
子５の形成時のエッチング深さが一様であれば、一様な
振幅になってしまうのではなく、エッチング深さが一様
であっても回折格子５の振幅を変えることができる。
記のように変化させているので、従来例のように回折格
子５の形成時のエッチング深さが一様であれば、一様な
振幅になってしまうのではなく、エッチング深さが一様
であっても回折格子５の振幅を変えることができる。
そしてさらに、p-InPクラッド層６、p+-InGaAsPコン
タクト層７を結晶成長させる〔第１図（ｄ）〕。このと
き、同じ組成であるp-InPキャップ層４とp-InPクラッド
層６は一体化し、結果的に回折格子５の振幅が領域Ｉで
は大きく、領域IIでは小さくなる。
タクト層７を結晶成長させる〔第１図（ｄ）〕。このと
き、同じ組成であるp-InPキャップ層４とp-InPクラッド
層６は一体化し、結果的に回折格子５の振幅が領域Ｉで
は大きく、領域IIでは小さくなる。
そして最後に、ｐ電極８およびｎ電極９を形成するこ
とにより素子が完成する〔第１図（ｅ）〕。
とにより素子が完成する〔第１図（ｅ）〕。
次に動作について説明する。
上記のように構成されたこの実施例のDFBレーザにお
いても、従来例と同様にｐ電極８とｎ電極９の間に順方
向バイアスを加えると、活性層２にキャリアが注入され
再結合が起こり発光する。また、この実施例のDFBレー
ザも従来例と同様に、導波路構造により発光した光が活
性層２に平行な方向に伝搬するほか、回折格子層３の膜
厚が周期的に変化して回折格子５を形成しているため、
ブラッグ反射条件を満たす波長の光のみが分布帰還を受
け、やがて発振する。ここで光が分布帰還を受ける割合
を示す結合定数は、主に回折格子５の振幅によって決ま
るが、この実施例の素子における回折格子５の振幅は、
領域Ｉで大きく、領域IIで小さくなっているため、結合
定数は共振器の中央付近で小さく、端面付近で大きくな
っている。すなわち、このような構成とすると、共振器
内での光強度分布が第２図の曲線11のように比較的なだ
らかになる。従来例の素子においては、共振器の中央付
近で光強度がかなり増大しており（第２図の曲線10）、
高出力時に軸方向空間的ホールバーニングによるモード
不安定性が現れるなどの問題があったが、この実施例の
素子においては、光強度の端面付近では結合定数を大き
く、光強度の強い中心付近では結合定数を小さくしてい
るので、分布帰還を受ける光の量は少なくしないで中心
付近の光強度の増大を防ぎ、光強度が共振器内で均一に
なるようにすることができる。したがって、しきい値電
流の上昇を招くことなく、高出力時においても軸方向空
間的ホールバーニングによるモード不安定性などを抑制
することができる。
いても、従来例と同様にｐ電極８とｎ電極９の間に順方
向バイアスを加えると、活性層２にキャリアが注入され
再結合が起こり発光する。また、この実施例のDFBレー
ザも従来例と同様に、導波路構造により発光した光が活
性層２に平行な方向に伝搬するほか、回折格子層３の膜
厚が周期的に変化して回折格子５を形成しているため、
ブラッグ反射条件を満たす波長の光のみが分布帰還を受
け、やがて発振する。ここで光が分布帰還を受ける割合
を示す結合定数は、主に回折格子５の振幅によって決ま
るが、この実施例の素子における回折格子５の振幅は、
領域Ｉで大きく、領域IIで小さくなっているため、結合
定数は共振器の中央付近で小さく、端面付近で大きくな
っている。すなわち、このような構成とすると、共振器
内での光強度分布が第２図の曲線11のように比較的なだ
らかになる。従来例の素子においては、共振器の中央付
近で光強度がかなり増大しており（第２図の曲線10）、
高出力時に軸方向空間的ホールバーニングによるモード
不安定性が現れるなどの問題があったが、この実施例の
素子においては、光強度の端面付近では結合定数を大き
く、光強度の強い中心付近では結合定数を小さくしてい
るので、分布帰還を受ける光の量は少なくしないで中心
付近の光強度の増大を防ぎ、光強度が共振器内で均一に
なるようにすることができる。したがって、しきい値電
流の上昇を招くことなく、高出力時においても軸方向空
間的ホールバーニングによるモード不安定性などを抑制
することができる。
なお、上記実施例では結合定数の値を２つの領域I,II
で異なるようにしているが、多段階あるいはなめらかに
変化させてもよい。
で異なるようにしているが、多段階あるいはなめらかに
変化させてもよい。
また、上記実施例では、位相がシフトしていない一様
な回折格子５を用いたDFBレーザについて示したが、第
３図に示すように、共振器の中央付近に位相が４分の１
波長ずれた位相シフト部10を備えた、いわゆるλ/4シフ
トDFBレーザにこの発明を適用することも可能であり、
この場合、通常のDFBレーザに比べてλ/4シフトDFBレー
ザの方が共振器の中央付近に光強度が集中しやすいので
非常に有効となる。
な回折格子５を用いたDFBレーザについて示したが、第
３図に示すように、共振器の中央付近に位相が４分の１
波長ずれた位相シフト部10を備えた、いわゆるλ/4シフ
トDFBレーザにこの発明を適用することも可能であり、
この場合、通常のDFBレーザに比べてλ/4シフトDFBレー
ザの方が共振器の中央付近に光強度が集中しやすいので
非常に有効となる。
さらに、結合定数を両端面近くで強くするのではな
く、第４図に示すように、片端面近くだけ結合定数を強
くすることで、光出力を他方の端面から多く取り出すこ
とができるほか、このように結合定数を共振器内で自由
に制御することができるので、DFBレーザの設計自由度
が増える。
く、第４図に示すように、片端面近くだけ結合定数を強
くすることで、光出力を他方の端面から多く取り出すこ
とができるほか、このように結合定数を共振器内で自由
に制御することができるので、DFBレーザの設計自由度
が増える。
また、上記実施例では導電性n-InP基板を使用したDFB
レーザについて述べたが、これは半絶縁性InP基板ある
いはp-InP基板を用いた素子に適用してもよい。その
他、GaAs系材料など他の材料を使用した素子に適用でき
ることは言うまでもない。
レーザについて述べたが、これは半絶縁性InP基板ある
いはp-InP基板を用いた素子に適用してもよい。その
他、GaAs系材料など他の材料を使用した素子に適用でき
ることは言うまでもない。
また、上記実施例ではDFBレーザの場合について説明
したが、分布ブラッグ反射型半導体レーザ、導波型グレ
ーテイングフイルタ、反射型グレーテイング偏向素子な
どの他のグレーテイングを用いた素子に、この発明の原
理を用いてもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
したが、分布ブラッグ反射型半導体レーザ、導波型グレ
ーテイングフイルタ、反射型グレーテイング偏向素子な
どの他のグレーテイングを用いた素子に、この発明の原
理を用いてもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
この発明は以上説明したとおり、回折格子の振幅を変
えて共振器方向の結合定数を変化させたので、例えば共
振器方向の結合定数を中心部で弱くして軸方向空間的ホ
ールバーニングを抑制すれば、高出力時にもモードが安
定した狭スペクトル線幅特性が得られる等、DFBレーザ
の設計自由度を増大でき、しかもこの発明によれば、制
御性ならびに再現性がよい効果が得られる。
えて共振器方向の結合定数を変化させたので、例えば共
振器方向の結合定数を中心部で弱くして軸方向空間的ホ
ールバーニングを抑制すれば、高出力時にもモードが安
定した狭スペクトル線幅特性が得られる等、DFBレーザ
の設計自由度を増大でき、しかもこの発明によれば、制
御性ならびに再現性がよい効果が得られる。
第１図はこの発明の分布帰還型半導体レーザの一実施例
を説明するための断面図、第２図は、第１図および第５
図のレーザ共振器内の光強度分布を示した図、第３図，
第４図はこの発明の他の実施例を示す断面図、第５図は
従来の分布帰還型半導体レーザを示す断面図である。 図において、１はn-InP基板、２はn-InGaAsP活性層、３
はp-InGaAsP回折格子層、４はp-InPキャップ層、５は回
折格子、６はp-InPクラッド層、７はp+-InGaAsPコンタ
クト層、８はｐ電極、９はｎ電極である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
を説明するための断面図、第２図は、第１図および第５
図のレーザ共振器内の光強度分布を示した図、第３図，
第４図はこの発明の他の実施例を示す断面図、第５図は
従来の分布帰還型半導体レーザを示す断面図である。 図において、１はn-InP基板、２はn-InGaAsP活性層、３
はp-InGaAsP回折格子層、４はp-InPキャップ層、５は回
折格子、６はp-InPクラッド層、７はp+-InGaAsPコンタ
クト層、８はｐ電極、９はｎ電極である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 敏之 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者 松井 輝仁 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−14984（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−172289（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】活性層に近接して禁制帯幅が前記活性層よ
りも大きい回折格子層を設け、この回折格子層上に禁制
帯幅が前記回折格子層より大きく共振器方向に膜厚を変
化させたキャップ層を設け、このキャップ層の表面全面
に所定周期の溝を前記回折格子層に到達するようにエッ
チングにより形成し、さらにキャップ層と同一組成のク
ラッド層を再成長させ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 |
|---|---|---|---|
| JP1102207A JP2669045B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102207A JP2669045B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02280394A JPH02280394A (ja) | 1990-11-16 |
| JP2669045B2 true JP2669045B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=14321220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1102207A Expired - Fee Related JP2669045B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2669045B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001036192A (ja) | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6123383A (ja) * | 1984-07-11 | 1986-01-31 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ |
| JPS6189690A (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-07 | Fujitsu Ltd | 半導体レ−ザ |
| JP2768940B2 (ja) * | 1987-07-08 | 1998-06-25 | 三菱電機株式会社 | 単一波長発振半導体レーザ装置 |
| JP2687526B2 (ja) * | 1988-12-23 | 1997-12-08 | 日本電気株式会社 | 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-04-20 JP JP1102207A patent/JP2669045B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02280394A (ja) | 1990-11-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |