JP2723522B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2723522B2 JP2723522B2 JP62242124A JP24212487A JP2723522B2 JP 2723522 B2 JP2723522 B2 JP 2723522B2 JP 62242124 A JP62242124 A JP 62242124A JP 24212487 A JP24212487 A JP 24212487A JP 2723522 B2 JP2723522 B2 JP 2723522B2
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- diffraction grating
- laser
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/164—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/168—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising current blocking layers
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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、半導体レーザに関する。
〔従来の技術〕
近年、長距離大容量光伝送システムの光源として単一
軸モード半導体レーザの研究・開発が活発に行なわれて
いる。その中で、分布帰還形半導体レーザ（DFBレー
ザ）は、その単一軸モードの制御性および動作温度範囲
の広さなどの安定性の面と、他の単一軸モード半導体レ
ーザに比べて製作が容易であるという面から実用化に向
けて急速に開発が進められている。 DFBレーザは、内部に均一な回折格子を有する構造を
とっており、この回折格子の周期で定まるブラッグ波長
近傍で単一波長で発振する。この種の半導体レーザは横
モード等その他の特性も考慮して通常ストライプ状の光
導波領域を電流ブロック層等で埋め込んだ埋め込み構造
がとられている。しかしながら、両端面の端面反射率が
小さく均一な回折格子を有するDFBレーザでは、ブラッ
グ波長を挟んで発振し易い２本の発振可能なモードが存
在する。このことは、２軸モード動作し易いことを意味
し、単一軸モードレーザとしては好ましくない。通常DF
Bレーザでは、光を取り出すために一方の端面はへきか
い面を用い、もう一方の端面はファブリ・ペローモード
を抑制するために、端面反射を抑えた無反射コーティン
グを施した構造がとられる。このように端面反射率が非
対称である構造のDFBレーザの反射鏡損失特性はブラッ
グ波長に対して非対称になり、一つの縦モードが選択さ
れる傾向にある。ところが、反射鏡損失特性は、回折格
子が端面反射鏡の位置においてどのような位相で終わる
かにより著しく変化する。そのため、主モードと次のモ
ードとの間の反射鏡損失差が小さい場合も多く２本のモ
ードで発振する素子も多数あった。そこで、このような
不安定性を除去するためにDFBレーザの内部に回折格子
の周期をλg/4（λｇは素子内を伝播する光の波長）だ
けずらした領域を設けた構造のDFBレーザが試作され
た。これに関する文献の例として宇高他著の1984年11月
22日発行のエレクトロニクス・レターズ誌（Electronic
s Letters）第20巻４号1008〜1010頁記載の論文をあげ
ることができる。このような構造のDFBレーザをλ/4シ
フト型DFBレーザと呼んでいる。 λ/4シフト型DFBレーザは、ブラッグ波長に完全に一
致した１本の軸モードで発振することを特徴としてい
る。このため、従来のDFBレーザで見られた２軸モード
で発振するような素子は極めて少なくなり、歩留り向上
の点で大変有望である。ただ、歩留り向上の点について
は、もう一つ重要な点が存在する。すなわち、DFBレー
ザでは、端面での回折格子の位相の影響を大きく受け、
位相によっては２軸モード動作してしまう。従って、単
一軸モード動作を得るためには、両端面の位相の影響を
排除したλ/4シフト型DFBレーザを作製すればよい。両
端面の位相の影響を取り除くために、現在までに端面及
びその近傍が活性層及び回折格子が存在せず、かつ、レ
ーザ発振光に対して透明な半導体から成る窓構造を両端
面部に備えた構造（両端面窓構造）、両端面低反射膜構
造、片端面窓構造一片端面低反射膜構造の３種類が提案
されているが、反射率の低減化およびファイバとの結合
を考えると片端面窓構造一片端面低反射膜構造が、最も
有望であると考えられる。この文献の例として、山口他
著の1987年（昭和62年）春季第34回応用物理学関係連合
講演会講演予稿集第３分冊755頁記載の30p−ZH−５「窓
構造−ARコート型λ/4シフトDFB−DC−PBH LD」という
論文をあげることができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、ここで２つの問題が存在する。すなわち、
１つには窓構造の領域では、光を導波するストライプ領
域を埋め込んだｎ−ｐ−ｎ−ｐ構造の電流ブロック層が
途中で途切れている。そのために窓領域には漏れ電流が
流れてしまい、しきい値電流の上昇および効率の低下を
招いていた。そればかりでなく、窓領域の存在は静電容
量の増加につながり、高速化の妨げにもなっていた。本
発明の目的は低しきい値、高効率で高速変調可能な安定
な単一軸モード動作をする半導体レーザを提供すること
にある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の半導体レーザは、端面の一方のみが窓構造と
なっており、かつもう一方の端面に低反射膜が形成され
ている分布帰還型半導体レーザにおいて、窓領域と前記
窓領域以外の領域との間が電気的に絶縁構造となってい
ることを特徴としている。この構造は、内蔵している回
折格子が位相シフト回折格子となっている半導体レーザ
にはその効果が大きい。前記絶縁構造は、エッチングに
よって溝を形成したり、あるいは、プロトン注入または
イオン注入によって絶縁層を形成することによって実現
できる。 〔作用〕 窓領域への漏れ電流および窓領域が存在するために生
ずる静電容量を低減させるためには、窓領域とその他の
領域を電気的に分離してやればよい。すなわち、窓領域
とその他の領域の間に電気的な絶縁構造を設ければ、窓
領域へ漏れる電流は大幅に減少する。 〔実施例〕 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。第１図，第２図は、本実施例の片端面窓構造一片端
面低反射膜構造のλ/4シフト型DFBレーザの構造を示す
斜視図である。以下、製作手順に従いながら本実施例の
構造について説明する。まず、ｎ型InP基板110上に位相
シフト膜を用いた干渉露光法によって周期2400Åのλ/4
シフト回折格子を形成する。次に１回目のLPE成長によ
って、ノンドープInGaAsP光ガイド層120（λｇ＝1.3μ
m,厚さ0.3μｍ）、ｎ形InPバッファ層130（厚さ0.1μ
ｍ）、ノンドープ活性層140（λｇ＝1.53μm,厚さ0.1μ
ｍ）,p形InPクラッド層150（厚さ0.2μｍ）を順次成長
する。次に埋め込み構造、および窓構造とするためにエ
ッチングを行なった後、２回目のLPE成長によって埋め
込み成長を行なうと、窓構造も形成される。ここでは、
埋め込み構造として二重チャンネルプレーナ埋め込み構
造を用いた。最後に、基板側と成長層側に電極を形成し
た後、窓領域100と活性領域200との間に中央のメサ付近
を除いて幅20μｍの溝500を形成する。または、第２図
に示すように窓領域100と活性領域200との間にプロトン
領域400を形成する。それから、端面位相の影響を除く
ためと、ファーフィールド・パターンをきれいにするた
めに両端面にSiNX膜300を形成する。反射率は２％以下
である。もし、窓領域100側の端面に低反射膜を形成し
ないと、窓領域100側の端面での反射の影響でファーフ
ィールド・パターンが汚なくなってしまう。 素子長は、窓領域100部が50μｍ、活性領域200部が30
0μｍ、窓領域100と活性領域200との間の溝500、あるい
はプロトン注入領域400は20μｍである。 こうして試作した素子の特性の一例を次に示す。しき
い値電流5mA、微分効率0.23mW/mA、また60mWまでの安定
なCW単一軸モード動作を示した。さらにメサ型電極を採
用することによって緩和振動周波数18GHzを得ることが
できた。5mW出力時の発振波長は1.5502μｍ、SMSRは60m
Wまで35dB以上であった。また、単一軸モード発振の歩
留りは100％であった。 なお、素子の材料および組成は、上述の実施例に限定
する必要はなく、他の半導体材料や誘電体材料などであ
ってもよく、またプロトン注入の代りにイオン注入を用
いてもよい。 〔発明の効果〕 従来の片端面窓構造一片端面低反射膜構造に比べて、
しきい値電流が約20mA低減し、かつ効率が、約0.05mW/m
A上昇し、漏れ電流低減による特性改善が確認された。
また、緩和振動周波数も18GHzと上昇し、静電容量低減
の効果も確認された。
軸モード半導体レーザの研究・開発が活発に行なわれて
いる。その中で、分布帰還形半導体レーザ（DFBレー
ザ）は、その単一軸モードの制御性および動作温度範囲
の広さなどの安定性の面と、他の単一軸モード半導体レ
ーザに比べて製作が容易であるという面から実用化に向
けて急速に開発が進められている。 DFBレーザは、内部に均一な回折格子を有する構造を
とっており、この回折格子の周期で定まるブラッグ波長
近傍で単一波長で発振する。この種の半導体レーザは横
モード等その他の特性も考慮して通常ストライプ状の光
導波領域を電流ブロック層等で埋め込んだ埋め込み構造
がとられている。しかしながら、両端面の端面反射率が
小さく均一な回折格子を有するDFBレーザでは、ブラッ
グ波長を挟んで発振し易い２本の発振可能なモードが存
在する。このことは、２軸モード動作し易いことを意味
し、単一軸モードレーザとしては好ましくない。通常DF
Bレーザでは、光を取り出すために一方の端面はへきか
い面を用い、もう一方の端面はファブリ・ペローモード
を抑制するために、端面反射を抑えた無反射コーティン
グを施した構造がとられる。このように端面反射率が非
対称である構造のDFBレーザの反射鏡損失特性はブラッ
グ波長に対して非対称になり、一つの縦モードが選択さ
れる傾向にある。ところが、反射鏡損失特性は、回折格
子が端面反射鏡の位置においてどのような位相で終わる
かにより著しく変化する。そのため、主モードと次のモ
ードとの間の反射鏡損失差が小さい場合も多く２本のモ
ードで発振する素子も多数あった。そこで、このような
不安定性を除去するためにDFBレーザの内部に回折格子
の周期をλg/4（λｇは素子内を伝播する光の波長）だ
けずらした領域を設けた構造のDFBレーザが試作され
た。これに関する文献の例として宇高他著の1984年11月
22日発行のエレクトロニクス・レターズ誌（Electronic
s Letters）第20巻４号1008〜1010頁記載の論文をあげ
ることができる。このような構造のDFBレーザをλ/4シ
フト型DFBレーザと呼んでいる。 λ/4シフト型DFBレーザは、ブラッグ波長に完全に一
致した１本の軸モードで発振することを特徴としてい
る。このため、従来のDFBレーザで見られた２軸モード
で発振するような素子は極めて少なくなり、歩留り向上
の点で大変有望である。ただ、歩留り向上の点について
は、もう一つ重要な点が存在する。すなわち、DFBレー
ザでは、端面での回折格子の位相の影響を大きく受け、
位相によっては２軸モード動作してしまう。従って、単
一軸モード動作を得るためには、両端面の位相の影響を
排除したλ/4シフト型DFBレーザを作製すればよい。両
端面の位相の影響を取り除くために、現在までに端面及
びその近傍が活性層及び回折格子が存在せず、かつ、レ
ーザ発振光に対して透明な半導体から成る窓構造を両端
面部に備えた構造（両端面窓構造）、両端面低反射膜構
造、片端面窓構造一片端面低反射膜構造の３種類が提案
されているが、反射率の低減化およびファイバとの結合
を考えると片端面窓構造一片端面低反射膜構造が、最も
有望であると考えられる。この文献の例として、山口他
著の1987年（昭和62年）春季第34回応用物理学関係連合
講演会講演予稿集第３分冊755頁記載の30p−ZH−５「窓
構造−ARコート型λ/4シフトDFB−DC−PBH LD」という
論文をあげることができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、ここで２つの問題が存在する。すなわち、
１つには窓構造の領域では、光を導波するストライプ領
域を埋め込んだｎ−ｐ−ｎ−ｐ構造の電流ブロック層が
途中で途切れている。そのために窓領域には漏れ電流が
流れてしまい、しきい値電流の上昇および効率の低下を
招いていた。そればかりでなく、窓領域の存在は静電容
量の増加につながり、高速化の妨げにもなっていた。本
発明の目的は低しきい値、高効率で高速変調可能な安定
な単一軸モード動作をする半導体レーザを提供すること
にある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の半導体レーザは、端面の一方のみが窓構造と
なっており、かつもう一方の端面に低反射膜が形成され
ている分布帰還型半導体レーザにおいて、窓領域と前記
窓領域以外の領域との間が電気的に絶縁構造となってい
ることを特徴としている。この構造は、内蔵している回
折格子が位相シフト回折格子となっている半導体レーザ
にはその効果が大きい。前記絶縁構造は、エッチングに
よって溝を形成したり、あるいは、プロトン注入または
イオン注入によって絶縁層を形成することによって実現
できる。 〔作用〕 窓領域への漏れ電流および窓領域が存在するために生
ずる静電容量を低減させるためには、窓領域とその他の
領域を電気的に分離してやればよい。すなわち、窓領域
とその他の領域の間に電気的な絶縁構造を設ければ、窓
領域へ漏れる電流は大幅に減少する。 〔実施例〕 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。第１図，第２図は、本実施例の片端面窓構造一片端
面低反射膜構造のλ/4シフト型DFBレーザの構造を示す
斜視図である。以下、製作手順に従いながら本実施例の
構造について説明する。まず、ｎ型InP基板110上に位相
シフト膜を用いた干渉露光法によって周期2400Åのλ/4
シフト回折格子を形成する。次に１回目のLPE成長によ
って、ノンドープInGaAsP光ガイド層120（λｇ＝1.3μ
m,厚さ0.3μｍ）、ｎ形InPバッファ層130（厚さ0.1μ
ｍ）、ノンドープ活性層140（λｇ＝1.53μm,厚さ0.1μ
ｍ）,p形InPクラッド層150（厚さ0.2μｍ）を順次成長
する。次に埋め込み構造、および窓構造とするためにエ
ッチングを行なった後、２回目のLPE成長によって埋め
込み成長を行なうと、窓構造も形成される。ここでは、
埋め込み構造として二重チャンネルプレーナ埋め込み構
造を用いた。最後に、基板側と成長層側に電極を形成し
た後、窓領域100と活性領域200との間に中央のメサ付近
を除いて幅20μｍの溝500を形成する。または、第２図
に示すように窓領域100と活性領域200との間にプロトン
領域400を形成する。それから、端面位相の影響を除く
ためと、ファーフィールド・パターンをきれいにするた
めに両端面にSiNX膜300を形成する。反射率は２％以下
である。もし、窓領域100側の端面に低反射膜を形成し
ないと、窓領域100側の端面での反射の影響でファーフ
ィールド・パターンが汚なくなってしまう。 素子長は、窓領域100部が50μｍ、活性領域200部が30
0μｍ、窓領域100と活性領域200との間の溝500、あるい
はプロトン注入領域400は20μｍである。 こうして試作した素子の特性の一例を次に示す。しき
い値電流5mA、微分効率0.23mW/mA、また60mWまでの安定
なCW単一軸モード動作を示した。さらにメサ型電極を採
用することによって緩和振動周波数18GHzを得ることが
できた。5mW出力時の発振波長は1.5502μｍ、SMSRは60m
Wまで35dB以上であった。また、単一軸モード発振の歩
留りは100％であった。 なお、素子の材料および組成は、上述の実施例に限定
する必要はなく、他の半導体材料や誘電体材料などであ
ってもよく、またプロトン注入の代りにイオン注入を用
いてもよい。 〔発明の効果〕 従来の片端面窓構造一片端面低反射膜構造に比べて、
しきい値電流が約20mA低減し、かつ効率が、約0.05mW/m
A上昇し、漏れ電流低減による特性改善が確認された。
また、緩和振動周波数も18GHzと上昇し、静電容量低減
の効果も確認された。
【図面の簡単な説明】
第１図，第２図は本発明の実施例のλ/4シフトDFBレー
ザの構造を示す斜視図である。 図において、100……窓領域、200……活性領域、300…
…SiNx膜、400……プロトン注入領域、110……基板、12
0……光ガイド層、130……バッファ層、140……活性
層、150……クラッド層。
ザの構造を示す斜視図である。 図において、100……窓領域、200……活性領域、300…
…SiNx膜、400……プロトン注入領域、110……基板、12
0……光ガイド層、130……バッファ層、140……活性
層、150……クラッド層。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．活性層及び回折格子が存在せず、かつ、レーザ発振
光に対して透明な半導体から成る窓構造を一方の端面に
備え、もう一方の端面に低反射膜が形成され、光の導波
領域に回折格子を備えている分布帰還型半導体レーザに
おいて、窓領域と前記窓領域以外の領域との間が電気的
に絶縁構造となっていることを特徴とする半導体レーザ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62242124A JP2723522B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62242124A JP2723522B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6482687A JPS6482687A (en) | 1989-03-28 |
| JP2723522B2 true JP2723522B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=17084657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62242124A Expired - Lifetime JP2723522B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2723522B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0964460A (ja) * | 1995-08-30 | 1997-03-07 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06105820B2 (ja) * | 1985-12-25 | 1994-12-21 | 国際電信電話株式会社 | モニタ付分布帰還形半導体レ−ザ |
-
1987
- 1987-09-25 JP JP62242124A patent/JP2723522B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6482687A (en) | 1989-03-28 |
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