JP2852663B2 - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置およびその製造方法Info
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Classifications
-
- 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
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気光変換素子として利用する半導体レーザ
装置およびその製造方法に関する。
装置およびその製造方法に関する。
本発明は、光通信装置、光情報処理装置、光記録装
置、光応用計測装置、その他光電子装置の光源として利
用するに適する。
置、光応用計測装置、その他光電子装置の光源として利
用するに適する。
本発明は、活性層に回折格子を設け、光分布帰還によ
ってその活性層で電子と正孔の再結合による誘導放出光
を発生させる分布帰還型半導体レーザ装置において、 活性層を前記回折格子に相応する周期にしたがって選
択成長させることにより、 活性層そのものに回折格子を形成することを可能と
し、これにより誘起される利得係数の周期的摂動を主因
とする光分布帰還を施し、完全に単一波長の縦モード発
振を得るものである。
ってその活性層で電子と正孔の再結合による誘導放出光
を発生させる分布帰還型半導体レーザ装置において、 活性層を前記回折格子に相応する周期にしたがって選
択成長させることにより、 活性層そのものに回折格子を形成することを可能と
し、これにより誘起される利得係数の周期的摂動を主因
とする光分布帰還を施し、完全に単一波長の縦モード発
振を得るものである。
半導体レーザの活性層近傍に回折格子を形成し、この
回折格子により光分布帰還を施して活性層に誘導放出光
を発生させる分布帰還型半導体レーザ装置の技術が広く
知られている。分布帰還型半導体レーザ装置は、比較的
簡単に発振スペクトル特性の優れた誘導放出光が得られ
るとともに、回折格子のピッチにより発振波長を制御で
きるので、単一モード光ファイバを利用するあるいは光
波長多重を行う長距離大容量光通信装置その他光電子装
置の光源としてその有用性が期待されている。
回折格子により光分布帰還を施して活性層に誘導放出光
を発生させる分布帰還型半導体レーザ装置の技術が広く
知られている。分布帰還型半導体レーザ装置は、比較的
簡単に発振スペクトル特性の優れた誘導放出光が得られ
るとともに、回折格子のピッチにより発振波長を制御で
きるので、単一モード光ファイバを利用するあるいは光
波長多重を行う長距離大容量光通信装置その他光電子装
置の光源としてその有用性が期待されている。
このための従来例レーザ装置は、活性層にきわめて近
接して透明な導波路層を作り、この導波路層の活性層よ
り遠い側の面に断面形状がおおむね三角波状である凹凸
形状を形成して、導波路層のみかけの屈折率を周期的に
変化させて光分布帰還を施すものである。この構造は広
く知られたものであって、一般的なハンドブックである オーム社：電子情報通信ハンドブック、1988年984−985
頁 にも記載がある。この構造の半導体レーザ装置は、光導
波路層の層厚変化の周期に対応して生じるブラッグ波長
の光に対して、光位相についての適正な帰還が行われな
いので、このブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じ
る。すなわち、従来例装置では、ブラッグ波長の上下に
ほぼ対称に離隔した二つの波長の縦モード発振が生じる
現象がある。さまざまな実験的検討から、この二つの波
長の縦モード発振の一方のみが生じるように設定するこ
と、さらにその一方のみを予め設定することは、実用的
な半導体レーザ装置を設計および製作するうえで困難で
あることが経験されている。このため、製造歩留りを高
くすることができない。
接して透明な導波路層を作り、この導波路層の活性層よ
り遠い側の面に断面形状がおおむね三角波状である凹凸
形状を形成して、導波路層のみかけの屈折率を周期的に
変化させて光分布帰還を施すものである。この構造は広
く知られたものであって、一般的なハンドブックである オーム社：電子情報通信ハンドブック、1988年984−985
頁 にも記載がある。この構造の半導体レーザ装置は、光導
波路層の層厚変化の周期に対応して生じるブラッグ波長
の光に対して、光位相についての適正な帰還が行われな
いので、このブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じ
る。すなわち、従来例装置では、ブラッグ波長の上下に
ほぼ対称に離隔した二つの波長の縦モード発振が生じる
現象がある。さまざまな実験的検討から、この二つの波
長の縦モード発振の一方のみが生じるように設定するこ
と、さらにその一方のみを予め設定することは、実用的
な半導体レーザ装置を設計および製作するうえで困難で
あることが経験されている。このため、製造歩留りを高
くすることができない。
これを解決するために、回折格子をそのほぼ中央で４
分の１波長分だけ位相シフトさせる構造が提案され実施
された。これにより二つの波長の縦モードの利得差が大
きくなり、発振モードを一つに設定することができるよ
うになる。しかし、この構造は回折格子の形成が複雑で
あるため特別の製造工程が必要であり、さらにレーザ素
子端面に反射防止膜を形成する必要があるなど複雑であ
り、製造工数が大きく高価である。この構造の半導体レ
ーザ装置についても上記ハンドブックに記載がある。
分の１波長分だけ位相シフトさせる構造が提案され実施
された。これにより二つの波長の縦モードの利得差が大
きくなり、発振モードを一つに設定することができるよ
うになる。しかし、この構造は回折格子の形成が複雑で
あるため特別の製造工程が必要であり、さらにレーザ素
子端面に反射防止膜を形成する必要があるなど複雑であ
り、製造工数が大きく高価である。この構造の半導体レ
ーザ装置についても上記ハンドブックに記載がある。
一方、上述のように屈折率結合により光分布帰還を行
うとブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じるが、利得
係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分布帰還を
行うとすれば、発振阻止帯域は現れず完全に単一波長の
縦モード発振が得られるはずであるとの原理的な理論
が、 コゲルニック他「分布帰還レーザの結合波理論（Coup
led−Wave Theory of Distributed Feedback Laser
s）」米国雑誌、アプライド・フィジックス（Journal o
f Applied Physics,1972 vol.43 pp 2327−2335） によって示された。この論文はあくまでも原理的な検討
結果であって、上記の利得結合を実現するための半導体
レーザ装置の構造やその製造方法についてはなんら記述
がない。
うとブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じるが、利得
係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分布帰還を
行うとすれば、発振阻止帯域は現れず完全に単一波長の
縦モード発振が得られるはずであるとの原理的な理論
が、 コゲルニック他「分布帰還レーザの結合波理論（Coup
led−Wave Theory of Distributed Feedback Laser
s）」米国雑誌、アプライド・フィジックス（Journal o
f Applied Physics,1972 vol.43 pp 2327−2335） によって示された。この論文はあくまでも原理的な検討
結果であって、上記の利得結合を実現するための半導体
レーザ装置の構造やその製造方法についてはなんら記述
がない。
本願発明者の一部は、上記コゲルニック他の基礎理論
を適用した新しい半導体レーザ装置として、 特許出願（特願昭63−189593号） 昭和63年７月30日出願、本願出願時において未公開
（以下「先願」という） を出願した。この先願に記載された技術は、活性層の近
傍に半導体の不透明層を設け、その不透明層に回折格子
を形成し、その不透明層の利得係数または損失係数に周
期的摂動に基づく分布帰還を施すものである。
を適用した新しい半導体レーザ装置として、 特許出願（特願昭63−189593号） 昭和63年７月30日出願、本願出願時において未公開
（以下「先願」という） を出願した。この先願に記載された技術は、活性層の近
傍に半導体の不透明層を設け、その不透明層に回折格子
を形成し、その不透明層の利得係数または損失係数に周
期的摂動に基づく分布帰還を施すものである。
この構造により上記コゲルニック他の理論を満たす装
置を実現できた。しかし、この構造では活性層の近傍に
不透明層を設けてこの不透明層により帰還を施すもので
あるから、この不透明層にエネルギの吸収損失があり、
誘導放出光を発生させるために供給するエネルギが大き
くなる欠点がある。
置を実現できた。しかし、この構造では活性層の近傍に
不透明層を設けてこの不透明層により帰還を施すもので
あるから、この不透明層にエネルギの吸収損失があり、
誘導放出光を発生させるために供給するエネルギが大き
くなる欠点がある。
上述のコゲルニック他の理論に基づき利得係数の周期
的摂動を与えるように分布帰還を施すには、活性層の一
方の面に回折格子を形成し、活性層の厚さそのものを回
折格子の凹凸に応じて光波の進行方向にそって変化させ
ることが最適である。ところで、利得結合を実現する目
的とは別であるが、半導体レーザ装置の活性層に直接に
回折格子を印刻する実験結果が 中村他「ガリウム・ヒ素−ガリウム・アルミニウム・
ヒ素ダブルヘテロ構造分布帰還型半導体レーザ」（GaAs
−GaAlAs Doublehetero Structure Distributed Feedba
ck Diode Lasers）米国雑誌アプライド・フィジックス
・レターズ（Applied Physics Letters,1974 vol.25 pp
487−488） に報告されている。しかし、活性層に直接に回折格子と
して凹凸を印刻すると、凹凸を形成するための成長中
断、印刻加工、再成長などの一連の操作により活性層の
半導体結晶に欠陥が発生してしまう。この半導体結晶の
欠陥により、非発光再結合が増加して誘導放出光が大き
く減少し、半導体レーザ装置としては効率の悪い装置と
なり実用的な装置が得られないことがわかった。
的摂動を与えるように分布帰還を施すには、活性層の一
方の面に回折格子を形成し、活性層の厚さそのものを回
折格子の凹凸に応じて光波の進行方向にそって変化させ
ることが最適である。ところで、利得結合を実現する目
的とは別であるが、半導体レーザ装置の活性層に直接に
回折格子を印刻する実験結果が 中村他「ガリウム・ヒ素−ガリウム・アルミニウム・
ヒ素ダブルヘテロ構造分布帰還型半導体レーザ」（GaAs
−GaAlAs Doublehetero Structure Distributed Feedba
ck Diode Lasers）米国雑誌アプライド・フィジックス
・レターズ（Applied Physics Letters,1974 vol.25 pp
487−488） に報告されている。しかし、活性層に直接に回折格子と
して凹凸を印刻すると、凹凸を形成するための成長中
断、印刻加工、再成長などの一連の操作により活性層の
半導体結晶に欠陥が発生してしまう。この半導体結晶の
欠陥により、非発光再結合が増加して誘導放出光が大き
く減少し、半導体レーザ装置としては効率の悪い装置と
なり実用的な装置が得られないことがわかった。
本発明は、このような背景に行われたものであって、
上述の発振阻止帯域を生じる屈折率結合による光分布帰
還ではなく、上述のコゲルニック他による理論にしたが
い主として利得係数の周期的摂動に基づく利得結合によ
り光分布帰還を行う半導体レーザ装置の実現を目指すも
のである。しかも、上記先願に記載されたもののように
不透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがないように、これを実現し
ようとするものである。
上述の発振阻止帯域を生じる屈折率結合による光分布帰
還ではなく、上述のコゲルニック他による理論にしたが
い主として利得係数の周期的摂動に基づく利得結合によ
り光分布帰還を行う半導体レーザ装置の実現を目指すも
のである。しかも、上記先願に記載されたもののように
不透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがないように、これを実現し
ようとするものである。
すなわち本発明は、２モード発振を起こすことなく発
振モードが単一モードでありかつ安定であり、その発振
モードを予め設定することが可能であり、構造が簡単で
あり、製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待
され、したがって安価であり、しかも、上記先願発明の
欠点を除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に
回折格子を形成しても活性層となる半導体結晶構造に欠
陥を引き起こすことがなく誘導放出光を効率的に発生さ
せる半導体レーザ装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
振モードが単一モードでありかつ安定であり、その発振
モードを予め設定することが可能であり、構造が簡単で
あり、製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待
され、したがって安価であり、しかも、上記先願発明の
欠点を除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に
回折格子を形成しても活性層となる半導体結晶構造に欠
陥を引き起こすことがなく誘導放出光を効率的に発生さ
せる半導体レーザ装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
本発明は、活性層を回折格子の周期にしたがって配置
したマスクを利用して選択成長させ、その後でマスクを
除去することにより、回折格子の周期に配列された活性
層を形成することを特徴とする。
したマスクを利用して選択成長させ、その後でマスクを
除去することにより、回折格子の周期に配列された活性
層を形成することを特徴とする。
活性層は、通常の単一活性層の他、単一量子井戸層
（SQW,Single Quantum Well）をその両面から導電型の
異なる傾斜屈折率層（グレーデッド・インデックス層、
GRIN層）で挟み込んだ構造とすることができる。また複
数の量子井戸層および障壁層を交互に積層した多重量子
井戸層（MQW）を含む活性層を用いてもよい。
（SQW,Single Quantum Well）をその両面から導電型の
異なる傾斜屈折率層（グレーデッド・インデックス層、
GRIN層）で挟み込んだ構造とすることができる。また複
数の量子井戸層および障壁層を交互に積層した多重量子
井戸層（MQW）を含む活性層を用いてもよい。
すなわち本発明の第一の観点は半導体レーザ装置であ
り、その構造は、誘導放出光を発生させる活性層と、こ
の活性層に光分布帰還を施す回折格子とを備えた半導体
レーザ装置において、前記活性層（７）は、前記回折格
子の周期に応じて選択成長された構造であることを特徴
とする。
り、その構造は、誘導放出光を発生させる活性層と、こ
の活性層に光分布帰還を施す回折格子とを備えた半導体
レーザ装置において、前記活性層（７）は、前記回折格
子の周期に応じて選択成長された構造であることを特徴
とする。
本発明の第二の観点は、半導体レーザ装置の製造方法
であって、第一のクラッド層（３）を成長させる第一工
程と、この第一のクラッド層の上に活性層（７）を成長
させる第二工程と、この活性層の上に第二のクラッド層
（８）を成長させる第三工程とを含む半導体レーザ装置
の製造方法において、前記第二工程は、回折格子の周期
にしたがってマスクを配置する工程と、このマスクに覆
われていない部分に活性層を選択成長する工程と、この
マスクを除去する工程とを含むことを特徴とする。
であって、第一のクラッド層（３）を成長させる第一工
程と、この第一のクラッド層の上に活性層（７）を成長
させる第二工程と、この活性層の上に第二のクラッド層
（８）を成長させる第三工程とを含む半導体レーザ装置
の製造方法において、前記第二工程は、回折格子の周期
にしたがってマスクを配置する工程と、このマスクに覆
われていない部分に活性層を選択成長する工程と、この
マスクを除去する工程とを含むことを特徴とする。
本発明の半導体レーザ装置は、活性層が光波の進行方
向にそって、回折格子の周期にしたがって断続的に配置
されているから、上述のコゲルニック他による理論にお
ける利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分
布帰還を行う。したがって、特定の波長領域に発振阻止
帯域が生じるようなことがなく、その特定の波長領域の
上下に二つの波長の縦モード発振が生じることもなく、
回折格子の周期により定まる安定な一つのモードの発振
を行う。この安定な一つのモードの発振波長はブラッグ
波長に対応するからこれを予め設定し設計製造すること
ができる。
向にそって、回折格子の周期にしたがって断続的に配置
されているから、上述のコゲルニック他による理論にお
ける利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分
布帰還を行う。したがって、特定の波長領域に発振阻止
帯域が生じるようなことがなく、その特定の波長領域の
上下に二つの波長の縦モード発振が生じることもなく、
回折格子の周期により定まる安定な一つのモードの発振
を行う。この安定な一つのモードの発振波長はブラッグ
波長に対応するからこれを予め設定し設計製造すること
ができる。
本発明の半導体レーザ装置では、実質的に活性層その
ものに回折格子を形成することになる。上記先願に記載
の技術は、コゲルニック他による理論における利得係数
の周期的摂動に基づく利得結合により光分布帰還を行う
ものであっても、活性層に近接して不透明半導体層を設
け、この不透明半導体層における回折格子により光分布
帰還を施すものであるから、活性層そのものに回折格子
を形成する本発明とは本質的に異なる。上記先願記載の
技術では、この不透明半導体層に光エネルギの吸収があ
ったが、本発明の半導体レーザ装置はこの不透明層に相
当するものはもとよりなく、光エネルギの吸収もないの
で、励起エネルギの効率が高くなる特徴がある。
ものに回折格子を形成することになる。上記先願に記載
の技術は、コゲルニック他による理論における利得係数
の周期的摂動に基づく利得結合により光分布帰還を行う
ものであっても、活性層に近接して不透明半導体層を設
け、この不透明半導体層における回折格子により光分布
帰還を施すものであるから、活性層そのものに回折格子
を形成する本発明とは本質的に異なる。上記先願記載の
技術では、この不透明半導体層に光エネルギの吸収があ
ったが、本発明の半導体レーザ装置はこの不透明層に相
当するものはもとよりなく、光エネルギの吸収もないの
で、励起エネルギの効率が高くなる特徴がある。
また、従来構造で説明した活性層に直接に回折格子を
加工印刻するものと比べるといちじるしい改善がある。
すなわち、この従来技術では活性層まで成長させ、そこ
で一旦成長を中断しその上に回折格子を印刻し、さらに
その上にクラッド層となるべき半導体層を再び成長させ
る工程を必要とするから、活性層の半導体結晶構造に欠
陥が生じてしまうが、本発明では、活性層は選択成長に
より形成するので、活性層には半導体結晶構造の欠陥の
ない回折格子が形成されることになる。
加工印刻するものと比べるといちじるしい改善がある。
すなわち、この従来技術では活性層まで成長させ、そこ
で一旦成長を中断しその上に回折格子を印刻し、さらに
その上にクラッド層となるべき半導体層を再び成長させ
る工程を必要とするから、活性層の半導体結晶構造に欠
陥が生じてしまうが、本発明では、活性層は選択成長に
より形成するので、活性層には半導体結晶構造の欠陥の
ない回折格子が形成されることになる。
これにより、活性層の構造およびキャリア密度にレー
ザ共振器軸方向に沿って所望のとおりの摂動が生じ、こ
れらの総合効果として共振器軸方向に伝搬する光波に対
する利得係数が回折格子の周期に一致する周期で変化す
ることになり、利得結合による分布帰還が実現される。
ザ共振器軸方向に沿って所望のとおりの摂動が生じ、こ
れらの総合効果として共振器軸方向に伝搬する光波に対
する利得係数が回折格子の周期に一致する周期で変化す
ることになり、利得結合による分布帰還が実現される。
本発明の構造では、共振器中の定在波位置が利得係数
変化の周期に一致して固定されるから、レーザ素子端面
の反射の影響を受けにくくなり、単一縦モード発振を得
るために、必ずしも反射防止措置を必要としない。した
がって、上記従来例で説明した４分の１波長分だけ回折
格子の位相をシフトさせる構造のものに比べて、その構
造はいちじるしく単純になり製造工数が小さくなり、こ
のため製造歩留りが向上する。
変化の周期に一致して固定されるから、レーザ素子端面
の反射の影響を受けにくくなり、単一縦モード発振を得
るために、必ずしも反射防止措置を必要としない。した
がって、上記従来例で説明した４分の１波長分だけ回折
格子の位相をシフトさせる構造のものに比べて、その構
造はいちじるしく単純になり製造工数が小さくなり、こ
のため製造歩留りが向上する。
以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳細に説
明する。第１図は本発明第一実施例半導体レーザ装置の
製造工程を示す図である。図示の構造においては、高濃
度ｎ型砒化ガリウム（n+−GaAs）基板１上に半導体レー
ザ素子の各層をエピタキシャル装置により、三段階に分
けて連続的に有機金属気相成長させる。
明する。第１図は本発明第一実施例半導体レーザ装置の
製造工程を示す図である。図示の構造においては、高濃
度ｎ型砒化ガリウム（n+−GaAs）基板１上に半導体レー
ザ素子の各層をエピタキシャル装置により、三段階に分
けて連続的に有機金属気相成長させる。
すなわち第一段階では、第１図（ａ）に示すように、
基板１（｛100｝n+−GaAs）の上にｎ型クラド層３（ｎ
−Al0.45Ga0.55As,1.5μｍ厚）を成長させ、その上にガ
イド層13（ｎ−Al0.3Ga0.7As,0.1μｍ厚）を成長させ
る。
基板１（｛100｝n+−GaAs）の上にｎ型クラド層３（ｎ
−Al0.45Ga0.55As,1.5μｍ厚）を成長させ、その上にガ
イド層13（ｎ−Al0.3Ga0.7As,0.1μｍ厚）を成長させ
る。
ここで第１図（ｂ）に示すように、ガイド層13の表面
にSiO2を約50nm厚さに形成したマスク15を形成する。こ
のマスク15は回折格子の周期に一致させて形成する。こ
の実施例では干渉露光法およびエッチングにより光の進
行方向に対し255nmの周期で形成した。つぎに第二段階
の成長を行う。すなわち第１図（ｃ）に示すように、こ
の周期的にマスク15で覆われていない部分に第一緩衝層
6a（ｎ−Al0.3Ga0.7As,50nm厚）を選択成長させ、第１
図（ｄ）に示すようにさらにその第一緩衝層6aの上に活
性層７（ｉ−GaAs,10nm）を選択成長させ、第１図
（ｅ）に示すようにさらにこの活性層７の上に第二緩衝
層6b（ｐ−Al0.3Ga0.7As,50nm厚）を選択成長させ、さ
らに、第１図（ｆ）に示すようにこの第二緩衝層6bの上
にマスク15で覆われていない部分全体を覆うように第三
緩衝層6c（ｐ−Al0.3Ga0.7As,50nm厚）を選択成長させ
る。
にSiO2を約50nm厚さに形成したマスク15を形成する。こ
のマスク15は回折格子の周期に一致させて形成する。こ
の実施例では干渉露光法およびエッチングにより光の進
行方向に対し255nmの周期で形成した。つぎに第二段階
の成長を行う。すなわち第１図（ｃ）に示すように、こ
の周期的にマスク15で覆われていない部分に第一緩衝層
6a（ｎ−Al0.3Ga0.7As,50nm厚）を選択成長させ、第１
図（ｄ）に示すようにさらにその第一緩衝層6aの上に活
性層７（ｉ−GaAs,10nm）を選択成長させ、第１図
（ｅ）に示すようにさらにこの活性層７の上に第二緩衝
層6b（ｐ−Al0.3Ga0.7As,50nm厚）を選択成長させ、さ
らに、第１図（ｆ）に示すようにこの第二緩衝層6bの上
にマスク15で覆われていない部分全体を覆うように第三
緩衝層6c（ｐ−Al0.3Ga0.7As,50nm厚）を選択成長させ
る。
ここでマスク15を除去して、第三段階の成長を行う。
すなわち、第１図（ｇ）に示すようにマスク15を除いた
ガイド層13の上にガイド層14（ｐ−Al0.3Ga0.7As,0.2μ
ｍ厚）を成長させ、その上にクラッド層８（ｐ−Al0.45
Ga0.55As,1.5μｍ厚）を成長させ、さらにその上にコン
タクト層９（ｐ−GaAs,0.3μｍ厚）を成長させる。この
コンタクト層９上および基板１に電極を蒸着により形成
する。
すなわち、第１図（ｇ）に示すようにマスク15を除いた
ガイド層13の上にガイド層14（ｐ−Al0.3Ga0.7As,0.2μ
ｍ厚）を成長させ、その上にクラッド層８（ｐ−Al0.45
Ga0.55As,1.5μｍ厚）を成長させ、さらにその上にコン
タクト層９（ｐ−GaAs,0.3μｍ厚）を成長させる。この
コンタクト層９上および基板１に電極を蒸着により形成
する。
MOCVDにより選択成長を行う方法は、英国雑誌エレク
トロニクスレターズに掲載された福井他の論文（T Fuku
i et al:NEW GaAs QUANTUM WIRES ON｛111｝B FACETS B
Y SELECTIVE MOCVD,ELECTRONICS LETTERS Vol 25 No 6
（16th March 1989）に詳しい記載があり、この記載に
したがって製造することができる。
トロニクスレターズに掲載された福井他の論文（T Fuku
i et al:NEW GaAs QUANTUM WIRES ON｛111｝B FACETS B
Y SELECTIVE MOCVD,ELECTRONICS LETTERS Vol 25 No 6
（16th March 1989）に詳しい記載があり、この記載に
したがって製造することができる。
このように活性層７が回折格子の周期にしたがって断
続的に配置されているから、上述のコゲルニック他によ
る理論における利得係数の周期的摂動に基づく利得結合
により光分布帰還を行うことができる。
続的に配置されているから、上述のコゲルニック他によ
る理論における利得係数の周期的摂動に基づく利得結合
により光分布帰還を行うことができる。
第２図はこの第一実施例装置の応用例構造図である。
この例は第一実施例に示す半導体レーザ装置の両側に光
導波路を連続して形成する構造である。すなわち、第２
図に示すL2の部分が半導体レーザ装置であり、その両側
L1およびL3には光導波路が連続して形成される。
この例は第一実施例に示す半導体レーザ装置の両側に光
導波路を連続して形成する構造である。すなわち、第２
図に示すL2の部分が半導体レーザ装置であり、その両側
L1およびL3には光導波路が連続して形成される。
第３図は第二実施例装置の製造手順を示す断面構造図
である。この例は、第３図（ａ）に示すように基板１の
上にクラッド層３を成長させ、その上に半導体層４を成
長させ、第３図（ｂ）に示すようにその表面に回折格子
の周期に対応する周期でマスク15を配置するところまで
は、前記第一実施例と同様である。ここで、第３図
（ｃ）に示すように気相エッチングによりマスク15に覆
われていない部分の半導体層４を削り溝を形成する。こ
の溝の中に第３図（ｄ）に示すようにマスク15を付けた
まま、第一緩衝層6a（ｎ−Al0.3Ga0.7As,0.1μｍ厚さ）
を選択成長させ、さらにその上に活性層７（ｉ−GaAs,1
0nm）を選択成長させる。その活性層７の上に第二緩衝
層（ｐ−Al0.3Ga0.7As,50nm厚）を選択成長させる。こ
の段階までマスク15があるので、マスク15により覆われ
ている部分には成長が起きない。
である。この例は、第３図（ａ）に示すように基板１の
上にクラッド層３を成長させ、その上に半導体層４を成
長させ、第３図（ｂ）に示すようにその表面に回折格子
の周期に対応する周期でマスク15を配置するところまで
は、前記第一実施例と同様である。ここで、第３図
（ｃ）に示すように気相エッチングによりマスク15に覆
われていない部分の半導体層４を削り溝を形成する。こ
の溝の中に第３図（ｄ）に示すようにマスク15を付けた
まま、第一緩衝層6a（ｎ−Al0.3Ga0.7As,0.1μｍ厚さ）
を選択成長させ、さらにその上に活性層７（ｉ−GaAs,1
0nm）を選択成長させる。その活性層７の上に第二緩衝
層（ｐ−Al0.3Ga0.7As,50nm厚）を選択成長させる。こ
の段階までマスク15があるので、マスク15により覆われ
ている部分には成長が起きない。
つぎにこのマスク15を除去して、ガイド層14（ｐ−Al
0.3Ga0.7As,0.1μｍ厚）を成長させ、その上にクラッド
層８（ｐ−Al0.45Ga0.55As,1.5μｍ厚）を成長させ、さ
らにその上にコンタクト層９（ｐ−GaAs,0.3μｍ厚）を
成長させる。このコンタクト層９上および基板１に電極
を蒸着により形成する。
0.3Ga0.7As,0.1μｍ厚）を成長させ、その上にクラッド
層８（ｐ−Al0.45Ga0.55As,1.5μｍ厚）を成長させ、さ
らにその上にコンタクト層９（ｐ−GaAs,0.3μｍ厚）を
成長させる。このコンタクト層９上および基板１に電極
を蒸着により形成する。
このようにして、活性層７が周期的に配置され、その
間がガイド層14により連結された構造が形成できる。こ
の構造は、実質的に活性層７そのものに回折格子が形成
されたことになり、上述のコゲルニック他による理論に
おける利得係数の周期的摂動に基づく利得結合による光
分布帰還を行うことができる。
間がガイド層14により連結された構造が形成できる。こ
の構造は、実質的に活性層７そのものに回折格子が形成
されたことになり、上述のコゲルニック他による理論に
おける利得係数の周期的摂動に基づく利得結合による光
分布帰還を行うことができる。
第４図はこの第二実施例装置の両端に光導波路を形成
した応用例である。第４図でL2の部分が第二実施例によ
り半導体レーザ装置であり、この両端の部分L1およびL3
に光導波路が連続して形成される。
した応用例である。第４図でL2の部分が第二実施例によ
り半導体レーザ装置であり、この両端の部分L1およびL3
に光導波路が連続して形成される。
第５図は本発明第三実施例装置の断面構造図である。
この例は、上記第二実施例で説明した溝を形成するため
の半導体層４を二重構造として半導体層４の上に、高抵
抗化した半導体層4b（ｉ−AlGaAs）を成長させた構造で
ある。この構造により活性層７に電流を集中させること
ができる。
この例は、上記第二実施例で説明した溝を形成するため
の半導体層４を二重構造として半導体層４の上に、高抵
抗化した半導体層4b（ｉ−AlGaAs）を成長させた構造で
ある。この構造により活性層７に電流を集中させること
ができる。
InP系の場合にも第１図ないし第５図と同様の製造方
法を実施でき、同様の構造を作製できる。そのときに
は、各層をInPに格子整合させ、例えば、 基板１ ｎ−InP クラッド層３ ｎ−InP 半導体層４ ｎ−In0.72Ga0.28As0.61Ｐ0.39 緩衝層6a ｎ−In0.82Ga0.18As0.40Ｐ0.60 緩衝層6b、ｃ ｎ−In0.82Ga0.18As0.40Ｐ0.60 クラッド層８ ｐ−InP コンタクト層９ ｐ−In0.53Ga0.47As ガイド層13 ｎ−In0.72Ga0.28As0.61Ｐ0.39 ガイド層14 ｐ−In0.72Ga0.28As0.61Ｐ0.39 とし、活性層７としては、例えばｉ−In0.72Ga0.28As
0.61Ｐ0.39障壁層とｉ−In0.53Ga0.47As量子井戸層とを
交互に積層した多重量子井戸を用いる。
法を実施でき、同様の構造を作製できる。そのときに
は、各層をInPに格子整合させ、例えば、 基板１ ｎ−InP クラッド層３ ｎ−InP 半導体層４ ｎ−In0.72Ga0.28As0.61Ｐ0.39 緩衝層6a ｎ−In0.82Ga0.18As0.40Ｐ0.60 緩衝層6b、ｃ ｎ−In0.82Ga0.18As0.40Ｐ0.60 クラッド層８ ｐ−InP コンタクト層９ ｐ−In0.53Ga0.47As ガイド層13 ｎ−In0.72Ga0.28As0.61Ｐ0.39 ガイド層14 ｐ−In0.72Ga0.28As0.61Ｐ0.39 とし、活性層７としては、例えばｉ−In0.72Ga0.28As
0.61Ｐ0.39障壁層とｉ−In0.53Ga0.47As量子井戸層とを
交互に積層した多重量子井戸を用いる。
以上説明したように、本発明によれば、コゲルニック
他による理論における利得係数の周期的摂動に基づく利
得結合により光分布帰還を行う半導体レーザ装置が実現
された。しかも、上記先願に記載されたもののように不
透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがない。また、反射防止措置
を必要としない。
他による理論における利得係数の周期的摂動に基づく利
得結合により光分布帰還を行う半導体レーザ装置が実現
された。しかも、上記先願に記載されたもののように不
透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがない。また、反射防止措置
を必要としない。
したがって、本発明の半導体レーザ装置では、２モー
ド発振を起こすことなく発振モードが安定であり、これ
を予め設計設定することができる。本発明の半導体レー
ザ装置は、回折格子の形成が簡単であり、素子端面に反
射防止膜を形成する必要もなく、その構造が簡単であ
り、製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待さ
れ、したがって安価である。しかも、上記先願発明の欠
点を除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に回
折格子を形成しても活性層の半導体結晶構造に欠陥を引
き起こすことがないので、誘導放出光を効率的に発生さ
せることができる。
ド発振を起こすことなく発振モードが安定であり、これ
を予め設計設定することができる。本発明の半導体レー
ザ装置は、回折格子の形成が簡単であり、素子端面に反
射防止膜を形成する必要もなく、その構造が簡単であ
り、製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待さ
れ、したがって安価である。しかも、上記先願発明の欠
点を除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に回
折格子を形成しても活性層の半導体結晶構造に欠陥を引
き起こすことがないので、誘導放出光を効率的に発生さ
せることができる。
本発明の半導体レーザ装置は、その発振波長を予め設
計設定しそのとおりに製造することができ、しかも量産
に適するから、長距離光通信用、波長多重光通信用、光
情報処理装置、光情報記録装置、光応用計測装置その他
各種の光電子装置の光源としてきわめて有用である。
計設定しそのとおりに製造することができ、しかも量産
に適するから、長距離光通信用、波長多重光通信用、光
情報処理装置、光情報記録装置、光応用計測装置その他
各種の光電子装置の光源としてきわめて有用である。
第１図は本発明第一実施例装置の製造手順を示す構造断
面図。 第２図は第一実施例装置の応用例断面構造図。 第３図は本発明第二実施例装置の製造手順を示す構造断
面図。 第４図は第二実施例装置の応用例断面構造図。 第５図は本発明第三実施例装置の断面構造図。 １……基板、３……クラッド層、４……半導体層、６…
…緩衝層、７……活性層、８……クラッド層、９……コ
ンタクト層、13、14……ガイド層、15……マスク。
面図。 第２図は第一実施例装置の応用例断面構造図。 第３図は本発明第二実施例装置の製造手順を示す構造断
面図。 第４図は第二実施例装置の応用例断面構造図。 第５図は本発明第三実施例装置の断面構造図。 １……基板、３……クラッド層、４……半導体層、６…
…緩衝層、７……活性層、８……クラッド層、９……コ
ンタクト層、13、14……ガイド層、15……マスク。
Claims (2)
- 【請求項１】誘導放出光を発生させる活性層と、この活
性層に光分布帰還を施す回折格子とを備えた半導体レー
ザ装置において、 前記活性層（７）は、前記回折格子の周期に対応して選
択成長された構造である ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】第一のクラッド層（３）を成長させる第一
工程と、 この第一のクラッド層の上に活性層（７）を成長させる
第二工程と、 この活性層の上に第二のクラッド層（８）を成長させる
第三工程と を含む 半導体レーザ装置の製造方法において、 前記第二工程は、回折格子の周期にしたがってマスクを
配置する工程と、このマスクに覆われていない部分に活
性層を選択成長する工程と、このマスクを除去する工程
とを含む ことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1185005A JP2852663B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1185005A JP2852663B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0349287A JPH0349287A (ja) | 1991-03-04 |
| JP2852663B2 true JP2852663B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=16163110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1185005A Expired - Lifetime JP2852663B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2852663B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210391692A1 (en) * | 2019-06-21 | 2021-12-16 | Palo Alto Research Center Incorporated | Index and gain coupled distributed feedback laser |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992007401A1 (en) * | 1990-10-19 | 1992-04-30 | Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser |
| JP4193866B2 (ja) * | 2006-04-27 | 2008-12-10 | 住友電気工業株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP4816260B2 (ja) * | 2006-06-02 | 2011-11-16 | 住友電気工業株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
-
1989
- 1989-07-18 JP JP1185005A patent/JP2852663B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210391692A1 (en) * | 2019-06-21 | 2021-12-16 | Palo Alto Research Center Incorporated | Index and gain coupled distributed feedback laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0349287A (ja) | 1991-03-04 |
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