JP3014810B2 - 半導体分布帰還型レーザ装置 - Google Patents

半導体分布帰還型レーザ装置

Info

Publication number
JP3014810B2
JP3014810B2 JP3199463A JP19946391A JP3014810B2 JP 3014810 B2 JP3014810 B2 JP 3014810B2 JP 3199463 A JP3199463 A JP 3199463A JP 19946391 A JP19946391 A JP 19946391A JP 3014810 B2 JP3014810 B2 JP 3014810B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
active layer
gain
distributed feedback
active
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP3199463A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0548203A (ja
Inventor
武史 井上
Original Assignee
光計測技術開発株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 光計測技術開発株式会社 filed Critical 光計測技術開発株式会社
Priority to JP3199463A priority Critical patent/JP3014810B2/ja
Publication of JPH0548203A publication Critical patent/JPH0548203A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3014810B2 publication Critical patent/JP3014810B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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
    • H01S5/1228DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4043Edge-emitting structures with vertically stacked active layers

Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光の発生に利用す
る。特に、利得結合による分布帰還を用いた半導体分布
帰還型レーザ装置の構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】利得結合による分布帰還を実現した半導
体分布帰還型レーザ装置として、本願発明者らは、活性
層内のキャリア密度を周期的に変化させる構造およびそ
の製造方法について発明し、すでに特許出願した(特願
平2−235235)。この構造の場合には平坦な構造
の活性層を用いることができるので、屈折率結合の成分
をかなり小さくでき、純粋な利得結合型の半導体分布帰
還型レーザ装置を実現するのに適している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】利得結合型の半導体分
布帰還型レーザ装置におけるモード間利得差などの特性
は、利得結合係数κg を大きくするほど良好になると考
えられる。上述した先の出願に示された構造では、活性
層内でのキャリア密度の高低の差が大きいほど利得結合
係数κg が大きくなる。したがって、大きな利得結合係
数κg を得るには、活性層内に注入されたキャリアが拡
散しないほうがよい。
【0004】キャリアの拡散を防止する一つの方法とし
て、活性層に高密度のドーピングを行ってキャリア寿命
を短くすることが考えられる。しかし、この方法では、
レーザ発振のためのしきい値電流が高くなってしまう。
また、活性層への電流注入量を多くすることによりキャ
リア寿命を短くすることも考えられる。この方法につい
ては、末松編著「半導体レーザと光集積回路」オーム社
刊、に詳しく説明されている。しかし、この方法でも、
活性層全体のしきいキャリア密度が増加するので、適当
なしきい値で大きな利得結合係数κg を実現することは
難しい。また、利得結合係数κg の値を調整しようとす
ると、活性層の膜厚などを変更するしかなく、素子設計
も困難である。
【0005】本発明は、以上の課題を解決し、活性層の
キャリア密度を周期的に変化させることにより利得結合
を得る構造で利得結合係数κg の大きな半導体分布帰還
型レーザ装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体分布帰還
型レーザ装置は、電流注入により光を発生する第一の活
性層と、導電性に周期的な変化が設けられ第一の活性層
に注入される電流に空間的な周期分布を与える回折格子
層とを半導体導波路内に備えた半導体分布帰還型レーザ
装置において、半導体導波路内にさらに、第一の活性層
との間で互いに光が結合する位置に第二の活性層を備
え、この第二の活性層に注入する電流と第一の活性層に
注入する電流とにより利得を制御し、第一の活性層に注
入する電流により利得結合の大きさを制御する手段を備
えたことを特徴とする。
【0007】第一の活性層内またはそれに接して不純物
が高濃度にドープされた層を備えることが望ましい。具
体的には、第一の活性層全体に不純物が高濃度にドーピ
ングされていてもよく、第一の活性層に接してそのよう
な層を設けてもよい。
【0008】
【作用】利得結合係数κg を大きくするうえでの限界
は、同一の活性層で利得結合と利得とを得ようとするか
らと考えられる。そこで本発明では、利得結合を得るた
めの活性層と、利得を稼ぐための活性層とを別々に設け
る。利得結合を得るための活性層、すなわち第一の活性
層の近傍には、周期的な導電性の変化が設けられた層が
回折格子として配置され、利得結合による分布帰還が実
現される。利得を稼ぐための活性層、すなわち第二の活
性層の構造は、従来からの屈折率結合によるものと同等
である。これらの二つの活性層は、光強度分布のうえで
は一体のものとなるように近接して配置され、一つの光
導波路を形成する。電流は二つの活性層にそれぞれ独立
に、あるいは適当な比率に分割して注入される。
【0009】従来からも、可変周波数レーザなどでは、
一つの導波路内に活性層と変調層のような二つの電流注
入層をもった構造が実現されている。すなわち、一方の
注入層の屈折率または吸収率を制御することにより他方
の電流注入層の発振波長や利得を制御するものや、バン
ドギャップの異なる二つの電流注入層を用いて発振波長
を変化させるものが知られている。しかし、これらの構
造は変調を目的としたものであり、利得結合による分布
帰還を考慮したものではない。
【0010】
【実施例】図1および図2は本発明の第一実施例を示す
図であり、図1は活性層領域部分のストライプに平行な
方向の断面図、図2はストライプに垂直な方向の断面図
を示す。以下の説明において、「上」とは基板から離れ
る方向すなわち結晶成長の方向をいう。
【0011】この半導体分布帰還型レーザ装置は、電流
注入により光を発生する第一の活性層7と、導電性に周
期的な変化が設けられ活性層7に注入される電流に空間
的な周期分布を与える回折格子層5とを半導体導波路内
に備える。活性層7と回折格子層5との間には緩衝層6
が設けられ、これらを挟んでクラッド層8、13が設け
られる。
【0012】ここで本実施例の特徴とするところは、半
導体導波路内にさらに、活性層7との間で互いに光が結
合する位置に第二の活性層12を備え、この活性層12
に注入する電流と活性層7に注入する電流とにより利得
を制御し、活性層7に注入する電流により利得結合の大
きさを制御する手段として、活性層7と12とに別々に
電流を注入するための構造が設けられたことにある。す
なわち、活性層12が基板1上に設けられたクラッド層
3の上に形成され、このクラッド層3の一部、活性層1
2、クラッド層8、活性層7、緩衝層6、回折格子層5
およびクラッド層13が埋込層14により埋め込まれる
ことにより、基板1からクラッド層3、活性層12およ
びクラッド層8を経由して埋込層14に至る電流経路
と、クラッド層13から活性層7およびクラッド層8を
経由して埋込層14に至る電流経路とが形成される。基
板1の裏面には電極10が設けられ、クラッド層13に
はコンタクト層9を介して電極11が接続され、埋込層
14にはコンタクト層15を介して電極16が接続され
る。
【0013】活性層7の周辺構造は上述した先の出願に
示されたものと同等であり、回折格子層5は緩衝層6や
クラッド層13とは異なる導電形で形成される。屈折率
結合の成分を無くすためにはクラッド層13と回折格子
層5とで屈折率が同じになるような組成を用いることが
望ましい。また、緩衝層6は、電流の拡散を少なくする
ため、できるだけ薄いことが望ましい。活性層7への注
入電流は回折格子層5の間を通って流れ、回折格子層5
の直下では注入電流が少なくなって利得の周期的摂動が
生じる。
【0014】また、活性層7で利得を稼ぐ必要はないの
で、キャリア寿命を短くするため、活性層7に1018
-3を越える高濃度の不純物をドーピングしておくこと
が望ましい。
【0015】活性層12の周辺の構造は通常のダブルヘ
テロ構造である。クラッド層8は、二つの活性層7およ
び12が光学的に結合して一つの光導波路として機能す
るような厚さに設定される。
【0016】この実施例における導電型と組成の例を、
基板1にp型のInPを用いた場合と、同じくp型のG
aAsを用いた場合とについて、それぞれ表1、表2に
示す。
【0017】 表1 1 基板 p+ −InP 3 クラッド層 p−InP 12 活性層 i−In0.53Ga0.47Asと InGaAsP(λg=1.3μm)との 多重量子井戸構造(等価的なλg=1.55μm) 8 クラッド層 n−InP 7 活性層 i−InGaAsP(λg=1.55μm) 6 緩衝層 p−InP 5 回折格子層 n−InP 13 クラッド層 p−InP 9 コンタクト層 p+ −In0.53Ga0.47As 14 埋込層 n−InP 15 コンタクト層 n−In0.53Ga0.47As ただし四元混晶はInPに格子整合している。また、λ
gは禁制帯幅に対応する光の波長である。
【0018】
【0019】ここでは活性層12としてInP系で多重
量子井戸構造を用いた例とGaAs系で単一量子井戸構
造を用いた例とを示したが、InP系、GaAs系でそ
れぞれ単一量子井戸構造、多重量子井戸構造を用いても
本発明を同様に実施でき、混晶の活性層を用いても本発
明を同様に実施できる。また、活性層7に量子井戸構造
を用いてもよい。
【0020】以上の説明では基本的な構造を示したが、
活性層以外への余分な電流を防止するための構造、例え
ば内部電流狭窄層や、イオン注入により高抵抗化した構
造を併用することが望ましい。
【0021】ファブリペローモードで発振することを防
止するためには、両端面に無反射被膜を設けて反射率を
下げておくことが望ましい。
【0022】図3は本発明の第二実施例を示す図であ
り、活性領域部分のストライプに平行な方向の断面図を
示す。
【0023】この実施例は、第一実施例における第一の
活性層7と第二の活性層12との位置を入れかえた構造
をもつ。すなわち、基板1上にはクラッド層3および活
性層7が形成され、その上に緩衝層6を介して回折格子
層5が設けられる。回折格子層5の上にはクラッド層8
が形成され、その上に活性層12が設けられる。活性層
12の上にはクラッド層13が設けられ、コンタクト層
9を介して電極11が接続される。
【0024】図4は第二実施例の変形例を示す図3と同
等の図である。この例の場合には、緩衝層6にも凹凸が
設けられ、回折格子層5で平坦にされる。この場合、回
折格子層5は格子状に分断されている必要はなく、薄い
層で連続していてもよい。回折格子層5が薄い層で連続
しているときは、活性層7へ注入される電流はクラッド
層3から緩衝層6を通って埋込層14への経路で流れ
る。
【0025】図5は本発明の第三実施例の示す図であ
り、第6図は本発明の第四実施例を示す図である。これ
らの図は、活性領域部分のストライプに平行な方向の断
面図を示す。これらの実施例は、緩衝層6と回折格子層
5とが活性層7の下側、すなわち基板1側にあることが
それぞれ第一実施例、第二実施例と異なる。このような
構造の場合には、活性層7に凹凸形状を与え、膜厚変化
による利得結合を取り入れることができる。
【0026】以上の説明では基板がp型の場合について
説明したが、n型の基板を用い、二つの活性層への電流
注入の向きが逆になるように各層の導電形を入れ替えて
も本発明を同様に実施できる。また、材料組成としてI
nP系とGaAs系とについてそれぞれ一つの例を示し
たが、他の組成やInP系、GaAs系以外の材料を用
いる場合にも本発明を同様に実施できる。さらに、利得
結合に寄与する側の活性層に電流を注入する電極を二以
上に分割し、共振器方向での注入量を不均一にすること
で利得結合係数κg の分布を最適化できる構造にするこ
ともできる。
【0027】
【発明の効果】本発明の半導体分布帰還型レーザ装置で
は、第一の活性層、すなわち利得結合に寄与する側の活
性層のキャリア注入量を大きくすることにより、または
その活性層に高濃度の不純物ドーピングを行っておくこ
とにより、キャリア寿命を短くすることができる。この
ため、この活性層内でのキャリア拡散を抑制でき、効果
的に利得の周期分布を形成でき、利得結合係数κg を大
きくできる。また、この第一の活性層は、上述した先の
出願にも示されたように、平坦な構造なので屈折率変化
が少なく、純粋な利得結合を実現できる。この一方で、
第二の活性層については、キャリア寿命が短くなるよう
な構造をとらず、発振に必要な利得を通常のキャリア注
入量で得ることができるようにする。これにより、しき
い値電流をそれほど増加させることなく利得結合係数κ
g を大きくできる。
【0028】また、第二の活性層を量子井戸構造にすれ
ば、利得結合の利点と量子井戸構造の利点とを併せもつ
レーザ装置を実現でき、TEモードとTMモードの選択
や線幅の点で有利である。
【0029】本発明の半導体分布帰還型レーザ装置はま
た、最適な動作点う選んで使用することにより、利得結
合係数kgを最適化できる。これは、従来の分布帰還型
レーザのように素子の製造時点で結合係数が決定される
のとは大きく異なる特徴であり、使用時の柔軟性が高め
られる。本発明の半導体分布帰還型レーザは特に利得係
数の最適化を目的とした構造であるが、活性層を二つ有
する構造であるため、可変周波数レーザとして動作させ
ることも可能である。すなわち、山本らが電子情報通信
学会技術研究報告0QE91−41、1991年、第5
5頁から第60頁に示したように、適当な活性層の構造
を選べば、本発明のように活性層の一方が利得結合を発
生する場合でも周波数可変が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例を示す図であり、活性領域
部分のストライプに平行な方向の断面図。
【図2】本発明の第一実施例を示す図であり、ストライ
プに垂直な方向の断面図。
【図3】本発明の第二実施例を示す図であり、活性領域
部分のストライプに平行な方向の断面図。
【図4】第二実施例の変形例を示す図。
【図5】本発明の第三実施例を示す図であり、活性領域
部分のストライプに平行な方向の断面図。
【図6】本発明の第四実施例を示す図であり、活性領域
部分のストライプに平行な方向の断面図。
【符号の説明】
1 基板 3 クラッド層 5 回折格子層 6 緩衝層 7 活性層 8 クラッド層 9 コンタクト層 10、11、16 電極 12 活性層 13 クラッド層 14 埋込層 15 コンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/18 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流注入により光を発生する第一の活性
    層と、 導電性に周期的な変化が設けられ前記第一の活性層に注
    入される電流に空間的な周期分布を与える回折格子層と
    を半導体導波路内に備えた半導体分布帰還型レーザ装置
    において、 前記半導体導波路内にはさらに、前記第一の活性層との
    間で互いに光が結合する位置に第二の活性層を備え、 この第二の活性層に注入する電流と前記第一の活性層に
    注入する電流とにより利得を制御し、前記第一の活性層
    に注入する電流により利得結合の大きさを制御する手段
    を備えたことを特徴とする半導体分布帰還型レーザ装
    置。
  2. 【請求項2】 第一の活性層内またはそれに接して不純
    物が高濃度にドーピングされた層を備えた請求項1記載
    の半導体分布帰還型レーザ装置。
JP3199463A 1991-08-08 1991-08-08 半導体分布帰還型レーザ装置 Expired - Lifetime JP3014810B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3199463A JP3014810B2 (ja) 1991-08-08 1991-08-08 半導体分布帰還型レーザ装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3199463A JP3014810B2 (ja) 1991-08-08 1991-08-08 半導体分布帰還型レーザ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0548203A JPH0548203A (ja) 1993-02-26
JP3014810B2 true JP3014810B2 (ja) 2000-02-28

Family

ID=16408225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3199463A Expired - Lifetime JP3014810B2 (ja) 1991-08-08 1991-08-08 半導体分布帰還型レーザ装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3014810B2 (ja)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE Journal of Quantum Electronics 27[6],p.24−

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0548203A (ja) 1993-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6426515B2 (en) Semiconductor light-emitting device
JPS6215875A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPS6254489A (ja) 半導体発光素子
EP0177221A2 (en) Semiconductor laser
US5960257A (en) Method distributed feedback semiconductor laser for fabricating
JP4690515B2 (ja) 光変調器、半導体光素子、及びそれらの作製方法
US5321716A (en) Distributed Feedback semiconductor laser with controlled phase shift
JPS6322637B2 (ja)
US6374028B2 (en) Ridge waveguide-type optical semiconductor device and method of fabricating the same
JPH07249829A (ja) 分布帰還型半導体レーザ
JP2622143B2 (ja) 分布帰還型半導体レーザ及び分布帰還型半導体レーザの作成方法
JPH01319986A (ja) 半導体レーザ装置
EP1174967A1 (en) Semiconductor laser device
JP2882335B2 (ja) 光半導体装置およびその製造方法
JP4570353B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP4599700B2 (ja) 分布帰還型半導体レーザ
US6788725B2 (en) Semiconductor laser device
JP3014810B2 (ja) 半導体分布帰還型レーザ装置
US6337870B1 (en) Semiconductor laser having recombination layer stripes in current blocking structure
US6411637B1 (en) Semiconductor laser and method of manufacturing the same
CA2165683C (en) Electrical barrier structure for semiconductor device
US20050025210A1 (en) Semiconductor laser device
CN115280609A (zh) 光学器件
JP2004311556A (ja) 半導体レーザ並びにそれを用いた光モジュール及び機能集積型レーザ
JP2839397B2 (ja) 波長可変型半導体レーザ装置