JP3027038B2 - 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
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- distributed feedback
- semiconductor
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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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
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- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
-
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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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は利得結合による光分布帰
還を利用した半導体分布帰還型レーザ装置（Gain-Coupl
ed Distributed Feedback Laser Diode 、以下「ＧＣ−
ＤＦＢ−ＬＤ」という）に関する。
還を利用した半導体分布帰還型レーザ装置（Gain-Coupl
ed Distributed Feedback Laser Diode 、以下「ＧＣ−
ＤＦＢ−ＬＤ」という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤは、完全単一縦モー
ド性が良好なこと、戻り光誘起雑音に強いことなど、様
々な優れた特徴をもっている。利得結合を得る方法とし
ては二つの方法が考えられる。その一つは周期的に吸収
変化を設けてレーザの等価的な利得を周期的に変化させ
る方法であり、もう一つは活性層そのものの利得を周期
的に変化させる方法である。これらの方法およびそれを
実現した構造については、それぞれ、以下の文献に詳し
く示されている。
ド性が良好なこと、戻り光誘起雑音に強いことなど、様
々な優れた特徴をもっている。利得結合を得る方法とし
ては二つの方法が考えられる。その一つは周期的に吸収
変化を設けてレーザの等価的な利得を周期的に変化させ
る方法であり、もう一つは活性層そのものの利得を周期
的に変化させる方法である。これらの方法およびそれを
実現した構造については、それぞれ、以下の文献に詳し
く示されている。
【０００３】〔文献１〕羅毅、中野義昭、多田邦雄、第
２０回インターナショナル・コンファレンス・オン・ソ
リッド・ステート・デバイセズ・アンド・マテリアルズ
のエクステンディド・アブストラクツ第３２７頁から第
３３０頁 （Y.Luo, Y.Nakano and K.Tada, "Fabrication and
Characteristics of aGain-Coupled Distributed Fee
dback Laser Diode", Extended Abstructs ofthe 20th
(1988 International) Conference on the Solid Stat
e Devices andMaterials, Tokyo, pp.327-330） 〔文献２〕羅毅、中野義昭、多田邦雄、井上武史、細松
春夫、岩岡秀人、アプライド・フィジクス・レターズ第
５６巻第１７号第１６２０頁から第１６２２頁 （Y.Luo, Y.Nakano, K.Tada, T.Inoue, H.Hosomatsu, a
nd H.Iwaoka, "Purelygain-coupled distributed feed
back semiconductor lasers", Appl.Phys.Lett.,56(1
7), 1620-1622, April 1990)
２０回インターナショナル・コンファレンス・オン・ソ
リッド・ステート・デバイセズ・アンド・マテリアルズ
のエクステンディド・アブストラクツ第３２７頁から第
３３０頁 （Y.Luo, Y.Nakano and K.Tada, "Fabrication and
Characteristics of aGain-Coupled Distributed Fee
dback Laser Diode", Extended Abstructs ofthe 20th
(1988 International) Conference on the Solid Stat
e Devices andMaterials, Tokyo, pp.327-330） 〔文献２〕羅毅、中野義昭、多田邦雄、井上武史、細松
春夫、岩岡秀人、アプライド・フィジクス・レターズ第
５６巻第１７号第１６２０頁から第１６２２頁 （Y.Luo, Y.Nakano, K.Tada, T.Inoue, H.Hosomatsu, a
nd H.Iwaoka, "Purelygain-coupled distributed feed
back semiconductor lasers", Appl.Phys.Lett.,56(1
7), 1620-1622, April 1990)
【０００４】文献１には、周期的な光吸収層が活性層の
近傍に設けられた構造が示され、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの
完全単一縦モード性が説明されている。さらに、実験で
その優れた単一縦モード性が示されている。
近傍に設けられた構造が示され、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの
完全単一縦モード性が説明されている。さらに、実験で
その優れた単一縦モード性が示されている。
【０００５】また、文献２には、活性層の厚さを周期的
に変化させて利得結合成分を得る構造が示されている。
活性層の凹凸形状によって生じる屈折率の摂動について
は、位相が逆の凹凸形状を近傍に設けることによって相
殺できる。この構造と文献１に示された構造との最も基
本的な違いは、周期的な吸収ではなく周期的な利得の変
化によって利得結合を実現していることにある。
に変化させて利得結合成分を得る構造が示されている。
活性層の凹凸形状によって生じる屈折率の摂動について
は、位相が逆の凹凸形状を近傍に設けることによって相
殺できる。この構造と文献１に示された構造との最も基
本的な違いは、周期的な吸収ではなく周期的な利得の変
化によって利得結合を実現していることにある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、活性層の利
得に周期的な変化をもたせて新しい構造の半導体分布帰
還型レーザ装置を提供することを目的とする。
得に周期的な変化をもたせて新しい構造の半導体分布帰
還型レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、半導体レーザ導波路を構成する層の少
なくとも一つの層の結晶格子定数がレーザ光軸方向に沿
って周期的に変化する構造として形成されたことを特徴
とする。具体的には、活性層に近接してその面と平行な
層内に周期的に、この活性層に周期的な応力を与えてこ
の活性層のバンドギャップを周期的に変調する歪超格子
が設けられたことを特徴とする。
型レーザ装置は、半導体レーザ導波路を構成する層の少
なくとも一つの層の結晶格子定数がレーザ光軸方向に沿
って周期的に変化する構造として形成されたことを特徴
とする。具体的には、活性層に近接してその面と平行な
層内に周期的に、この活性層に周期的な応力を与えてこ
の活性層のバンドギャップを周期的に変調する歪超格子
が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】歪超格子は結晶格子定数の異なる半導体層を数
原子層だけ積み重ねて得られる構造であり、結晶内部に
歪応力をもつため、通常のエピタキシャル成長構造とは
異なる種々の性質が得られることが知られている。特に
下記の文献３には、厚さ８ｎｍのＧａＡｓ量子井戸から
１００ｎｍ離して厚さ８ｎｍのＩｎ0.30Ｇａ0.70Ａｓ歪
超格子で回折格子を形成し、量子井戸のバンドギャップ
を６ｍｅＶ程度変調したことが報告されている。
原子層だけ積み重ねて得られる構造であり、結晶内部に
歪応力をもつため、通常のエピタキシャル成長構造とは
異なる種々の性質が得られることが知られている。特に
下記の文献３には、厚さ８ｎｍのＧａＡｓ量子井戸から
１００ｎｍ離して厚さ８ｎｍのＩｎ0.30Ｇａ0.70Ａｓ歪
超格子で回折格子を形成し、量子井戸のバンドギャップ
を６ｍｅＶ程度変調したことが報告されている。
【０００９】〔文献３〕シウ、ワセルメーエル、リ、ペ
トロフ、エクステンディド・アブストラクツ・オブ・ザ
・１９９１インターナショナル・コンファレンス・オン
・ソリッド・ステート・デバイセズ・アンド・マテリア
ルズ第８９頁から第９１頁 （Z.Xu, M.Wassermeir, Y.J.Li, and P.M.Petroff, "St
rain Induced CarrierConfinement in a Burried Stres
sor Structure", Extended Abstracts of the1991 Inte
rnational Conference on Solid State Devices and Ma
terials, C-2-3, pp.89-91, Aug. 1991)
トロフ、エクステンディド・アブストラクツ・オブ・ザ
・１９９１インターナショナル・コンファレンス・オン
・ソリッド・ステート・デバイセズ・アンド・マテリア
ルズ第８９頁から第９１頁 （Z.Xu, M.Wassermeir, Y.J.Li, and P.M.Petroff, "St
rain Induced CarrierConfinement in a Burried Stres
sor Structure", Extended Abstracts of the1991 Inte
rnational Conference on Solid State Devices and Ma
terials, C-2-3, pp.89-91, Aug. 1991)
【００１０】本発明では、この論文に記載された原理を
利用し、量子井戸活性層の近傍に歪超格子の回折格子を
設けることによって、活性層のバンドギャップを周期的
に変化させて利得結合による分布帰還を得る。
利用し、量子井戸活性層の近傍に歪超格子の回折格子を
設けることによって、活性層のバンドギャップを周期的
に変化させて利得結合による分布帰還を得る。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。ここでは、ＧａＡｓ系の材料を用い、活性
層の下すなわち基板側に歪超格子を設けた例について説
明する。以下の説明において、「上」とは製造時におけ
る結晶成長の方向、すなわち基板から離れる方向をい
う。また、「下」とはその逆の方向をいう。
て説明する。ここでは、ＧａＡｓ系の材料を用い、活性
層の下すなわち基板側に歪超格子を設けた例について説
明する。以下の説明において、「上」とは製造時におけ
る結晶成長の方向、すなわち基板から離れる方向をい
う。また、「下」とはその逆の方向をいう。
【００１２】図１は本発明実施例の半導体分布帰還型レ
ーザ装置を示す斜視図である。
ーザ装置を示す斜視図である。
【００１３】基板１の上にはバッファ層２、クラッド層
３およびガイド層４が設けられ、さらにその上には、歪
超格子層５および保護層６からなる回折格子７が設けら
れる。この回折格子７の上には、緩衝層８、単一量子井
戸活性層９、ガイド層１０、クラッド層１１およびコン
タクト層１２が設けられる。コンタクト層１２の上には
絶縁層１３および電極層１４が設けられ、コンタクト層
１２と電極層１４とは絶縁層１３に開けられた窓を通し
て接続される。基板１の裏面には電極層１５が設けられ
る。
３およびガイド層４が設けられ、さらにその上には、歪
超格子層５および保護層６からなる回折格子７が設けら
れる。この回折格子７の上には、緩衝層８、単一量子井
戸活性層９、ガイド層１０、クラッド層１１およびコン
タクト層１２が設けられる。コンタクト層１２の上には
絶縁層１３および電極層１４が設けられ、コンタクト層
１２と電極層１４とは絶縁層１３に開けられた窓を通し
て接続される。基板１の裏面には電極層１５が設けられ
る。
【００１４】この実施例の製造方法について、各層の組
成およびその厚さの例を示しながら説明する。この方法
は、基板１として高濃度砒化ガリウム（ｎ+ −ＧａＡ
ｓ）を用い、この基板１の上に、ダブルヘテロ接合構造
の各層を二段階に分けて連続的にエピタキシャル成長さ
せるものである。この成長には、例えば分子線エピタキ
シ装置を使用する。
成およびその厚さの例を示しながら説明する。この方法
は、基板１として高濃度砒化ガリウム（ｎ+ −ＧａＡ
ｓ）を用い、この基板１の上に、ダブルヘテロ接合構造
の各層を二段階に分けて連続的にエピタキシャル成長さ
せるものである。この成長には、例えば分子線エピタキ
シ装置を使用する。
【００１５】第一段階のエピタキシャル成長では、基板
１上に、厚さ０．５μｍの高濃度ｎ型砒化ガリウム（ｎ
+ −ＧａＡｓ）バッファ層２、厚さ１μｍのｎ型砒化ア
ルミニウムガリウム（ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラ
ッド層３、厚さ０．０８μｍのｎ型砒化アルミニウムガ
リウム（ｎ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ）ガイド層４、厚さ
０．００６μｍの不純物無添加砒化インジウムガリウム
歪超格子層５および厚さ０．００１５μｍの不純物無添
加砒化ガリウム保護層６を順次連続的に成長させる。
１上に、厚さ０．５μｍの高濃度ｎ型砒化ガリウム（ｎ
+ −ＧａＡｓ）バッファ層２、厚さ１μｍのｎ型砒化ア
ルミニウムガリウム（ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラ
ッド層３、厚さ０．０８μｍのｎ型砒化アルミニウムガ
リウム（ｎ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ）ガイド層４、厚さ
０．００６μｍの不純物無添加砒化インジウムガリウム
歪超格子層５および厚さ０．００１５μｍの不純物無添
加砒化ガリウム保護層６を順次連続的に成長させる。
【００１６】続いて、干渉露光法と化学エッチングとを
用いて、保護層６および歪超格子層５に回折格子７を形
成する。このときのエッチングは、ガイド層４に達する
まで行う。
用いて、保護層６および歪超格子層５に回折格子７を形
成する。このときのエッチングは、ガイド層４に達する
まで行う。
【００１７】この後、回折格子７が印刻された保護層６
の上に、厚さ０．０７μｍの不純物無添加砒化アルミニ
ウムガリウム（Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ）緩衝層８、厚さ
０．００９６μｍの不純物無添加砒化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）単一量子井戸活性層９、厚さ０．１５μｍの不純物
無添加砒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａ
ｓ）ガイド層１０、厚さ１．０μｍのｐ型砒化アアルミ
ニウムガリウム（ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラッド
層１１、厚さ０．５μｍの高濃度ｐ型砒化ガリウム（ｐ
+ −ＧａＡｓ）コンタクト層１２を順次連続してエピタ
キシャル成長させる。
の上に、厚さ０．０７μｍの不純物無添加砒化アルミニ
ウムガリウム（Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ）緩衝層８、厚さ
０．００９６μｍの不純物無添加砒化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）単一量子井戸活性層９、厚さ０．１５μｍの不純物
無添加砒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａ
ｓ）ガイド層１０、厚さ１．０μｍのｐ型砒化アアルミ
ニウムガリウム（ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラッド
層１１、厚さ０．５μｍの高濃度ｐ型砒化ガリウム（ｐ
+ −ＧａＡｓ）コンタクト層１２を順次連続してエピタ
キシャル成長させる。
【００１８】このようにしてダブルヘテロ接合構造が完
成した後、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）絶縁層１３をコン
タクト層１２の上面に堆積させ、幅が約１０μｍのスト
ライプ状の窓を形成し、クロムと金とを全面に蒸着して
正側の電極層１４とする。また、基板１の裏面には、金
と金・ゲルマニウムとを蒸着して負側の電極層１５とす
る。さらに、このようにして製造された半導体ブロック
を劈開して個々の半導体レーザ素子を得る。
成した後、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）絶縁層１３をコン
タクト層１２の上面に堆積させ、幅が約１０μｍのスト
ライプ状の窓を形成し、クロムと金とを全面に蒸着して
正側の電極層１４とする。また、基板１の裏面には、金
と金・ゲルマニウムとを蒸着して負側の電極層１５とす
る。さらに、このようにして製造された半導体ブロック
を劈開して個々の半導体レーザ素子を得る。
【００１９】各層の組成および厚さを以下にまとめて示
す。
す。
【００２０】 基板１ ｎ+ −ＧａＡｓ バッファ層２ ｎ+ −ＧａＡｓ 、０．５μｍ クラッド層３ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μｍ ガイド層４ ｎ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ、０．０８μｍ 歪超格子層５ アンドープＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ、０．００６μｍ 保護層６ アンドープＧａＡｓ 、０．００１５μｍ 緩衝層８ アンドープＡｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ、０．０７μｍ 単一量子井戸活性層９ アンドープＧａＡｓ 、０．００９６μｍ ガイド層１０ アンドープＡｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ、０．１５μｍ クラッド層１１ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１．０μｍ コンタクト層１２ ｐ+ −ＧａＡｓ 、０．５μｍ 絶縁層１３ ＳｉＯ2 電極層１４ Ａｕ／Ｃｒ 電極層１５ Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅ
【００２１】以上の説明ではＧａＡｓ系の材料を用いて
活性層の基板側に歪超格子を設けた例について説明した
が、ＩｎＰ系などの他の材料を用いても本発明を同様に
実施でき、活性層と歪超格子との位置関係が逆でも本発
明を同様に実施できる。また、活性層としては単一量子
井戸だけでなく、多重量子井戸を用いてもよい。基板の
導電性を反転させた構造とすることもできる。
活性層の基板側に歪超格子を設けた例について説明した
が、ＩｎＰ系などの他の材料を用いても本発明を同様に
実施でき、活性層と歪超格子との位置関係が逆でも本発
明を同様に実施できる。また、活性層としては単一量子
井戸だけでなく、多重量子井戸を用いてもよい。基板の
導電性を反転させた構造とすることもできる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体分
布帰還型レーザ装置は、量子井戸活性層の近傍に歪超格
子の回折格子を設け、活性層のバンドギャップを周期的
に変化させることによって、利得結合による分布帰還を
得ている。この構造は、量子井戸の利点を有効に利用で
きる効果がある。したがって本発明の半導体分布帰還型
レーザ装置は、長距離光通信や波長多重通信などに必要
な高性能光源として有望であるばかりでなく、光情報処
理や光情報記録、光応用計測、高速光学現象の実験など
の分野における光源として、従来から用いられている気
体レーザ装置や固体レーザ装置に代替し得る高性能の小
型光源として利用できる。
布帰還型レーザ装置は、量子井戸活性層の近傍に歪超格
子の回折格子を設け、活性層のバンドギャップを周期的
に変化させることによって、利得結合による分布帰還を
得ている。この構造は、量子井戸の利点を有効に利用で
きる効果がある。したがって本発明の半導体分布帰還型
レーザ装置は、長距離光通信や波長多重通信などに必要
な高性能光源として有望であるばかりでなく、光情報処
理や光情報記録、光応用計測、高速光学現象の実験など
の分野における光源として、従来から用いられている気
体レーザ装置や固体レーザ装置に代替し得る高性能の小
型光源として利用できる。
【図１】本発明の実施例を示す斜視図。
１ 基板 ２ バッファ層 ３、１１ クラッド層 ４、１０ ガイド層 ５ 歪超格子層 ６ 保護層 ７ 回折格子 ８ 緩衝層 ９ 単一量子井戸活性層 １２ コンタクト層 １３ 絶縁層 １４、１５ 電極層
Claims (2)
- 【請求項１】 誘導放出光を発生する活性層と、 この活性層の発生した誘導放出光に光分布帰還を施す帰
還手段とを半導体レーザ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、 前記帰還手段は、前記半導体レーザ導波路を構成する層
の少なくとも一つの層の結晶格子定数がレーザ光軸方向
に沿って周期的に変化する構造として形成されたことを
特徴とする半導体分布帰還型レーザ装置。 - 【請求項２】 周期構造は、活性層に近接してその面と
平行な層内に周期的に、この活性層に周期的な応力を与
えてこの活性層のバンドギャップを周期的に変調する歪
超格子を含む請求項１記載の半導体分布帰還型レーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3291591A JP3027038B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3291591A JP3027038B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129719A JPH05129719A (ja) | 1993-05-25 |
| JP3027038B2 true JP3027038B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=17770929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3291591A Expired - Lifetime JP3027038B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3027038B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09311220A (ja) * | 1996-03-19 | 1997-12-02 | Canon Inc | 異なる偏光依存性を持つ領域が交互に配置された回折格子、及びそれを用いた光半導体デバイス |
| EP1043818B1 (en) * | 1999-04-09 | 2011-07-20 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser device, semiconductor laser module, rare-earth-element-doped optical fiber amplifier and fiber laser |
-
1991
- 1991-11-07 JP JP3291591A patent/JP3027038B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05129719A (ja) | 1993-05-25 |
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