JP3251615B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JP3251615B2
JP3251615B2 JP27876691A JP27876691A JP3251615B2 JP 3251615 B2 JP3251615 B2 JP 3251615B2 JP 27876691 A JP27876691 A JP 27876691A JP 27876691 A JP27876691 A JP 27876691A JP 3251615 B2 JP3251615 B2 JP 3251615B2
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哲雄 定政
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に係わ
り、特に波長が変えられる半導体レーザ装置に関する。
The present invention relates relates to a semiconductor laser device, about the particular semiconductor laser device whose wavelength is changed.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、長距離大容量のコヒーレント光通
信システムの研究開発が盛んとなっている。なかでも、
周波数多重を用いるコヒーレント光通信システムは、従
来に比べ飛躍的に情報伝送量を増やすことができるため
有望視されている。この周波数多重光通信システムで
は、受信側においてチャンネルを選択する際に用いる波
長の変えられる局部発振用の半導体レーザが必要であ
る。このとき、波長の可変幅が大きいほど多数のチャン
ネルを受信することができる。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development of long-distance and large-capacity coherent optical communication systems have been actively conducted. Above all,
A coherent optical communication system using frequency multiplexing is promising because it can dramatically increase the amount of information transmission as compared with the related art. In this frequency multiplexing optical communication system, a semiconductor laser for local oscillation whose wavelength can be changed when a channel is selected on the receiving side is required. At this time, the larger the variable width of the wavelength, the more channels can be received.

【0003】多電極分布ブラック反射型(DBR)レー
ザは、ブラッグ波長を大きく変えられるため現在最も大
きな連続可変量が達成されている。しかしその反面、波
長チューニング時に線幅が10〜20MHzまで増大
し、狭い線幅を要求されるコヒーレント光伝送には適用
が困難であった。これは、波長可変領域のキャリア雑音
が原因とされている。
[0003] A multi-electrode distributed black reflection (DBR) laser is capable of changing the Bragg wavelength greatly, and currently has the largest continuously variable amount. However, on the other hand, the line width increases to 10 to 20 MHz during wavelength tuning, and it has been difficult to apply the method to coherent optical transmission requiring a narrow line width. This is caused by carrier noise in the wavelength variable region.

【0004】これに対し多電極分布帰還型(DFB)レ
ーザは、線幅が狭くコヒーレント光伝送に有望である。
従来、M.C.Wu et al.;CREO'90 P.667 に論じられている
ように、活性領域が均一な量子井戸構造からなり、2つ
の電極よりキャリアの注入がなされるものが提案されて
いる。
On the other hand, a multi-electrode distributed feedback (DFB) laser has a narrow line width and is promising for coherent light transmission.
Conventionally, as discussed in MCWu et al .; CREO'90 P.667, a proposal has been made in which the active region has a uniform quantum well structure and carriers are injected from two electrodes.

【0005】この半導体レーザの波長可変原理は、次の
ように説明される。即ち、活性領域が量子井戸構造をと
るものにおいては、図28に示すように、利得のキャリ
ア密度依存性が非線形であるので、電極を分離してキャ
リア注入量を制御することによって、各々の電極に対応
した領域の微分利得が異なる状態で発振に必要な利得を
得ることができる。従って、発振状態でレーザ全体とし
てのキャリア密度を変化させることが可能となり、屈折
率がキャリア密度に対して線形に変化するので発振波長
を変化させることができる。
The principle of changing the wavelength of the semiconductor laser is described as follows. That is, in the case where the active region has a quantum well structure, as shown in FIG. 28, the carrier density dependence of the gain is non-linear. The gain required for oscillation can be obtained in a state where the differential gain in the region corresponding to the above is different. Therefore, the carrier density of the entire laser can be changed in the oscillation state, and the oscillation wavelength can be changed because the refractive index changes linearly with the carrier density.

【0006】しかしながらこの場合は、微分利得の選択
領域が一つのキャリア密度−利得特性の曲線上で得られ
るものに制限されるため、発振波長の可変幅が6nm程
度と小さいという欠点を有していた。
However, in this case, since the selection area of the differential gain is limited to one obtained on one carrier density-gain characteristic curve, there is a disadvantage that the variable width of the oscillation wavelength is as small as about 6 nm. Was.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このように従来の波長
可変半導体レーザにおいては、発振波長を変えた場合に
スペクトル線幅が広がる、または波長変幅が小さいとい
う問題点があった。
As described above, the conventional wavelength tunable semiconductor laser has a problem that when the oscillation wavelength is changed, the spectral line width is widened or the wavelength variation is small.

【0008】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、波長可変幅が広く、か
つ波長可変時にスペクトル線幅の広がらない波長可変型
の半導体レーザ装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a wavelength tunable semiconductor laser device having a wide wavelength tunable width and a spectral line width which does not widen when the wavelength is tunable. Is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、分布帰
還型の半導体レーザにおいて、活性領域のキャリア密度
−利得特性を共振器方向で変えることにより、大きな微
分利得差を得ることにある。
The gist of the present invention is to obtain a large differential gain difference by changing the carrier density-gain characteristics of the active region in the cavity direction in a distributed feedback semiconductor laser.

【0010】即ち本発明(請求項1)は、分布帰還型の
半導体レーザからなり、同一共振器内に形成したキャリ
ア密度−利得特性の異なる複数の活性領域と、該複数の
活性領域に対応して設けられた複数の電極と、これらの
電極に流す電流の割合を変化させる手段とを具備して
り、前記キャリア密度−利得特性の異なる活性領域とし
て、歪み量が異なる量子井戸構造,量子細線構造又は量
子箱構造を用いたことを特徴とする。
That is, the present invention (Claim 1) relates to a plurality of active regions formed of a distributed feedback semiconductor laser and having different carrier density-gain characteristics formed in the same resonator, and corresponding to the plurality of active regions. a plurality of electrodes provided Te, comprises a means for varying the proportion of current flowing to the electrodes
The active regions having different carrier density-gain characteristics.
The quantum well structure, quantum wire structure or quantity
A child box structure is used .

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】また本発明(請求項)は、共振器方向に
複数の活性領域とそれに対応する複数の電極を有する分
布帰還型の半導体レーザ装置において、活性領域に接す
る半導体層のドーピング濃度が複数の活性領域で異なっ
ていることを特徴とする。
According to the present invention (claim 2 ), in a distributed feedback semiconductor laser device having a plurality of active regions and a plurality of electrodes corresponding to the plurality of active regions in the resonator direction, the semiconductor layer in contact with the active region has a plurality of doping concentrations. Are characterized by different active regions.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【作用】本発明(請求項1)によれば、共振器方向に量
子構造の歪み量が異なる複数の活性領域を形成すること
により、図1の特性(1)(2)に示すように、それぞ
れの活性領域が固有のキャリア濃度−利得特性を持つこ
とになり、微分利得の差を従来より大きく持たせること
ができる。そのため、発振しきいキャリア密度を大きく
変えることができるので、その結果として波長可変幅を
大きくすることができる。
According to the present invention (claim 1) , by forming a plurality of active regions having different quantum structures in the resonator direction, as shown in the characteristics (1) and (2) of FIG. Each active region has a unique carrier concentration-gain characteristic, and the difference in differential gain can be made larger than in the conventional case. As a result, the oscillation threshold carrier density can be greatly changed, and as a result, the wavelength variable width can be increased.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】また、本発明(請求項)によれば、活性
層にドーピングされる不純物密度を共振器方向に形成さ
れた複数の活性層毎に変えることにより、活性領域のキ
ャリア密度−利得特性を活性領域毎に変えることがで
き、これにより発振波長の可変幅を大きくすることが可
能となる。
According to the present invention (claim 2 ), the carrier density-gain characteristic of the active region is changed by changing the impurity density doped in the active layer for each of a plurality of active layers formed in the resonator direction. Can be changed for each active region, thereby making it possible to increase the variable width of the oscillation wavelength.

【0022】[0022]

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図2は、本発明の第1の実施例に係わる波
長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図であり、
この実施例ではウエル数を変えている。図中10はn型
InP基板であり、このInP基板10上に1次の回折
格子11が形成され、この回折格子11上にはInGa
As光導波層12が形成されている。このInGaAs
光導波層12上には、共振器方向に2層,4層,2層の
InGaAsウエル13とInGaAsPバリア層14
からなる量子井戸構造部20(21,22a,22b)
が形成されている。なお、この量子井戸構造部20には
InPエッチングストッパー層15が形成されている。
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to the first embodiment of the present invention.
In this embodiment, the number of wells is changed. In the figure, reference numeral 10 denotes an n-type InP substrate, on which a first-order diffraction grating 11 is formed.
An As optical waveguide layer 12 is formed. This InGaAs
On the optical waveguide layer 12, two, four, or two InGaAs wells 13 and an InGaAsP barrier layer 14 are formed in the resonator direction.
Quantum well structure 20 (21, 22a, 22b) made of
Are formed. The quantum well structure 20 has an InP etching stopper layer 15 formed thereon.

【0025】量子井戸構造部20上全面にはInGaA
sP光導波層12′が形成され、さらに光導波層12′
上全面にp型InPクラッド層16及びInGaAsコ
ンタクト層17が形成されている。そしてコンタクト層
17上にp側電極181 ,182 ,183 が、基板10
の下面にn側電極19が設けられている。
InGaAs is formed on the entire surface of the quantum well structure 20.
The sP optical waveguide layer 12 'is formed, and the optical waveguide layer 12'
A p-type InP cladding layer 16 and an InGaAs contact layer 17 are formed on the entire upper surface. The p-side electrode 18 1 on the contact layer 17, 18 2, 18 3, the substrate 10
An n-side electrode 19 is provided on the lower surface of the.

【0026】次に、上記構成の半導体レーザの製造方法
について、図3の工程断面図を参照して説明する。まず
図3(a)に示すように、n型InP基板10上に2光
束干渉露光法により、周期240nmの1次の回折格子
11を形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser having the above-described configuration will be described with reference to the cross-sectional views in FIGS. First, as shown in FIG. 3A, a primary diffraction grating 11 having a period of 240 nm is formed on an n-type InP substrate 10 by a two-beam interference exposure method.

【0027】次いで、図3(b)に示すように、回折格
子11の上部を平坦に埋め込むように1.3μm組成の
InGaAs光導波層12(厚さ50nm)を形成し、
その上にInGaAsウエル層131 (厚さ8nm),
1.3μm組成のInGaAsPバリア層141 (厚さ
10nm),InGaAsウエル層132 (厚さ8n
m)、InGaAsPバリア層142 (厚さ3nm),
InPエッチングストッパー層15(厚さ5nm),I
nGaAsPバリア層143 (厚さ3nm),InGa
Asウエル層133 (厚さ8nm),InGaAsPバ
リア層144 (厚さ10nm),及びInGaAsウエ
ル層134 (厚さ8nm)を、有機金属気相成長(MO
CVD)法(成長条件:610℃、200Torr、トータ
ル流量10 l/min)により順次形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, an InGaAs optical waveguide layer 12 (thickness: 50 nm) having a composition of 1.3 μm is formed so as to bury the upper portion of the diffraction grating 11 flat.
On top of this, an InGaAs well layer 13 1 (8 nm thick),
The InGaAsP barrier layer 14 1 (thickness 10 nm) and the InGaAs well layer 13 2 (thickness 8 n) having a composition of 1.3 μm
m), InGaAsP barrier layer 14 2 (thickness 3 nm),
InP etching stopper layer 15 (5 nm thick), I
nGaAsP barrier layer 14 3 (thickness 3 nm), InGa
As well layer 13 3 (thickness 8 nm), InGaAsP barrier layer 14 4 (thickness 10 nm), and InGaAs well layer 13 4 (thickness 8 nm), metal organic chemical vapor deposition (MO
CVD) (growth conditions: 610 ° C., 200 Torr, total flow rate 10 l / min).

【0028】その後、共振器の両側部分に相当する領域
の量子井戸構造部22a,22bを部分的に硫酸:過酸
化水素水:水=1:1:20(室温)のエッチャントで
除去する。このとき、硫酸系エッチャントではInP層
はエッチングされないので、共振器中央部分の量子井戸
構造部21は4層のInGaAsウエル13の量子井戸
構造となり、共振器両側部分の量子井戸構造部22a,
22bは2層のInGaAsウエル層13の量子井戸構
造となる。
Thereafter, the quantum well structures 22a and 22b in the regions corresponding to both sides of the resonator are partially removed with an etchant of sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 20 (room temperature). At this time, since the InP layer is not etched by the sulfuric acid-based etchant, the quantum well structure portion 21 in the central portion of the resonator has a quantum well structure of four layers of InGaAs well 13, and the quantum well structure portions 22a and 22a on both sides of the resonator.
Reference numeral 22b denotes a quantum well structure having two InGaAs well layers 13.

【0029】次いで、図3(c)に示すように、MOC
VD法によって、1.3μm組成のInGaAsP光導
波層12′(厚さ30nm)で活性領域全面を平坦に埋
め込み、さらにp型InPクラッド層16(厚さ1μ
m),InGaAsコンタクト層17(厚さ0.5μ
m)を順次成長させる。
Next, as shown in FIG.
By the VD method, the entire active region is buried flat with an InGaAsP optical waveguide layer 12 ′ (thickness: 30 nm) having a composition of 1.3 μm, and a p-type InP cladding layer 16 (thickness: 1 μm) is formed.
m), InGaAs contact layer 17 (0.5 μm thick)
m) is grown sequentially.

【0030】最後に、微分利得の異なる活性領域に対応
させて、InGaAsコンタクト層17上の共振器中央
部分と両側部分の3箇所にそれぞれ電極171 ,1
2 ,173 、基板10の下に電極18を形成すること
により、前記図2に示す構造が得られる。
Finally, electrodes 17 1 , 1 are provided at three locations on the InGaAs contact layer 17 at the central portion and on both sides of the resonator, corresponding to the active regions having different differential gains.
The structure shown in FIG. 2 can be obtained by forming the electrodes 18 under the substrates 7 2 and 17 3 and the substrate 10.

【0031】こうして、作成した半導体レーザに合計1
00mAの電流を注入し、電極181 ,183 に流す電
流を等しくして、電極182 に流す電流を10〜90m
Aと変化させたところ、しきいキャリア密度は大きく変
化し、波長可変量として10nmという従来のDFBレ
ーザと比べ優れた特性が得られた。一方、線幅は波長チ
ューニング時においても750kHz以下と従来のDF
Bレーザより優れた特性を示した。さらに、発振しきい
電流を小さくすることができたので、100mAの電流
に対する出力は10mWから20mWと倍増した。
In this way, a total of 1
Injecting a current of 00MA, at equal current supplied to the electrodes 18 1, 18 3, 10~90m the current supplied to the electrode 18 2
When the value was changed to A, the threshold carrier density was greatly changed, and excellent characteristics compared with the conventional DFB laser having a wavelength variable amount of 10 nm were obtained. On the other hand, the line width is 750 kHz or less even at the time of wavelength tuning.
It showed better characteristics than B laser. Further, since the oscillation threshold current could be reduced, the output for a current of 100 mA doubled from 10 mW to 20 mW.

【0032】なお、ここではバリア層とエッチングスト
ッパー層にInGaAsP/InPの系を用いている
が、InGaAlP/GaAs,InGaAsSb/G
aSb或いはAlGaAsSb/GaSb等の他の系を
適用することも可能である。
Although an InGaAsP / InP system is used here for the barrier layer and the etching stopper layer, InGaAlP / GaAs, InGaAsSb / G
Other systems such as aSb or AlGaAsSb / GaSb can also be applied.

【0033】図4は、本発明の第2の実施例に係わる波
長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図であり、
この実施例では歪量を変えている。なお、図2と同一部
分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the amount of distortion is changed. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0034】この実施例と先に説明した第1の実施例と
の相違点は、異なる微分利得を得る手段として、量子井
戸構造において結晶の格子整合の歪量を変化させたこと
にある。製造工程は第1の実施例とほぼ同様であるが、
活性層を形成する際、(Inx Ga1-x )Asにおける
xの値を変動させることにより、格子定数をInPより
大きくしたものをInP基板上に成長させて、1%の圧
縮歪を加えた歪量子井戸構造を形成する。そして、共振
器中央部分に相当する領域を通常のリソグラフィー技術
により選択的にエッチング除去し、共振器両端側に歪量
子井戸構造部24a,24bの活性領域を形成し、さら
にエッチング除去した領域に4nm厚のInGaAsウ
エルに3%の圧縮歪を加えた歪量子井戸構造部23を形
成する。
The difference between this embodiment and the first embodiment described above is that the amount of lattice matching distortion of the crystal is changed in the quantum well structure as a means for obtaining a different differential gain. The manufacturing process is almost the same as the first embodiment,
When the active layer is formed, by changing the value of x in (In x Ga 1-x ) As, a lattice constant larger than InP is grown on the InP substrate, and a compressive strain of 1% is applied. A strained quantum well structure is formed. Then, a region corresponding to the central portion of the resonator is selectively removed by etching using a normal lithography technique, active regions of the strained quantum well structures 24a and 24b are formed at both ends of the resonator, and a region of 4 nm is further removed by etching. A strained quantum well structure 23 is formed by applying a compressive strain of 3% to a thick InGaAs well.

【0035】この場合にも、各電極181 ,183 と1
2 に注入する電流の割合を第1の実施例と同様に変化
させたところ、波長可変量として12nmという優れた
特性が得られ、線幅の広がりも見られず500kHz以
下であった。
[0035] Also in this case, each electrode 18 1, 18 3 1
8 where the ratio of current to be 2 injected into varying similarly to the first embodiment, excellent characteristics that 12nm is obtained as a wavelength variable amount was below 500kHz not observed even spread of the line width.

【0036】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、位相制御領域をつけ加えるこ
とにより連続的に波長を変えることができる。また上記
実施例では異なる微分利得を得る方法として1つの手段
だけを用いる例を示したが、同時に複数の手段、例えば
ウエル数を変えるとともに歪量を変えるという手段によ
っても可能である。さらに、上記実施例では半導体基板
にn型を用いたが、p型でもよく、その際は各層の導電
型を反転すればよい。また、例えば図2に示す実施例に
おいて量子井戸構造部21の凸状側部における量子井戸
構造部と光導波層12′の界面を階段状のテーパー構造
にして、活性層内での反射による損失を小さくすること
も可能である。さらに、本発明が量子井戸構造以外にも
量子細線構造,量子箱構造にも適用できることは明白で
ある。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the wavelength can be continuously changed by adding a phase control region. In the above embodiment, an example in which only one means is used as a method for obtaining different differential gains has been described. However, it is also possible to use a plurality of means at the same time, for example, changing the number of wells and changing the amount of distortion. Further, in the above embodiment, the semiconductor substrate is of the n-type, but may be of the p-type. In that case, the conductivity type of each layer may be reversed. Also, for example, in the embodiment shown in FIG. 2, the interface between the quantum well structure and the optical waveguide layer 12 'on the convex side of the quantum well structure 21 is made to have a step-like tapered structure, and the loss due to reflection in the active layer is reduced. Can also be reduced. Further, it is apparent that the present invention can be applied to a quantum wire structure and a quantum box structure in addition to the quantum well structure.

【0037】次に、本発明の第3及び第4の実施例につ
いて説明する。
Next, third and fourth embodiments of the present invention will be described.

【0038】本実施例は、同一共振器内でキャリア密度
−利得特性の異なる複数の活性領域を形成するに当り、
選択結晶成長技術を用いて井戸層の膜厚,組成,歪量の
いずれかが異なる多重量子井戸構造を有する活性領域
を、1回の結晶成長で形成する半導体レーザの製造方法
である。具体的には、一対の選択成長マスクの間に結晶
成長した半導体薄膜の組成,膜厚,歪量はその選択マス
ク幅に依存することを利用し、共振器方向に複数の異な
る選択成長マスクを形成することでそのマスク間に成長
する半導体薄膜からなる活性領域は複数の異なる利得分
布を有するようになり、各利得の分布に対応してレーザ
の発振しきいキャリア密度を変えられるようにし、その
結果として波長可変幅を広く得られるようにしたもので
ある。
In this embodiment, when forming a plurality of active regions having different carrier density-gain characteristics in the same resonator,
This is a method for manufacturing a semiconductor laser in which an active region having a multiple quantum well structure in which any of the thickness, composition, and strain amount of a well layer is different using a selective crystal growth technique is formed by a single crystal growth. Specifically, by utilizing the fact that the composition, thickness, and strain amount of a semiconductor thin film grown between a pair of selective growth masks depend on the width of the selective mask, a plurality of different selective growth masks are formed in the resonator direction. By forming, the active region composed of the semiconductor thin film growing between the masks has a plurality of different gain distributions, and the laser oscillation threshold carrier density can be changed corresponding to each gain distribution. As a result, a wide wavelength variable width can be obtained.

【0039】本実施例では、選択結晶成長マスクを設け
た結晶成長において、対に形成されるマスクの間に形成
される半導体薄膜の組成,膜厚,歪量は、マスクの幅に
依存することを見出し、これを微分利得の異なる複数の
活性領域形成に適用したことが要点となる。図5に示す
ように、特にInGaAsP/InP系では量子井戸構
造における井戸層として用いられるInGaAsの組
成,膜厚,歪量は、障壁層として用いられるInGaA
sPに比べてマスク幅に大きく依存する。この事実を利
用し、障壁層は変化させずに井戸層のみを変化させるこ
とで、微分利得は大きく異なるが、各井戸層での光のカ
ップリングやキャリアの注入効率は同じである複数の量
子井戸構造を1回の結晶成長で形成することができる。
さらに、対となる選択マスク間の幅を一部変えることで
等価的に位相シフト構造を有することができる。
In the present embodiment, in the crystal growth provided with the selective crystal growth mask, the composition, thickness and strain amount of the semiconductor thin film formed between the paired masks depend on the width of the mask. The point is that the method was applied to the formation of a plurality of active regions having different differential gains. As shown in FIG. 5, particularly in the InGaAsP / InP system, the composition, thickness and strain of InGaAs used as a well layer in the quantum well structure are InGaAs used as a barrier layer.
It largely depends on the mask width as compared with sP. By taking advantage of this fact and changing only the well layer without changing the barrier layer, the differential gain is greatly different, but multiple quantum wells with the same light coupling and carrier injection efficiency in each well layer are used. The well structure can be formed by one crystal growth.
Further, a phase shift structure can be equivalently provided by partially changing the width between the pair of selection masks.

【0040】この製造方法によれば、1回の結晶成長で
複数のキャリア密度−利得特性からなる活性領域を形成
できるばかりか、活性層の幅を結晶成長の前に正確に制
御でき、しかも活性層ストライプはストリエーションの
無い(111)B面で形成できる。さらに、複数のキャ
リア密度−利得特性からなる活性領域の境界は滑らかに
変化するので、それら境界での損失を低減することがで
きる。
According to this manufacturing method, not only can an active region having a plurality of carrier density-gain characteristics be formed by one crystal growth, but also the width of the active layer can be accurately controlled before the crystal growth, and the active region can be formed. The layer stripe can be formed on the (111) B plane without striation. Furthermore, since the boundary of the active region composed of a plurality of carrier density-gain characteristics changes smoothly, loss at those boundaries can be reduced.

【0041】図6は、本発明の第3の実施例に係わる波
長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図である。
図中30は(100)面を有するn型InP基板であ
り、このn型InP基板30上の[011]方向に回折
格子31が形成され、この回折格子31上には光ガイド
層及び量子井戸構造部からなる活性領域40が形成され
ている。活性領域40は1回の選択結晶成長によって複
数の領域が構成され、その境界領域は滑らかに変化して
いる。さらに、p型InPクラッド層36、InGaA
sコンタクト層37及びオーミック電極38は構造の異
なる各々の活性領域に対応して分割形成されている。な
お、39はn型オーミック電極、43は分離溝、45は
誘電体無反射コート膜である。
FIG. 6 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a third embodiment of the present invention.
In the figure, reference numeral 30 denotes an n-type InP substrate having a (100) plane. A diffraction grating 31 is formed on the n-type InP substrate 30 in the [011] direction. An active region 40 composed of a structure is formed. A plurality of regions are formed in the active region 40 by one selective crystal growth, and the boundary region is smoothly changed. Further, the p-type InP cladding layer 36, InGaAs
The s-contact layer 37 and the ohmic electrode 38 are separately formed corresponding to respective active regions having different structures. 39 is an n-type ohmic electrode, 43 is a separation groove, and 45 is a dielectric anti-reflection coating film.

【0042】次に、上記構成の半導体レーザの製造方法
について、図7〜図10を参照して以下に説明する。図
7は選択結晶成長マスクを説明するための上からみた平
面図であって、図6に対応させて示す。図8は光出射面
を示す断面図である。図9は多重量子井戸構造と、遷移
領域を説明するための図であって、図6の波線円hの拡
大図である。図10は半導体レーザの製造工程の概略を
示すものである。図10(a)〜(d)は活性領域軸に
垂直な断面図であって、図6に示すi−j断面及びi′
−j′断面である。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser having the above configuration will be described below with reference to FIGS. FIG. 7 is a top plan view for explaining the selective crystal growth mask, and is shown corresponding to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a light emitting surface. FIG. 9 is a diagram for explaining a multiple quantum well structure and a transition region, and is an enlarged view of a dashed circle h in FIG. FIG. 10 shows an outline of a semiconductor laser manufacturing process. 10 (a) to 10 (d) are cross-sectional views perpendicular to the axis of the active region.
-J 'section.

【0043】まず、図6で示すように、(100)面を
有するn型InP基板30の上に、1次の回折格子31
を2光束干渉露光法によって周期240nmとなるよう
形成する。回折格子31は、レーザ共振器中央部で位相
がλ/4シフトするように形成されている。回折格子3
1の溝は、活性領域軸である[011]方向に直交する
ように選ぶ。
First, as shown in FIG. 6, a first-order diffraction grating 31 is placed on an n-type InP substrate 30 having a (100) plane.
Is formed so as to have a period of 240 nm by a two-beam interference exposure method. The diffraction grating 31 is formed such that the phase is shifted by λ / 4 at the center of the laser resonator. Diffraction grating 3
One groove is selected so as to be orthogonal to the [011] direction which is the axis of the active region.

【0044】次いで、図7に示すように(100)In
P面に膜厚50nmのSiO2 膜を選択成長マスク47
として用いるために化学的気相成長(CVD)法で形成
した後、通常のリソグラフィ技術によって[011]方
向に2本の平行なSiO2 ストライプ47を形成する。
このとき、ストライプ長さは300μm周期とし、Si
2 マスク47の幅は、図5で示す関係からi−j断面
では1μm、i′−j′断面では4μmとし、2本の平
行なSiO2 マスク47の間の幅は1μmとしている。
Next, as shown in FIG.
Selective growth mask 47 with 50 nm thick SiO 2 film on P surface
After being formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, two parallel SiO 2 stripes 47 are formed in the [011] direction by a usual lithography technique.
At this time, the stripe length is set to a period of 300 μm,
The width of the O 2 mask 47 is 1 μm in the ij section and 4 μm in the i′-j ′ section from the relationship shown in FIG. 5, and the width between the two parallel SiO 2 masks 47 is 1 μm.

【0045】次いで、MOCVD法(有機金属気相成長
法)でInGaAsP光ガイド層32をSiO2 膜厚以
上である70nmの厚さまで成長し、i−j断面の膜厚
が4nmであるInGaAs井戸層33が10層となる
ようInGaAsP障壁層34(厚さ10nm)と交互
に結晶成長し、さらにInGaAsP光ガイド層32′
を30nm成長し、InPキャップ層を10nm成長す
る。SiO2 マスク47の厚さ以上までInGaAsP
光ガイド層32を結晶成長するのは、マスク厚以上では
選択成長の横面がSiO2 マスク47の端面の凹凸に関
係なく平坦な(111)B面が形成されるからである。
このことは1991年春季応用物理学会予稿集28p−
ZK−3でも述べられている。
Next, an InGaAsP light guide layer 32 is grown by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) to a thickness of 70 nm, which is equal to or greater than the thickness of SiO 2 , and an InGaAs well layer having a thickness of 4 nm in the ij section. Crystal growth is performed alternately with the InGaAsP barrier layer 34 (thickness: 10 nm) so that the number of layers 33 becomes 10 and the InGaAsP light guide layer 32 ′.
Is grown to a thickness of 30 nm, and an InP cap layer is grown to a thickness of 10 nm. InGaAsP up to the thickness of the SiO 2 mask 47 or more
The crystal growth of the light guide layer 32 is performed because the lateral surface of the selective growth has a flat (111) B surface regardless of the unevenness of the end surface of the SiO 2 mask 47 when the thickness is equal to or greater than the mask thickness.
This is the same as the 1991 Spring Applied Physics Proceedings 28p-
It is also described in ZK-3.

【0046】このようにして成長した多重量子井戸構造
において、図5で示すようにi−j断面のInx Ga
1-x As量子井戸のxは0.6なのに対し、i′−j′
断面のInx Ga1-x As量子井戸のxは0.7となる
が、InGaAsP障壁層の組成は殆ど変わらない。従
って、x=0.6の場合のInGaAsの歪量は0.4
%に対し、x=0.7では1.2%であり、この結果こ
れらの微分利得は大きく異なるが、障壁層はほぼ同じで
あるので各々の活性領域での光のカップリングやキャリ
アの注入効率等は変わらない。
[0046] In the multiple quantum well structure grown this way, the i-j cross-section, as shown in Figure 5 an In x Ga
X of the 1-x As quantum well is 0.6, while i'-j '
Although the x of the In x Ga 1 -x As quantum well in the cross section is 0.7, the composition of the InGaAsP barrier layer hardly changes. Therefore, when x = 0.6, the strain amount of InGaAs is 0.4
% Is 1.2% at x = 0.7, and as a result, these differential gains are greatly different. However, since the barrier layers are almost the same, light coupling and carrier injection in each active region are performed. Efficiency etc. do not change.

【0047】次いで、図10を参照して実施例レーザを
完成するまでの一連の工程を説明する。これまでの工程
を通してできあがった構成を図10(a)に示した。図
10(a)において30はn型InP基板、47は選択
成長マスク、40は活性領域である。
Next, a series of steps up to completion of the laser of the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10A shows a configuration completed through the above steps. In FIG. 10A, 30 is an n-type InP substrate, 47 is a selective growth mask, and 40 is an active region.

【0048】次いで、図10(b)に示すように、Si
2 選択成長マスク47を通常のエッチングにより削除
し、MOCVD法で第2回目の結晶成長を行う。この結
晶成長においては、p−InPクラッド層36を2μm
成長し、続いてp−InGaAsコンタクト層37を
0.5μm成長する。
Next, as shown in FIG.
The O 2 selective growth mask 47 is removed by ordinary etching, and a second crystal growth is performed by MOCVD. In this crystal growth, the p-InP cladding layer 36 is
After growth, the p-InGaAs contact layer 37 is grown to 0.5 μm.

【0049】次いで、図10(c)に示すように、コン
タクト層37上にAu/Zn/Auのp電極38を真空
蒸着する。さらに、第1回目のMOCVD法で成長した
各々の活性領域に対応してp−InGaAsコンタクト
層37及びp電極38をエッチングにより削除して分離
し、各活性領域は電気的に高抵抗にする。この後で、裏
面を研磨しウエハの厚さを100μmとし、さらに裏面
にはAuGeを真空蒸着してn電極39とする。その
後、p−InPクラッド層36の一部を活性領域40の
深さまでメサエッチングする。
Next, as shown in FIG. 10C, a Au / Zn / Au p electrode 38 is vacuum-deposited on the contact layer 37. Further, the p-InGaAs contact layer 37 and the p-electrode 38 are removed by etching corresponding to each active region grown by the first MOCVD method, and are separated to make each active region electrically high in resistance. Thereafter, the back surface is polished to a thickness of 100 μm, and AuGe is vacuum-deposited on the back surface to form an n-electrode 39. After that, a part of the p-InP cladding layer 36 is mesa-etched to a depth of the active region 40.

【0050】次いで、図10(d)に示すように、活性
領域と同時に成長した活性領域の両側40′をサイドエ
ッチングする。最後に、へき開によって形成したレーザ
端面には無反射コート膜45をp−CVD(プラズマC
VD)法によって形成することによって、前記図6に示
す構造が得られる。
Next, as shown in FIG. 10D, both sides 40 'of the active region grown simultaneously with the active region are side-etched. Finally, a non-reflective coating film 45 is formed on the laser end face formed by cleavage by p-CVD (plasma C).
By forming by the VD) method, the structure shown in FIG. 6 is obtained.

【0051】以上のように作製した半導体レーザの両端
の電極に与える電流値を等しくした状態で中央の電極と
の割合を変化させながらレーザ発振させたところ、しき
いキャリア密度の大きな変化に起因にして、波長可変量
が従来のDFBレーザに比べて10倍以上の8〜12n
mという優れた特性が得られた。また、線幅は波長チュ
ーニング時においても0、8MHz以下であり、従来の
通常のDFBレーザ装置に比べて優れた特性を有してい
た。
When the laser oscillation was performed while changing the ratio to the center electrode while the current values applied to the electrodes at both ends of the semiconductor laser manufactured as described above were equal, a large change in the threshold carrier density caused the laser oscillation. Therefore, the wavelength tunable amount is 8 to 12n, which is 10 times or more that of the conventional DFB laser.
m was obtained. Also, the line width is 0 or 8 MHz or less even at the time of wavelength tuning, and has excellent characteristics as compared with a conventional ordinary DFB laser device.

【0052】図11は、本発明の第4の実施例に係わる
波長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図であ
る。この実施例では、第1回目の結晶成長の前には回折
格子を形成せず、結晶成長後に回折格子を形成してい
る。即ち、選択成長時においてまずはバッファ層として
n−InPをSiO2 マスク47の厚さ以上に成長する
ことで、選択成長における光ガイド層32を含む活性領
域40全体がマスクの凹凸の影響を取り除いている。そ
して、回折格子31は選択成長後で、かつSiO2 マス
ク除去前に形成している。
FIG. 11 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, no diffraction grating is formed before the first crystal growth, and a diffraction grating is formed after the crystal growth. That is, at the time of the selective growth, first, n-InP is grown as a buffer layer to have a thickness equal to or greater than the thickness of the SiO 2 mask 47 so that the entire active region 40 including the light guide layer 32 in the selective growth is removed by the influence of the unevenness of the mask. I have. The diffraction grating 31 is formed after the selective growth and before the removal of the SiO 2 mask.

【0053】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、図12に示すように2本の平
行な選択成長SiO2 マスク47の中心部48のマスク
間隔を変えて活性領域を形成すれば等価的に位相シフト
レーザが得られる。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, as shown in FIG. 12, if the active region is formed by changing the mask interval between the central portions 48 of the two parallel selective growth SiO 2 masks 47, an equivalent phase shift laser can be obtained.

【0054】また、結晶組成と共に活性領域のキャリア
濃度も選択結晶成長マスクの有無によって変化する。例
えば、不純物としてZn、Sを添加した場合には顕著に
その効果が現れる。すなわち、常気圧の高い元素は狭い
マスクの間に付着する確率が低く、キャリア濃度が局所
的に低下する。逆に、Siを添加した場合には局所的に
高くなる。この作用と上述の活性領域の構造作用,組成
作用,歪作用等を適合させることによっても特性の向上
が認められる。
In addition to the crystal composition, the carrier concentration in the active region changes depending on the presence or absence of the selective crystal growth mask. For example, when Zn and S are added as impurities, the effect is remarkably exhibited. That is, an element having a high atmospheric pressure has a low probability of adhering to a narrow mask, and the carrier concentration is locally reduced. Conversely, when Si is added, it locally increases. By matching this action with the above-mentioned structure action, composition action, strain action and the like of the active region, an improvement in the characteristics can be recognized.

【0055】次に、本発明の第5の実施例について説明
する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

【0056】本実施例は、第3,第4の実施例と同様
に、同一共振器内でキャリア密度−利得特性の異なる複
数の活性領域を形成するに当り、選択結晶成長技術を用
いて井戸幅と障壁幅の異なる多重量子井戸構造と共に結
晶組成の異なる活性領域を同時に構成したものである。
具体的には、一対の選択成長マスクの間に結晶成長した
結晶の組成及び層厚がマスクの無い領域の組成及び層厚
と異なるようにして、局所的に微分利得の分布に対応し
てレーザの発振しきいキャリア密度を変えられるように
し、その結果として波長可変幅を広く得られるようにし
たものである。
In this embodiment, similarly to the third and fourth embodiments, when forming a plurality of active regions having different carrier density-gain characteristics in the same resonator, a well is formed using a selective crystal growth technique. Active regions having different crystal compositions are formed simultaneously with multiple quantum well structures having different widths and barrier widths.
Specifically, the composition and layer thickness of the crystal grown between a pair of selective growth masks are made different from the composition and layer thickness of the region without the mask, and the laser is locally adapted to the differential gain distribution. The carrier density of the oscillation threshold can be changed, and as a result, the wavelength tunable width can be widened.

【0057】本実施例では、選択結晶成長マスクを設け
た結晶成長において、マスク近傍の結晶組成や結晶歪度
合いがマスクから離れた領域と微妙に違ってできること
を見出し、これを微分利得の異なる複数の活性領域形成
に適用したことが要点となっている。それは結晶成長過
程において、マスク上に輸送された反応ガスが未反応状
態で窓開けされた結晶基板上に拡散して結晶成長する際
に、マスク近傍では蒸気圧の低い元素が過剰のガス状態
となり、結晶組成が僅かに異なってくることに起因して
いる。結晶組成を可変できるということは結晶成長条件
を操作することによって量子井戸構造に結晶歪を持たせ
ることも可能となり、マスク近傍に結晶成長した活性領
域の量子井戸を歪量子井戸構造とすることができる。ま
た、全域に歪量子井戸を形成した場合でも、マスク近傍
とそれ以外の領域とで歪の程度を変えることが可能であ
る。
In this embodiment, it has been found that in the crystal growth provided with the selective crystal growth mask, the crystal composition and the degree of crystal distortion in the vicinity of the mask can be slightly different from those in the region away from the mask. The point is that the present invention is applied to the formation of the active region. During the crystal growth process, when the reaction gas transported on the mask diffuses into the windowed crystal substrate in an unreacted state and grows the crystal, an element with a low vapor pressure becomes an excess gas state near the mask. This is because the crystal composition is slightly different. The fact that the crystal composition can be varied also makes it possible to impart crystal strain to the quantum well structure by manipulating the crystal growth conditions, and to make the quantum well in the active region grown near the mask a strained quantum well structure. it can. Even when a strained quantum well is formed in the entire region, the degree of strain can be changed between the vicinity of the mask and the other region.

【0058】結晶成長速度,結晶組成,結晶歪等の変化
はマスク間隔やマスクの被覆率に依存し、マスク間隔が
狭いほど、また被覆率が高いほど変化量が大きい。例え
ば、幅が10μmの一対のマスクを設けた場合にマスク
間隔が50μm以上では結晶組成変化や歪による効果は
殆ど得られず、マスク間隔が1μm以下では蒸気圧の高
いAsやPがマスク間に必要量供給されないために所望
の結晶成長が制御性良く行われない。また、マスクの被
覆率が多くなると成長速度が極端に高くなって多重量子
井戸構造の形成が困難となる。被覆率をマスク面積と間
隔領域面積との比で表した場合、被覆率は1〜50の間
で有効な組成変化が認められた。
Changes in the crystal growth rate, crystal composition, crystal distortion, etc., depend on the mask interval and the mask coverage, and the smaller the mask interval and the higher the coverage, the larger the amount of change. For example, when a pair of masks having a width of 10 μm are provided, when the mask interval is 50 μm or more, little effect due to crystal composition change or distortion is obtained, and when the mask interval is 1 μm or less, As or P having a high vapor pressure is interposed between the masks. Since the required amount is not supplied, desired crystal growth is not performed with good controllability. In addition, when the mask coverage increases, the growth rate becomes extremely high, and it becomes difficult to form a multiple quantum well structure. When the coverage was represented by the ratio between the mask area and the area of the interval region, an effective composition change was recognized between 1 and 50.

【0059】なお、結晶成長速度,結晶組成,結晶歪等
の変化はこのようなマスクの形態だけで決まるばかりで
なく、結晶成長条件によって多くの変化や複雑な変化を
与える。例えば、マスクのない領域に結晶歪を有する結
晶成長条件として、マスクに挟まれた領域に結晶歪を与
えないようにすることも可能である。
Note that changes in crystal growth rate, crystal composition, crystal distortion, etc. are not only determined by the form of the mask, but also undergo many or complicated changes depending on crystal growth conditions. For example, as a crystal growth condition having crystal distortion in a region without a mask, it is possible to prevent crystal distortion from being applied to a region sandwiched between masks.

【0060】この製造方法によれば、選択結晶成長技
術,結晶面方位の選択、且つコンタクト層を横方向エッ
チングの阻止層とする技術によって、分割された各々の
活性領域は滑らかな遷移領域によって境界での反射が防
止でき、レーザ光のモードが乱れることはない。また、
複雑の活性領域に分割するための分割溝は深さ及び幅の
寸法制御性に優れ、共振器方向側壁面と溝低面とのなす
角が鈍角となるような傾斜面、若しくは湾曲面とした構
成とすることが可能となって、レーザ光のモードの乱れ
を防止したものである。
According to this manufacturing method, each divided active region is bounded by a smooth transition region by the selective crystal growth technique, the selection of the crystal plane orientation, and the technique of using the contact layer as a blocking layer for lateral etching. Reflection of the laser beam can be prevented, and the mode of the laser beam is not disturbed. Also,
Divided grooves for dividing into complex active regions are excellent in dimensional control of depth and width, and are formed as inclined surfaces or curved surfaces so that the angle between the cavity direction side wall surface and the groove low surface is obtuse. This makes it possible to prevent the disturbance of the mode of the laser beam.

【0061】図13は本発明の第5の実施例に係わる波
長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図である。
なお、図6と同一部分には同一符号を付して、その詳し
い説明は省略する。基本的な構成は第3の実施例と同様
であり、n型InP基板30上に回折格子31が形成さ
れ、この回折格子31上には光ガイド層及び量子井戸構
造部からなる活性領域40が形成されている。活性領域
40は選択結晶成長によって2種類,3領域に分けて構
成され、その境界領域は徐々に厚さが変わる遷移領域と
なっている。さらに、p型InPクラッド層36,In
GaAsコンタクト層37,p型オーミック電極38,
n型オーミック電極39,活性領域分離溝43,誘電体
無反射コート膜45も第3の実施例と同様に形成されて
いる。
FIG. 13 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a fifth embodiment of the present invention.
The same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The basic configuration is the same as that of the third embodiment. A diffraction grating 31 is formed on an n-type InP substrate 30, and an active region 40 including a light guide layer and a quantum well structure is formed on the diffraction grating 31. Is formed. The active region 40 is divided into two types and three regions by selective crystal growth, and the boundary region is a transition region whose thickness gradually changes. Further, the p-type InP cladding layer 36, In
A GaAs contact layer 37, a p-type ohmic electrode 38,
The n-type ohmic electrode 39, the active region separation groove 43, and the dielectric non-reflective coating film 45 are also formed in the same manner as in the third embodiment.

【0062】次に、上記構成の半導体レーザの製造方法
について、図14〜図16を参照して以下に説明する。
図14は選択結晶成長マスクを説明するための平面図で
あって、図13に対応させて示す。図15及び図16は
半導体レーザの製造工程の概略を示すものである。図1
5(a)〜(f)は活性領域軸に垂直な断面図であっ
て、図13に示すi−j断面である。図16(a)〜
(f)は図15(a)〜図4(f)に直交する断面図で
あって、図13の波線円g領域である。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser having the above configuration will be described below with reference to FIGS.
FIG. 14 is a plan view for explaining a selective crystal growth mask, and is shown corresponding to FIG. FIG. 15 and FIG. 16 show the outline of the manufacturing process of the semiconductor laser. FIG.
5 (a) to 5 (f) are cross-sectional views perpendicular to the axis of the active region, and are ij cross-sections shown in FIG. FIG.
(F) is a cross-sectional view orthogonal to FIGS. 15 (a) to 4 (f), and corresponds to a wavy circle g region in FIG.

【0063】まず、図13で示すように、n型InP基
板30の上に1次の回折格子31を2光束干渉露光法に
よって周期240nmとなるよう形成する。回折格子の
溝が活性領域軸に直交するように基板面方位を決まる。
この回折格子31を形成した面が基板主面であり、基板
主面を(100)結晶面とした場合、共振器軸方向は
(0-1-1)方向となる。
First, as shown in FIG. 13, a primary diffraction grating 31 is formed on an n-type InP substrate 30 so as to have a period of 240 nm by a two-beam interference exposure method. The substrate plane orientation is determined so that the grooves of the diffraction grating are orthogonal to the active region axis.
When the surface on which the diffraction grating 31 is formed is the main surface of the substrate and the main surface of the substrate is a (100) crystal plane, the resonator axis direction is the (0-1-1) direction.

【0064】次いで、図14に示すように基板主面にア
モルファスSi膜を500nm,SiO膜を200nm
の厚さに積層してなる選択成長マスク51を、化学的気
相成長(CVD)方法で形成した後、パターン化技術に
よって一対のマスクに整形する。マスクは500nm以
上の厚さにした場合には、後述する約620℃の結晶成
長温度に耐えられるように積層構造とすることが望まし
い。マスクの厚さは活性領域の必要厚さ及び耐熱性によ
って決まり、活性領域の厚さが100nm以下では光ガ
イド効果が少なくなり、1200nm以上では結晶成長
時にマスク割れが生じることとなる。図14において
は、後述の活性領域形成時にマスクの影響を受ける領域
52と、受けない領域53を示した。また、54は遷移
領域である。
Then, as shown in FIG. 14, an amorphous Si film was formed on the main surface of the substrate to a thickness of 500 nm and an SiO film was formed to a thickness of 200 nm.
Is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method and then shaped into a pair of masks by a patterning technique. When the mask has a thickness of 500 nm or more, it is preferable that the mask has a laminated structure so as to withstand a crystal growth temperature of about 620 ° C. which will be described later. The thickness of the mask is determined by the required thickness of the active region and the heat resistance. When the thickness of the active region is 100 nm or less, the light guide effect is reduced, and when the thickness is 1200 nm or more, mask cracks occur during crystal growth. FIG. 14 shows a region 52 affected by a mask when forming an active region described later and a region 53 not affected by the mask. Reference numeral 54 denotes a transition area.

【0065】次いで、マスクを通して活性領域を形成す
る。前記図9に示すように、活性領域はバッファーIn
P層とInPに格子整合したInGaAsP層からなる
光ガイド層32及び多重量子井戸層で構成され、これら
を連続して形成する。多重量子井戸構造はInGaAs
ウエル層33(厚さ4〜12nm),InGaAsPバ
リア層34(厚さ5〜12nm)を交互に3〜10回繰
り返して形成する。この際、異常結晶成長は後述のパタ
ーン化工程において障害となるので避けなければならな
い。そのために、活性領域の厚さを選択成長マスク未満
の厚さに形成することが、マスク上への異常結晶成長を
防止する方策として有効である。また、多層マスク構成
にして上層を下層マスクより大きくすることも有効であ
る。
Next, an active region is formed through a mask. As shown in FIG. 9, the active region is a buffer In.
The light guide layer 32 and the multiple quantum well layer are composed of a P layer and an InGaAsP layer lattice-matched to InP, and are formed continuously. The multiple quantum well structure is InGaAs
The well layer 33 (thickness 4 to 12 nm) and the InGaAsP barrier layer 34 (thickness 5 to 12 nm) are alternately formed 3 to 10 times. At this time, abnormal crystal growth must be avoided because it will hinder the patterning process described later. Therefore, forming the thickness of the active region to be smaller than the selective growth mask is effective as a measure for preventing abnormal crystal growth on the mask. It is also effective to make the upper layer larger than the lower layer mask in a multilayer mask configuration.

【0066】結晶成長方法には有機金属を用いたCVD
法(MOCVD法)を使用し、各層を順次形成した(成
長条件は620℃,150Torr、総ガス流量10 l/mi
n)。活性領域はマスクの近傍で結晶成長速度が速く、
マスクからはなれるに従って遅くなることから、遷移領
域を経て連続的に活性領域の厚さが変化している。同時
に、結晶組成も連続的に変化している。結晶組成はIn
x Ga1-x Asy 1-y 井戸層のx値とy値がマスクの
有無によって局所的に0.02程度変わる。
The crystal growth method is CVD using an organic metal.
Each layer was sequentially formed using the MOCVD method (growth conditions: 620 ° C., 150 Torr, total gas flow: 10 l / mi).
n). The active region has a high crystal growth rate near the mask,
The thickness of the active region changes continuously through the transition region, because the delay becomes slower as the mask is removed. At the same time, the crystal composition is also continuously changing. The crystal composition is In
x and y values of x Ga 1-x As y P 1-y well layer varies locally degree 0.02 by the presence or absence of the mask.

【0067】なお、InGaAsウエル層33を形成す
る際に反応ガス供給量を変える、圧力を変える、成長温
度を変える等の結晶成長条件を操作することによって、
InGaAsウエル層33の組成が変わり、Inx Ga
1-x AsのInAs組成xが0.6程度で0.3〜0.
6%の圧縮歪をマスクに挟まれた領域にだけ強く加えた
歪量子井戸構造を構成することもできる。
When the InGaAs well layer 33 is formed, the crystal growth conditions such as changing the supply amount of the reaction gas, changing the pressure, changing the growth temperature, and the like are manipulated.
The composition of the InGaAs well layer 33 changes, and In x Ga
The InAs composition x of 1-x As is about 0.6 and 0.3 to 0.
A strained quantum well structure in which 6% compressive strain is strongly applied only to a region sandwiched between masks can be formed.

【0068】次に、図15及び図16を参照して実施例
レーザを完成するまでの一連の工程を説明する。これま
での工程を通してできあがった構成を図15(a)及び
図16(a)に示した。図15(a)及び図16(a)
において30はn型InP基板、51は選択成長マス
ク、40は活性領域である。
Next, a series of steps until the laser of the embodiment is completed will be described with reference to FIGS. FIGS. 15A and 16A show the configuration completed through the steps up to this point. FIG. 15 (a) and FIG. 16 (a)
In the figure, 30 is an n-type InP substrate, 51 is a selective growth mask, and 40 is an active region.

【0069】次いで、図15(b)及び図16(b)に
示すように、活性領域40をパターン化技術と臭化水素
混酸によるエッチングによってストライプ状に加工す
る。このストライプは、一対のマスクの間を通すように
0.8〜1.2μm幅に形成する。この際、活性層の厚
さが部分的に異なっていることを利用すれば、自己整合
的に活性層幅の異なるストライプを簡単に形成できる。
ここで、マスクに接して成長した結晶部は厚さ制御性及
び組成制御性がマスクから比較的離れた結晶部に比べて
極めて劣ることから、これを除去して特性劣化を防止す
ることが必要である。
Next, as shown in FIGS. 15B and 16B, the active region 40 is processed into a stripe shape by a patterning technique and etching with a mixed acid of hydrogen bromide. The stripe is formed to have a width of 0.8 to 1.2 μm so as to pass between a pair of masks. At this time, by utilizing the fact that the thicknesses of the active layers are partially different, stripes having different active layer widths can be easily formed in a self-aligned manner.
Here, since the crystal part grown in contact with the mask has extremely poor thickness controllability and composition controllability as compared with the crystal part relatively far from the mask, it is necessary to remove the crystal part and prevent the characteristic deterioration. It is.

【0070】次いで、図15(c)及び図16(c)に
示すように、基板主面に活性層40を囲むように2回目
の結晶成長によってp型InPクラッド層36(厚さ
1.5μm)、InGaAsコンタクト層37(厚さ
0.5μm)をMOCVD方法によって順次形成した
後、パターン化技術によってコンタクト層37を4〜1
0μm幅に加工する。この際、コンタクト層37の両側
にもダミーのコンタクト層ストライプ(図示せず)を形
成しておくと、後述の横方向エッチングを完全に阻止す
ることができる。
Next, as shown in FIGS. 15C and 16C, a p-type InP cladding layer 36 (1.5 μm thick) is formed on the main surface of the substrate by a second crystal growth so as to surround the active layer 40. ), An InGaAs contact layer 37 (thickness 0.5 μm) is sequentially formed by the MOCVD method, and then the contact layer 37 is formed by a patterning technique.
Process to a width of 0 μm. At this time, if dummy contact layer stripes (not shown) are formed on both sides of the contact layer 37, lateral etching described later can be completely prevented.

【0071】次いで、以上のように作製した基板に対
し、図15(d)及び図16(d)に示すように、Si
O絶縁膜55を選択的に形成すると共にAuZnオーミ
ック電極56をリフトオフ加工によって形成する。Si
O絶縁膜55は常圧CVD方法によって厚さ700nm
に形成した後パターン化した。AuZnオーミック電極
56は真空蒸着方法によって形成した。
Next, as shown in FIG. 15D and FIG.
The O insulating film 55 is selectively formed, and the AuZn ohmic electrode 56 is formed by lift-off processing. Si
The O insulating film 55 has a thickness of 700 nm by a normal pressure CVD method.
And then patterned. The AuZn ohmic electrode 56 was formed by a vacuum evaporation method.

【0072】次いで、図15(e)及び図16(e)に
示すように、基板上にTiPtAu電極57を選択的に
形成し、これをマスクとしてSiO膜55をパターニン
グする。TiPtAu電極57の幅はコンタクト層37
の幅より6μm程度広く形成する。この工程によって、
p型InPクラッド層36及びInGaAsコンタクト
層37が部分的に露出することとなる。
Next, as shown in FIGS. 15E and 16E, a TiPtAu electrode 57 is selectively formed on the substrate, and the SiOP film 55 is patterned using the TiPtAu electrode 57 as a mask. The width of the TiPtAu electrode 57 is the same as that of the contact layer 37.
Is formed to be about 6 μm wider than the width. By this process,
The p-type InP cladding layer 36 and the InGaAs contact layer 37 are partially exposed.

【0073】次いで、図15(f)に示すように、Si
O膜55をエッチングマスクとして塩酸混液でp型In
Pクラッド層36を選択的にエッチング除去して、共振
器軸に沿ったいわゆる素子分離を行う。この際、p型I
nPクラッド層36の横方向侵食はInGaAsコンタ
クト層37まで到達させてはならない。それは、後述の
分割溝を形成する工程でInGaAsコンタクト層37
がエッチングされるのを防止するためである。なお、図
16(e)に示すように、露出しているInGaAsコ
ンタクト層37はエッチングされないで、InPクラッ
ド層36のマスクとして働く。
Next, as shown in FIG.
Using the O film 55 as an etching mask, p-type In
The P-cladding layer 36 is selectively removed by etching to perform so-called element isolation along the resonator axis. At this time, the p-type I
Lateral erosion of the nP cladding layer 36 must not reach the InGaAs contact layer 37. This is because the InGaAs contact layer 37 is formed in a step of forming a dividing groove described later.
This is for preventing the etching of. In addition, as shown in FIG. 16E, the exposed InGaAs contact layer 37 is not etched, and functions as a mask of the InP clad layer 36.

【0074】次いで、図16(f)に示すように、Si
O膜55をエッチングマスクとしてInGaAsコンタ
クト層37を硫酸混液でエッチング除去し、このInG
aAsコンタクト層37をマスクとして分割溝が任意の
深さになるように制御しながらp型InPクラッド層3
6をエッチングすることによって、活性領域分割溝43
を形成する。この際、エッチングによって形成した溝4
3の共振器方向側壁面43aと溝底面とのなす角度が鈍
角となる。これは、前述の結晶面方位指定によって達成
されたものである。また、InGaAsコンタクト層3
7によってp型InPクラッド層36の横方向侵食が阻
止されることから、分割溝幅の寸法制御性は良い。
Next, as shown in FIG.
Using the O film 55 as an etching mask, the InGaAs contact layer 37 is removed by etching with a mixed solution of sulfuric acid.
Using the aAs contact layer 37 as a mask, the p-type InP cladding layer 3 is controlled while controlling the division groove to an arbitrary depth.
6 is etched to form the active region dividing groove 43.
To form At this time, the groove 4 formed by etching
The angle formed between the cavity direction side wall surface 43a and the groove bottom surface is an obtuse angle. This is achieved by the above-described designation of the crystal plane orientation. Further, the InGaAs contact layer 3
7, the lateral erosion of the p-type InP cladding layer 36 is prevented, so that the dimensional control of the width of the dividing groove is good.

【0075】なお、p型InPクラッド層36をエッチ
ングすると同時に素子分離で形成されたメサはさらに横
方向にエッチングされるが、InGaAsコンタクト層
37でエッチングが阻止されてInGaAsコンタクト
層37の幅に制御されたストライプメサが形成できる
(図16(f)参照)。
While the p-type InP cladding layer 36 is etched and the mesas formed by element isolation are further etched in the lateral direction, the etching is stopped by the InGaAs contact layer 37 and the width of the InGaAs contact layer 37 is controlled. A striped mesa can be formed (see FIG. 16F).

【0076】このように構成したレーザウエハ基板の裏
面には、TiPtAu電極57形成時に合わせて設けた
AuGeオーミック電極39が真空蒸着方法によって形
成されており、へき開によって形成したレーザ端面には
無反射コート膜45をCVD方法によって形成して半導
体レーザを完成する。
An AuGe ohmic electrode 39 provided at the time of forming the TiPtAu electrode 57 is formed on the back surface of the laser wafer substrate thus formed by a vacuum deposition method. 45 is formed by a CVD method to complete a semiconductor laser.

【0077】以上のように作製した半導体レーザの両端
の電極に与える電流値を等しくした状態で中央の電極と
の割合を変化させながらレーザ発振させたところ、しき
いキャリア密度の大きな変化に起因にして、波長可変量
が従来のDFBレーザに比べて10倍以上の8〜12n
mという優れた特性が得られた。また、スペクトル線幅
は波長チューニング時においても0、8MHz以下であ
り、従来の通常の DFBレーザ装置に比べて優れた特性を
有していた。
When the laser oscillation was performed while changing the ratio to the center electrode with the current values applied to the electrodes at both ends of the semiconductor laser manufactured as described above being large, the threshold carrier density was largely changed. Therefore, the wavelength tunable amount is 8 to 12n, which is 10 times or more that of the conventional DFB laser.
m was obtained. In addition, the spectral line width was 0,8 MHz or less even at the time of wavelength tuning, and had excellent characteristics as compared with a conventional ordinary DFB laser device.

【0078】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、図17に示すように、選択結
晶成長マスク56,57を2対設けて活性領域を成長形
成したのち、エッチングマスクを用いて活性領域をパタ
ーニングすれば、活性層厚み(量子井戸幅及び障壁幅)
と共に活性層幅58を変えることが可能である。この場
合、上述の活性層厚み,結晶組成,結晶歪,等の作用に
加えて活性層幅の作用を同時に与えることができ、これ
らの相乗効果によってさらに特性の優れた半導体レーザ
装置を構成することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, as shown in FIG. 17, after two pairs of selective crystal growth masks 56 and 57 are provided to grow and form an active region, the active region is patterned by using an etching mask to obtain the active layer thickness (quantum well width and barrier). width)
At the same time, the width 58 of the active layer can be changed. In this case, in addition to the above-mentioned effects of the active layer thickness, crystal composition, crystal distortion, etc., the effect of the active layer width can be given simultaneously, and a semiconductor laser device having further excellent characteristics is constituted by a synergistic effect of these. Can be.

【0079】また、結晶組成と共に活性領域のキャリア
濃度も、選択結晶成長マスクの有無によって変化する。
例えば、不純物としてZn,Sを添加した場合には顕著
にその効果が現れる。即ち、常気圧の高い元素は狭いマ
スクの間に付着する確率が低く、キャリア濃度が局所的
に低下する。逆に、Siを添加した場合には局所的に高
くなる。この作用と上述の活性領域の構造作用,組成作
用,歪作用等を適合させることによっても特性の向上が
認められる。
Further, the carrier concentration in the active region together with the crystal composition changes depending on the presence or absence of the selective crystal growth mask.
For example, when Zn and S are added as impurities, the effect is remarkably exhibited. That is, an element having a high atmospheric pressure has a low probability of adhering to a space between narrow masks, and the carrier concentration is locally reduced. Conversely, when Si is added, it locally increases. By matching this action with the above-mentioned structure action, composition action, strain action and the like of the active region, an improvement in the characteristics can be recognized.

【0080】次に、本発明の第6乃至第8の実施例につ
いて説明する。
Next, sixth to eighth embodiments of the present invention will be described.

【0081】本実施例は、例えば量子井戸が量子井戸箱
であって単位体積あたりの該量子井戸箱の数が異なる複
数の領域を同一共振器内に形成し、これらの領域に対応
して複数の電極を設けることによって、量子井戸の密度
の異なる複数の領域に独立に電流を注入できるようにし
た半導体レーザである。
In this embodiment, for example, a plurality of regions in which the quantum well is a quantum well box and the number of the quantum well boxes per unit volume is different are formed in the same resonator, and a plurality of regions are formed corresponding to these regions. Is a semiconductor laser in which a current can be independently injected into a plurality of regions having different quantum well densities by providing the electrodes.

【0082】本実施例によれば、共振器方向に形成され
た量子井戸の密度の異なる複数の領域においては、キャ
リア密度−利得特性がそれぞれ異なる。そのため、発振
に必要なキャリア密度のしきい値を変化させる事がで
き、その変化の大きさは量子井戸の密度の差によって決
まるので従来よりも大きく変化させることができる。そ
の結果として、発振波長の可変幅を大きくすることが可
能となる。
According to the present embodiment, carrier density-gain characteristics are different in a plurality of regions having different densities of quantum wells formed in the resonator direction. Therefore, the threshold value of the carrier density required for the oscillation can be changed, and the magnitude of the change is determined by the difference in the density of the quantum well, so that it can be changed more than in the conventional case. As a result, the variable width of the oscillation wavelength can be increased.

【0083】図18は、本発明の第6の実施例に係わる
波長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図であ
り、この実施例では単位厚さ当たりの量子井戸薄膜の数
を変えている。図中60はn型InP基板であり、この
基板60上に周期240nmの1次の回折格子61が形
成されている。回折格子61上には1.3μm組成のI
nGaAsP光導波層(厚さ50nm)62、及び共振
器方向に7層,15層,7層のInGaAs量子井戸薄膜
(厚さ8nm)と1.3μm組成のInGaAsPバリ
ア層(厚さ150nm,70nm,150nm)からな
る幅1μmのストライプ状の量子井戸活性層63a,6
3b,63cが形成されている。
FIG. 18 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the number of quantum well thin films per unit thickness is changed. . In the figure, reference numeral 60 denotes an n-type InP substrate, on which a first-order diffraction grating 61 having a period of 240 nm is formed. A 1.3 μm composition of I
An nGaAsP optical waveguide layer (thickness: 50 nm) 62, seven, fifteen, and seven InGaAs quantum well thin films (thickness: 8 nm) in the resonator direction and an InGaAsP barrier layer (thickness: 150 nm, 70 nm, thickness: 1.3 μm) 150 nm) and 1 μm-wide stripe-shaped quantum well active layers 63 a and 63.
3b and 63c are formed.

【0084】活性層63a,63b,63cを埋め込む
ようにp型InPクラッド層(厚さ2μm)66が形成
され、その上には活性層63a,63b,63cに対応
してp型InGaAsPコンタクト層(厚さ0.5μ
m)67a,67b,67cが形成されている。そし
て、コンタクト層67a,67b,67c上にp側電極
68a,68b,68cが設けられ、基板60の下面に
n側電極69が設けられている。
A p-type InP cladding layer (thickness: 2 μm) 66 is formed so as to bury the active layers 63a, 63b, 63c, and a p-type InGaAsP contact layer (corresponding to the active layers 63a, 63b, 63c) is formed thereon. 0.5μ thickness
m) 67a, 67b, 67c are formed. The p-side electrodes 68a, 68b, 68c are provided on the contact layers 67a, 67b, 67c, and the n-side electrode 69 is provided on the lower surface of the substrate 60.

【0085】このような半導体レーザに、電極68a,
68b,68cから合計が100mAとなるように電流を
注入し、電極68aと電極68cから注入する電流を等
しくして、電極68bから注入する電流を10mAから
90mAまで変化させた。すると、発振に必要なキャリ
ア密度のしきい値は大きく変化し、その結果として発振
波長は18nm変化した。この波長可変量は、従来のD
FBレーザの波長可変量6nmと比べ3倍の波長可変幅
という優れた特性である。また、波長可変時のスペクト
ル線幅は、700kHz以下と従来のDFBレーザより
も優れた特性を示した。さらに、発振に必要な電流のし
きい値を小さくできたので、100mAの電流注入に対
する光出力は20mWとなり、従来の波長可変の半導体
レーザの10mWから倍増した。
[0086] Such a semiconductor laser is provided with electrodes 68a,
Currents were injected from 68b and 68c so that the total would be 100 mA, the currents injected from electrodes 68a and 68c were made equal, and the current injected from electrodes 68b was changed from 10 mA to 90 mA. Then, the threshold value of the carrier density required for the oscillation greatly changed, and as a result, the oscillation wavelength changed by 18 nm. This tunable amount is equal to the conventional D
This is an excellent characteristic that the wavelength variable width is three times as large as the wavelength variable amount of the FB laser of 6 nm. In addition, the spectral line width at the time of variable wavelength was 700 kHz or less, which was superior to that of the conventional DFB laser. Furthermore, since the threshold value of the current required for oscillation could be reduced, the optical output for a current injection of 100 mA was 20 mW, which was doubled from 10 mW of the conventional tunable semiconductor laser.

【0086】図19は、本発明の第7の実施例に係わる
波長可変型DFBレーザの要部構成を示すもので、単位
断面当りの量子井戸細線の数を変えた量子井戸活性層の
斜視図である。この実施例と先に説明した第6の実施例
との相違点は、量子井戸薄膜活性層63a,63b,6
3cの代わりに、図19(a)に示すように量子井戸細
線活性層71a,71b,71cを用い、この量子井戸
細線の密度を共振器方向に粗密粗と変化させたことにあ
る。また、量子井戸細線の方向を変えて、図19(b)
に示すように量子井戸細線活性層72a,72b,72
c、又は図19(c)に示すように量子井戸細線活性層
73a,73b,73cのようにしてもよい。
FIG. 19 is a perspective view of a main part of a tunable DFB laser according to a seventh embodiment of the present invention, in which the number of quantum well thin wires per unit cross section is changed. It is. The difference between this embodiment and the previously described sixth embodiment is that the quantum well thin film active layers 63a, 63b, 6
Instead of 3c, as shown in FIG. 19 (a), quantum well thin wire active layers 71a, 71b, 71c are used, and the density of the quantum well thin wire is changed from coarse to fine in the resonator direction. Further, by changing the direction of the quantum well thin wire, FIG.
As shown in the figure, the quantum well fine wire active layers 72a, 72b, 72
c, or as shown in FIG. 19 (c), quantum well fine wire active layers 73a, 73b, 73c.

【0087】第7の実施例における半導体レーザに、第
6の実施例と同様に注入電流を変化させたところ、波長
可変量として20nmという優れた特性が得られ、この
時のスペクトル線幅も500kHz以下であった。
When the injection current was changed in the semiconductor laser of the seventh embodiment in the same manner as in the sixth embodiment, an excellent characteristic of a wavelength variable amount of 20 nm was obtained, and the spectral line width at this time was also 500 kHz. It was below.

【0088】図20は、本発明の第8の実施例に係わる
波長可変型DFBレーザの要部構成を示すもので、単位
体積当りの量子井戸箱の数を変えた量子井戸活性層の斜
視図である。この実施例と先に説明した第6の実施例と
の相違点は、量子井戸薄膜活性層63a,63b,63
cの代わりに、量子井戸箱活性層74a,74b,74
cを用い、この量子井戸箱の密度を共振器方向に粗密粗
と変化させたことにある。
FIG. 20 is a perspective view of a quantum well active layer in which the number of quantum well boxes per unit volume is changed, showing a main part of a tunable DFB laser according to an eighth embodiment of the present invention. It is. The difference between this embodiment and the previously described sixth embodiment is that the quantum well thin film active layers 63a, 63b, 63
Instead of c, the quantum well box active layers 74a, 74b, 74
Using c, the density of the quantum well box was changed from coarse to fine in the resonator direction.

【0089】第8の実施例における半導体レーザに、第
6の実施例と同様に注入電流を変化させたところ、波長
可変量として30nmという優れた特性が得られ、この
時のスペクトル線幅も300kHz以下であった。
When the injection current was changed in the semiconductor laser according to the eighth embodiment in the same manner as in the sixth embodiment, an excellent characteristic of a wavelength variable amount of 30 nm was obtained, and the spectral line width at this time was also 300 kHz. It was below.

【0090】次に、本発明の第9及び第10の実施例に
ついて説明する。
Next, ninth and tenth embodiments of the present invention will be described.

【0091】本実施例は、活性層に接する半導体層のド
ーピング状態を活性領域毎に変えたものであり、活性層
に接する半導体層から活性層への不純物拡散の結果とし
て、活性層のドーピング状態を活性領域毎に異ならせて
いる。
In this embodiment, the doping state of the semiconductor layer in contact with the active layer is changed for each active region, and as a result of impurity diffusion from the semiconductor layer in contact with the active layer to the active layer, the doping state of the active layer is changed. Are different for each active region.

【0092】具体的な製造方法としては、半導体基板上
に活性層を形成する工程と、この活性層に接して設けら
れた活性層よりも禁制帯幅の広い半導体層の所定領域に
他の部分と異なるドーピング領域を形成する工程と、回
折格子を形成する工程と、活性層への不純物拡散工程
と、所定領域とその他の領域とに対応して複数の電極を
形成する工程とを含むものである。
As a specific manufacturing method, a step of forming an active layer on a semiconductor substrate and a step of forming another part in a predetermined region of the semiconductor layer having a wider forbidden band than the active layer provided in contact with the active layer. Forming a different doping region, forming a diffraction grating, diffusing impurities into the active layer, and forming a plurality of electrodes corresponding to the predetermined region and other regions.

【0093】また、半導体基板上に活性層を形成する工
程と、その上に活性層よりも禁制帯幅の広い半導体層を
形成する工程と、その活性層よりも禁制帯幅の広い半導
体層の所定領域をエッチングする工程と、回折格子を形
成する工程と、活性層への不純物拡散工程と、所定領域
とその他の領域とに対応して複数の電極を形成する工程
とを含むものである。
Also, a step of forming an active layer on a semiconductor substrate, a step of forming a semiconductor layer having a wider band gap than the active layer, and a step of forming a semiconductor layer having a wider band gap than the active layer The method includes a step of etching a predetermined area, a step of forming a diffraction grating, a step of diffusing impurities into an active layer, and a step of forming a plurality of electrodes corresponding to the predetermined area and other areas.

【0094】ここで、各工程の順序は上記の順序に限定
されるものではない。また、活性層への不純物拡散工程
は独立した工程である必要はなく、例えばオーバーグロ
ース工程で同時に拡散が起こるような場合も含むものと
する。
Here, the order of each step is not limited to the above order. Further, the step of diffusing impurities into the active layer does not need to be an independent step, and includes, for example, a case where diffusion occurs simultaneously in an overgrowth step.

【0095】本実施例によれば、活性層にドーピングさ
れる不純物密度を、共振器方向に形成された複数の活性
領域毎に変えることができる。一般に、活性領域の微分
利得は伝導帯と価電子帯の非対称性のため、アクセプタ
・ドーピングにより大きくなり、ドナー・ドーピングに
より小さくなる。即ち本実施例によれば、容易に活性領
域の注入キャリア対利得特性を活性領域毎に変えること
ができるわけである。そして、複数の電極により、各活
性領域に注入される電流、つまり利得は独立に制御する
ことができる。
According to the present embodiment, the density of impurities doped into the active layer can be changed for each of a plurality of active regions formed in the resonator direction. In general, the differential gain of the active region increases due to acceptor doping and decreases due to donor doping due to asymmetry between the conduction band and the valence band. That is, according to the present embodiment, the injected carrier-gain characteristics of the active region can be easily changed for each active region. The current injected into each active region, that is, the gain, can be independently controlled by the plurality of electrodes.

【0096】図21中に (1),(2) に示すように、それ
ぞれの活性領域が固有の注入キャリア対利得特性を有し
ているので、発振に必要な利得を得るための各電極から
流す電流の割合を変えることにより、平均の発振しきい
キャリア密度を大きく変えることができる。発振波長は
回折格子の周期と等価屈折率の積に比例し、等価屈折率
はキャリア密度が高いほど小さくなるから、平均のキャ
リア密度の変化により大きく波長を変化させることがで
きる。
As shown by (1) and (2) in FIG. 21, since each active region has a unique injection carrier-gain characteristic, each active region has a characteristic required for obtaining a gain necessary for oscillation. By changing the ratio of the flowing current, the average oscillation threshold carrier density can be largely changed. The oscillation wavelength is proportional to the product of the period of the diffraction grating and the equivalent refractive index. The higher the carrier density, the smaller the equivalent refractive index. Therefore, the wavelength can be largely changed by changing the average carrier density.

【0097】図22は、本発明の第9の実施例に係わる
波長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図であ
る。図中80はn型InP基板であり、このInP基板
80上に一次のλ/4位相シフト回折格子81が形成さ
れ、この回折格子81上には、InPに格子整合し波長
1.15μm組成,厚さ70nmのInGaAsP光導
波層82、InPに格子整合し波長1.55μm組成,
厚さ100nmのInGaAsP活性層83が形成され
ている。
FIG. 22 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a ninth embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 80 denotes an n-type InP substrate. A primary λ / 4 phase shift diffraction grating 81 is formed on the InP substrate 80. A 70 nm-thick InGaAsP optical waveguide layer 82 is lattice-matched to InP and has a composition of 1.55 μm wavelength.
An InGaAsP active layer 83 having a thickness of 100 nm is formed.

【0098】活性層83上の中央の所定領域912
は、厚さ10nmのInPエッチングストップ層84と
InPに格子整合し波長1.3μm組成,厚さ50nm
のInGaAsP拡散ストップ層85が形成されてい
る。そして、拡散ストップ層85の上及び活性層83の
両端の領域911 ,913 には、p型InPクラッド層
86,p型InGaAsコンタクト層87が形成されて
いる。p型ドーパントはZnであり、エッチングストッ
プ層84のZn濃度は1017cm-3以下、p型クラッド
層86のZn濃度は1×1018cm-3である。コンタク
ト層87の上には各領域に対応してp側電極881 ,8
2 ,883 が、基板80の下面全面にはn側電極89
が設けられている。
[0098] At the center of the predetermined region 91 2 on the active layer 83, lattice-matched wavelength 1.3μm composition and the InP etching stop layer 84 having a thickness of 10 nm InP, thickness 50nm
InGaAsP diffusion stop layer 85 is formed. And, in the area 91 1, 91 3 at both ends of the upper and the active layer 83 of the diffusion stop layer 85, p-type InP cladding layer 86, p-type InGaAs contact layer 87 are formed. The p-type dopant is Zn, the Zn concentration of the etching stop layer 84 is 10 17 cm −3 or less, and the Zn concentration of the p-type cladding layer 86 is 1 × 10 18 cm −3 . On the contact layer 87, p-side electrodes 88 1 , 8 corresponding to the respective regions are formed.
8 2, 88 3, n-side electrode 89 on the entire lower surface of the substrate 80
Is provided.

【0099】また、各領域の間には、絶縁分離のために
半絶縁性InP層92が形成されている。各領域91の
長さはそれぞれ約400μm、レーザの共振器長は1.
2mmで、分離領域22の長さは5μmである。回折格
子81の位相シフト93は中央部に設けられている。ま
た、両端面には反射率1%以下の無反射コーティング膜
95が形成されている。この半導体レーザは中央の電極
882と両端の電極881 ,883 に独立に電流を流せ
るように、パッケージ(図では省略)に実装されてい
る。
Further, a semi-insulating InP layer 92 is formed between the respective regions for insulation separation. The length of each region 91 is about 400 μm, and the laser cavity length is 1.
At 2 mm, the length of the separation region 22 is 5 μm. The phase shift 93 of the diffraction grating 81 is provided at the center. An antireflection coating film 95 having a reflectance of 1% or less is formed on both end surfaces. This semiconductor laser is arranged to supply a current independently to the central electrode 88 2 and the electrode 88 1 of the two ends, 88 3 are mounted on a package (not shown in the Figure).

【0100】次に、上記構成の半導体レーザの製造方法
について、図23を参照して説明する。まず、図23
(a)に示すように、n型InP基板80の上に一次の
周期約240nmの回折格子81を形成する。このと
き、レーザの中央になる部分にλ/4位相シフト領域9
3を形成する。続いて、この回折格子81を平坦に埋込
むように、InPに格子整合し波長1.15μm組成,
厚さ70nmのアンドープInGaAsP光導波層82
を成長し、さらにInPに格子整合し波長 1.55μm組
成,厚さ100nmのアンドープInGaAsP活性層
83、厚さ10nmのアンドープInPエッチングスト
ップ層84、及びInPに格子整合し波長1.3μm組
成,厚さ50nmのアンドープInGaAsP拡散スト
ップ層85を成長する。この例では、減圧有機金属気相
成長(LP−MOCVD)法により成長を行ったが、他
の成長方法でもかまわない。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser having the above configuration will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in (a), a diffraction grating 81 having a primary period of about 240 nm is formed on an n-type InP substrate 80. At this time, the λ / 4 phase shift region 9 is located
Form 3 Subsequently, the diffraction grating 81 is lattice-matched to InP so as to be buried flat, and has a composition of wavelength 1.15 μm.
70 nm thick undoped InGaAsP optical waveguide layer 82
Is grown and then lattice-matched to InP and has an undoped InGaAsP active layer 83 with a wavelength of 1.55 μm and a thickness of 100 nm, an undoped InP etching stop layer 84 with a thickness of 10 nm, and a lattice-matched with InP and a wavelength and a composition of 1.3 μm A 50 nm undoped InGaAsP diffusion stop layer 85 is grown. In this example, the growth was performed by the reduced pressure metal organic chemical vapor deposition (LP-MOCVD) method, but another growth method may be used.

【0101】次いで、図23(b)に示すように、全面
にCVD法によりSiO2 膜96を形成し、レーザの中
央部の長さ400μmの領域212 の上に通常のPEP
によりレジストマスク97を形成する。そして、両端に
なる領域911 ,913 の部分のSiO2 膜96をフッ
化アンモニウム溶液で除去し、続いて拡散ストップ層8
5を、硫酸:過酸化水素:水=1:1:20(室温)の
エッチャントで除去する。このエッチャントはInPに
対するエッチレートが低いため、エッチングストップ層
84の上でエッチングを停止させることができる。この
後、必要に応じてエッチングストップ層84を除去す
る。
[0102] Then, as shown in FIG. 23 (b), the SiO 2 film 96 is formed by CVD on the entire surface, the normal on the region 21 2 of length 400μm at the center portion of the laser PEP
To form a resist mask 97. Then, the SiO 2 film 96 in the portion of the region 91 1, 91 3 formed at both ends was removed with ammonium fluoride solution, followed by diffusion stop layer 8
5 is removed with an etchant of sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 20 (room temperature). Since this etchant has a low etch rate with respect to InP, the etching can be stopped on the etching stop layer 84. Thereafter, the etching stop layer 84 is removed as needed.

【0102】次いで、中央部912 に残ったSiO2
を除去した後、図23(c)に示すように、その上にZ
n濃度1×1018cm-3,厚さ1.5μmのp型InP
クラッド層86、Zn濃度5×1018cm-3,厚さ0.
7μmのp型InGaAsコンタクト層87をLP−M
OCVDに法より形成する。成長温度は620℃であ
る。このとき、クラッド層86から下の層にZnの拡散
が起こる。しかし、ZnがInGaAsP層を拡散する
速度はInP層を拡散する速度よりも遅いので、レーザ
中央部の領域912 ではZnの拡散は拡散ストップ層8
5で阻止され、アンド−プInPエッチングストップ層
84及び活性層83のアクセプタ濃度は1017cm-3
下に止まる。一方、拡散ストップ層85のない両端部で
は、p型クラッド層86から活性層83に5×1017
-3程度のZnアクセプタが拡散され、ドープされる。
[0102] Next, after removing the SiO 2 film remaining in the central portion 91 2, as shown in FIG. 23 (c), Z thereon
p-type InP with n concentration of 1 × 10 18 cm −3 and thickness of 1.5 μm
Cladding layer 86, Zn concentration 5 × 10 18 cm −3 , thickness 0.
The 7 μm p-type InGaAs contact layer 87 is formed by LP-M
It is formed by OCVD. The growth temperature is 620 ° C. At this time, diffusion of Zn occurs from the cladding layer 86 to a layer below. However, since the rate at which Zn is diffused an InGaAsP layer is slower than the rate of diffusion of the InP layer, the diffusion region 91 2, Zn laser central diffusion stop layer 8
5 and the acceptor concentration of the undoped InP etching stop layer 84 and the active layer 83 remains at 10 17 cm −3 or less. On the other hand, at both ends where there is no diffusion stop layer 85, 5 × 10 17 c
About m −3 Zn acceptors are diffused and doped.

【0103】この後、図には無いが、活性領域がストラ
イプ状になるように横方向の閉じ込め構造を形成する。
ここでは、活性領域の両側に活性層より深い溝を形成
し、その中をMOCVD法によりFeドープの半絶縁性
InPで埋込んだ構造を用いたが、本発明は横方向閉じ
込め構造の種類に関係なく適用可能である。
Thereafter, although not shown, a lateral confinement structure is formed so that the active region has a stripe shape.
Here, a structure in which trenches deeper than the active layer are formed on both sides of the active region and the inside thereof is buried with Fe-doped semi-insulating InP by MOCVD is used. Applicable regardless.

【0104】次いで、図23(d)に示すように、Si
2 膜(図示せず)をマスクとして各領域の境界部長さ
5μmの領域に分離溝を形成し、その内部にMOCVD
法によりFeドープの半絶縁性InP分離領域92を選
択成長する。その後、各領域のコンタクト層87上にp
側電極88を、厚さ80μmに研磨した裏面全体にn側
電極89をそれぞれ形成した後、長さ1.2mmのチッ
プにへき開し、SiNx 無反射コート膜95を両端面に
形成、モジュールにマウント、ボンディング、実装する
ことにより、前記図22に示すような構造が得られる。
Next, as shown in FIG.
Using an O 2 film (not shown) as a mask, an isolation groove is formed in a region having a boundary length of 5 μm between each region, and MOCVD is formed therein.
An Fe-doped semi-insulating InP isolation region 92 is selectively grown by the method. Thereafter, p is formed on the contact layer 87 in each region.
After forming the n-side electrode 89 on the entire back surface polished to a thickness of 80 μm, the side electrode 88 is cleaved into a chip having a length of 1.2 mm, and a SiN x anti-reflection coating film 95 is formed on both end surfaces to form a module. By mounting, bonding, and mounting, a structure as shown in FIG. 22 is obtained.

【0105】このようにして作製された半導体レーザ
は、中央部912 の活性層のZn濃度が両端部911
913 の活性層のZn濃度よりも低くなっている。この
結果、両端部911 ,913 と中央部912 の注入キャ
リア対利得特性は、それぞれ前記図21中の (1),(2)
に示すようになる。今、最初の発振状態で動作点が図2
1でA1,A2の点にあるものとする。ここで、出力パ
ワーが一定になるように合計電流を調整しながら、両端
部911 ,913の電流を増やし、中央部912 の電流
を減らすものとする。両端部911 ,913 は中央部9
2 よりも微分利得が大きいので、両端部で増やした注
入キャリアと比べて中央部で減らした注入キャリアの方
が大きい。その結果、動作点はB1,B2に移動し、最
初の状態と同一の光出力を保ちながら、全体の実効的な
キャリア密度を最初の状態より小さくできることにな
る。
[0105] Semiconductor lasers fabricated in this way, both end portions 91 1 Zn concentration in the active layer of the central portion 91 2,
It is lower than the Zn concentration of 91 3 of the active layer. As a result, both end portions 91 1, 91 3 and the injection carrier vs. gain characteristic of the central portion 91 2, respectively in FIG. 21 (1), (2)
It becomes as shown in. Now, in the first oscillation state, the operating point is
It is assumed that 1 is at points A1 and A2. Here, while adjusting the total current so that the output power is constant, increasing the current in the both end portions 91 1, 91 3, it is assumed to reduce the current in the central portion 91 2. Both ends 91 1 and 91 3 are in the center 9
Since the differential gain than 1 2 is large, the larger injected carriers reduced in the central portion as compared to the injection carriers increased at both ends. As a result, the operating point moves to B1 and B2, and the overall effective carrier density can be made smaller than the initial state while maintaining the same optical output as the initial state.

【0106】従って、全体の等価屈折率が大きくなり、
発振波長は最初の状態よりも長くなる。このとき、ブラ
ック波長そのものがモード配置といっしょに変化するの
で、モードジャンプや発振スペクトル線幅の広がり無し
に、100オングストローム程度の広い波長範囲を可変
できる。
Therefore, the overall equivalent refractive index increases,
The oscillation wavelength is longer than in the initial state. At this time, since the black wavelength itself changes together with the mode arrangement, a wide wavelength range of about 100 angstroms can be varied without mode jump or broadening of the oscillation spectrum line width.

【0107】この例では、InPエッチングストップ層
84及びInGaAsP拡散ストップ層85はアンドー
プとしたが、これらのうち少なくとも一方をnドープに
し、中央部912 の活性層をオーバーグロース時の拡散
でn型にすることも可能である。n型活性層は微分利得
が低いので、さらに両端部911 ,913 との微分利得
の差を大きくできる。この場合、InGaAsP層85
は拡散ストップ層ではなく、固相拡散層として働く。さ
らに、InPエッチングストップ層84とInGaAs
P層85の少なくとも一方にn型ドーピングを行い、ク
ラッド層86の成長開始時にドーピングを行わないこと
で、逆に中央部912 のみを高ドープn型にし、両端部
911 ,913 の活性層をアンドープないし低ドープに
保つことも考えられる。また、中央部912 と両端部9
1 ,913 の関係を逆転させ、両端部のみ911 ,9
3 にInGaAsP層85を残すことも可能である。
[0107] In this example, InP etching stop layer 84 and the InGaAsP diffusion stop layer 85 was undoped, at least one of them to n-doped, n-type active layer of the central portion 91 2 in diffusion during overgrowth It is also possible to Since the n-type active layer has a low differential gain, the difference between the differential gains at both ends 91 1 and 91 3 can be further increased. In this case, the InGaAsP layer 85
Works not as a diffusion stop layer but as a solid phase diffusion layer. Further, the InP etching stop layer 84 and the InGaAs
Perform at least one of the n-type doping of the P layer 85, by not performing the doping during the growth initiation of the cladding layer 86, and only the central portion 91 2 in the highly doped n-type Conversely, both end portions 91 1, 91 3 active It is also conceivable to keep the layer undoped or lightly doped. The central portion 91 2 and the end portions 9
1 1, 91 to reverse the 3 relationship, only the both end portions 91 1, 9
1 3 It is also possible to leave the InGaAsP layer 85.

【0108】InPエッチングストップ層84は必須な
ものではなく、拡散ストップ層85と活性層83が直接
接していてもよい。InGaAsP拡散ストップ層85
の両端部911 ,913 は完全に除去されている必要は
なく、例えばエッチングにより薄くするだけでも拡散ス
トップ層としての働きを抑制できる。いずれの場合にお
いても、隣接する領域91のドーピング状態が変化し、
活性層83の微分利得が変化する。
The InP etching stop layer 84 is not essential, and the diffusion stop layer 85 and the active layer 83 may be in direct contact. InGaAsP diffusion stop layer 85
It is not necessary to completely remove both end portions 91 1 and 91 3. For example, even if the thickness is reduced by etching, the function as a diffusion stop layer can be suppressed. In any case, the doping state of the adjacent region 91 changes,
The differential gain of the active layer 83 changes.

【0109】図24は、本発明の第10の実施例に係わ
る波長可変型DFBレーザの製造工程を示す図である。
なお、図22と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明は省略する。まず、図24(a)に示すよう
に、n型InP基板80の上に薄いアンドープInP層
101を成長し、SiO2 膜102を形成後、レーザ中
央部912 のSiO2 膜102を除去し、このSiO2
膜102をマスクにして中央部912 のInP層101
の領域103にn型のドーパントであるSiをPH3
囲気化での気相拡散によりドーピングする。次いで、S
iO2 膜102を剥離し、表面を少しエッチングして平
坦かつダメージの小さな表面を出した後に、回折格子8
1を形成する。
FIG. 24 is a view showing a process of manufacturing a tunable DFB laser according to the tenth embodiment of the present invention.
The same parts as those in FIG. 22 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. First, as shown in FIG. 24 (a), and growing a thin undoped InP layer 101 on an n-type InP substrate 80, after forming the SiO 2 film 102, to remove the SiO 2 film 102 of the laser central portion 91 2 , This SiO 2
Central portion 91 2 of the InP layer to the film 102 as a mask 101
Region 103 is doped with n-type dopant Si by vapor phase diffusion in a PH 3 atmosphere. Then, S
After peeling off the iO 2 film 102 and slightly etching the surface to expose a flat and less damaged surface, the diffraction grating 8
Form one.

【0110】そして、図24(b)に示すように、回折
格子81を平坦に埋込む如くInPに格子整合し波長
1.15μm組成,厚さ70nmのアンドープInGa
AsP光導波層82を成長し、その上にInPに格子整
合し波長1.55μm組成,厚さ100nmのアンドー
プInGaAsP活性層83、InPに格子整合し波長
1.3μm組成,厚さ30nmのアンドープInGaA
sP光導波層82′、Zn濃度1×1018cm-3、厚さ
1.5μmのp型InPクラッド層86、Zn濃度5×
1018cm-3,厚さ0.7μmのp型InGaAsコン
タクト層87をLP−MOCVD法により形成する。成
長温度は620℃である。
Then, as shown in FIG. 24B, undoped InGa having a wavelength of 1.15 μm and a thickness of 70 nm was lattice-matched to InP so that the diffraction grating 81 was buried flat.
An AsP optical waveguide layer 82 is grown, on which an undoped InGaAsP active layer 83 lattice-matched to InP and having a wavelength of 1.55 μm and a thickness of 100 nm, and undoped InGaAs having a wavelength of 1.3 μm and lattice-matched to InP and having a thickness of 30 nm.
sP optical waveguide layer 82 ′, p-type InP cladding layer 86 having a Zn concentration of 1 × 10 18 cm −3 and a thickness of 1.5 μm, and a Zn concentration of 5 ×
A p-type InGaAs contact layer 87 having a thickness of 10 18 cm −3 and a thickness of 0.7 μm is formed by an LP-MOCVD method. The growth temperature is 620 ° C.

【0111】このとき、p型クラッド層86からZn
が、またn型InP領域103からSiが活性層83に
拡散する。レーザ両端部911 ,913 ではZnの拡散
のみが起こりp型になるのに対して、中央部912 では
ZnとSiの両者が補償し合い、アンドープないし低ド
ープ領域となる。その結果、相対的に両端部911 ,9
3 の微分利得が大きくなり、第9の実施例と同様の効
果が生じる。電極その他の製造方法は第9の実施例の場
合と同じである。また、この例でも第9の実施例同様、
種々の変形応用が可能である。
At this time, Zn is removed from the p-type cladding layer 86.
However, Si diffuses from the n-type InP region 103 into the active layer 83. Whereas only the diffusion of the laser opposite ends 91 1, 91 3, Zn is p-type occurs, mutually compensated both central portion 91 2, Zn and Si, the undoped or low doped region. As a result, both ends 91 1 , 9 are relatively formed.
1 3 differential gain is increased, the same effect as the ninth embodiment is produced. The electrodes and other manufacturing methods are the same as in the ninth embodiment. Also in this example, as in the ninth embodiment,
Various modified applications are possible.

【0112】上記の実施例では材料としてInGaAs
P/InP系を例にとって説明したが、InAs,Ga
As,AlAs,InP,GaP,AlP,InSb,
GaSb,AlSb,GaN,CdTe,HgTe,Z
nS,ZnSe,ZnTeなどの化合物半導体、及びこ
れらの3元混晶、4元混晶など、様々な材料に応用でき
る。ドーパントも様々なものが考えられる。活性層とし
ては量子井戸構造,歪量子井戸構造,量子細線構造など
であってもよいし、光導波層もGRIN構造であっても
よい。
In the above embodiment, the material is InGaAs.
The P / InP system has been described as an example, but InAs, Ga
As, AlAs, InP, GaP, AlP, InSb,
GaSb, AlSb, GaN, CdTe, HgTe, Z
It can be applied to various materials such as compound semiconductors such as nS, ZnSe, and ZnTe, and ternary mixed crystals and quaternary mixed crystals thereof. Various dopants are also conceivable. The active layer may have a quantum well structure, a strained quantum well structure, a quantum wire structure, or the like, and the optical waveguide layer may have a GRIN structure.

【0113】また、上記の拡散制御層は光導波層の一
部、或いはクラッド層の一部として機能してもよい。回
折格子は活性層の下部でなく上部にあってもよい。これ
ら全ての例について、n型とp型の関係を入れ替えても
よいことは明らかである。その他、領域の数や位置,各
領域の長さ,端面反射率,位相シフトの有無や方法や位
置など、種々変形して応用,実施することができる。
The above-mentioned diffusion control layer may function as a part of the optical waveguide layer or a part of the cladding layer. The diffraction grating may be at the top of the active layer instead of at the bottom. It is clear that the relationship between n-type and p-type may be interchanged for all these examples. In addition, various modifications and applications such as the number and position of regions, the length of each region, end face reflectance, presence / absence of phase shift, method and position, etc. can be made.

【0114】次に、本発明の第11乃至第13の実施例
について説明する。
Next, eleventh to thirteenth embodiments of the present invention will be described.

【0115】この実施例は、例えばクラッド層の屈折率
を変えることで異なった光閉じ込め係数を持つ複数の領
域を同一共振器内に形成し、これらの領域に対応して複
数の電極を設けることによって光閉じ込め係数の異なる
複数の領域に独立に電流を注入できるようにした半導体
レーザである。
In this embodiment, for example, a plurality of regions having different light confinement coefficients are formed in the same resonator by changing the refractive index of the cladding layer, and a plurality of electrodes are provided corresponding to these regions. A semiconductor laser capable of independently injecting current into a plurality of regions having different optical confinement coefficients.

【0116】本実施例によれば、共振器方向に形成され
た光閉じ込め係数の異なる複数の領域において、共振器
内を導波する光に対する利得の寄与がそれぞれ異なる。
そのため、発振に必要なキャリア密度のしきい値を変化
させることができ、その変化の大きさは光閉じ込め係数
の差によって決まるので、従来よりも大きく変化させる
事ができる。その結果として、発振波長の可変幅を大き
くすることが可能となる。
According to this embodiment, the contribution of the gain to the light guided in the resonator differs in a plurality of regions having different light confinement coefficients formed in the resonator direction.
Therefore, the threshold value of the carrier density required for the oscillation can be changed, and the magnitude of the change is determined by the difference in the optical confinement coefficient. As a result, the variable width of the oscillation wavelength can be increased.

【0117】図25は、本発明の第11の実施例に係わ
る波長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図であ
り、この実施例ではクラッド層の組成を変えている。な
お、図2と同一部分には同一符号を付して、その詳しい
説明は省略する。
FIG. 25 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to an eleventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the composition of the cladding layer is changed. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0118】n型InP基板10上に周期240nmの
1次の回折格子11が形成されている。回折格子11上
には1.3μm組成のInGaAsP光導波層(厚さ50
nm)12が形成され、その上には10層のInGaAs
量子井戸層(厚さ8nm)13と1.3μm組成のIn
GaAsPバリア層(厚さ10nm)14からなる幅1
μmのストライプ状の量子井戸活性層20が形成されて
いる。
On the n-type InP substrate 10, a primary diffraction grating 11 having a period of 240 nm is formed. On the diffraction grating 11, an InGaAsP optical waveguide layer (thickness: 50 μm) having a composition of 1.3 μm is formed.
nm) 12 on which 10 layers of InGaAs are formed.
Quantum well layer (8 nm thick) 13 and 1.3 μm composition In
Width 1 consisting of GaAsP barrier layer (thickness 10 nm) 14
A quantum well active layer 20 having a stripe shape of μm is formed.

【0119】この活性層20を埋め込むように、共振器
方向に1.3μm組成のInGaAsP,InP,1.
3μm組成のInGaAsPからなるp型クラッド層
(厚さ2μm)16a,16b,16c,及びp型In
GaAsPコンタクト層(厚さ0.5μm)17a,1
7b,17cが形成されている。そしてコンタクト層1
7a,17b,17c上にp側電極18a,18b,1
8cが設けられ、基板10の下面にn側電極19が設け
られている。
In order to embed the active layer 20, InGaAsP, InP,.
P-type cladding layers (2 μm thick) 16a, 16b, 16c made of InGaAsP having a composition of 3 μm, and p-type In
GaAsP contact layer (0.5 μm thickness) 17a, 1
7b and 17c are formed. And contact layer 1
7a, 17b, 17c, p-side electrodes 18a, 18b, 1
8c is provided, and an n-side electrode 19 is provided on the lower surface of the substrate 10.

【0120】この実施例では、光閉じ込め係数の異なる
複数の領域を得るために、クラッド層16a,16b,
16cをそれぞれ異なる組成の半導体層とし、活性層と
の屈折率差が異なるようにしている。
In this embodiment, in order to obtain a plurality of regions having different light confinement coefficients, the cladding layers 16a, 16b,
16c are semiconductor layers having different compositions, so that the refractive index difference from the active layer is different.

【0121】このような半導体レーザに、電極18a,
18b,18cから合計が100mAとなるように電流を
注入し、電極18aと電極18cから注入する電流を等
しくして、電極18bから注入する電流を10mAから
90mAまで変化させた。すると、発振に必要なキャリ
ア密度のしきい値は大きく変化し、その結果として発振
波長は12nm変化した。この波長可変量は、従来のD
FBレーザの波長可変量6nmと比べ2倍の波長可変幅
という優れた特性である。また、波長可変時のスペクト
ル線幅は、700kHz以下と従来のDFBレーザより
も優れた特性を示した。さらに、発振に必要な電流のし
きい値を小さくできたので、100mAの電流注入に対
する光出力は20mWとなり、従来の波長可変の半導体
レーザの10mWから倍増した。
The electrodes 18a, 18a,
Currents were injected from the electrodes 18b and 18c so that the total was 100 mA, the currents injected from the electrodes 18a and 18c were made equal, and the current injected from the electrodes 18b was changed from 10 mA to 90 mA. Then, the threshold value of the carrier density required for the oscillation greatly changed, and as a result, the oscillation wavelength changed by 12 nm. This tunable amount is equal to the conventional D
This is an excellent characteristic that the wavelength variable width is twice as large as the wavelength variable amount of the FB laser of 6 nm. In addition, the spectral line width at the time of variable wavelength was 700 kHz or less, which was superior to that of the conventional DFB laser. Furthermore, since the threshold value of the current required for oscillation could be reduced, the optical output for a current injection of 100 mA was 20 mW, which was doubled from 10 mW of the conventional tunable semiconductor laser.

【0122】図26は、本発明の第12の実施例に係わ
る波長可変型DFBレーザの概略構造を示すもので、
(a)は共振器方向の断面図、(b)は(a)の矢視A
−A′断面図である。なお、図25と同一部分には同一
符号を付して、その詳しい説明は省略する。この実施例
と先に説明した第11の実施例との相違点は、異なる光
閉じ込め係数を持つ複数の領域を得る手段として、活性
層の幅を変化させたことにある。
FIG. 26 shows a schematic structure of a tunable DFB laser according to a twelfth embodiment of the present invention.
(A) is a cross-sectional view in the direction of the resonator, (b) is an arrow A in (a).
It is -A 'sectional drawing. The same parts as those in FIG. 25 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. This embodiment differs from the eleventh embodiment described above in that the width of the active layer is changed as a means for obtaining a plurality of regions having different light confinement coefficients.

【0123】回折格子11の形成された基板10上に形
成された光導波層12の上に、10層のInGaAs量
子井戸層(厚さ8nm)と1.3μm組成のInGaA
sPバリア層(厚さ10nm)からなる、共振器方向に
幅0.8μm、1.2μm、0.8μmのストライプ状
の量子井戸活性層24a,24b,24cが形成されて
いる。活性層24a,24b,24cを埋め込むように
p型InPクラッド層(厚さ2μm)16が形成され、
その上には活性層24a,24b,24cに対応してコ
ンタクト層17a,17b,17cが形成されている。
そして、電極18a,18b,18cと電極19が先と
同様に設けられている。
On the optical waveguide layer 12 formed on the substrate 10 on which the diffraction grating 11 is formed, ten InGaAs quantum well layers (8 nm thick) and InGaAs having a composition of 1.3 μm are formed.
Stripe-shaped quantum well active layers 24a, 24b, and 24c each having a width of 0.8 μm, 1.2 μm, and 0.8 μm, each of which is made of an sP barrier layer (thickness: 10 nm), are formed in the resonator direction. A p-type InP cladding layer (2 μm thick) 16 is formed so as to bury the active layers 24a, 24b, and 24c,
Thereon, contact layers 17a, 17b, 17c are formed corresponding to the active layers 24a, 24b, 24c.
The electrodes 18a, 18b, 18c and the electrode 19 are provided in the same manner as above.

【0124】この実施例における半導体レーザに、第1
1の実施例と同様に注入電流を変化させたところ、波長
可変量として12nmという優れた特性が得られ、この
時のスペクトル線幅も800kHz以下であった。
The semiconductor laser according to this embodiment has a first
When the injection current was changed in the same manner as in Example 1, excellent characteristics of a wavelength variable amount of 12 nm were obtained, and the spectral line width at this time was 800 kHz or less.

【0125】図27は、本発明の第13の実施例に係わ
る波長可変型DFBレーザの概略構造を示す断面図であ
る。なお、図25と同一部分には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。この実施例と先に説明した第
11及び第12の実施例との相違点は、異なる光閉じ込
め係数を持つ複数の領域を得る手段として、光導波層の
組成を変化させたことにある。
FIG. 27 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a thirteenth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 25 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The difference between this embodiment and the eleventh and twelfth embodiments described above is that the composition of the optical waveguide layer is changed as means for obtaining a plurality of regions having different light confinement coefficients.

【0126】基板10に形成された回折格子11上に、
共振器方向にそれぞれ1.1μm組成,1.3μm組
成,1.1μm組成のInGaAsP光導波層(厚さ5
0nm)12a,12b,12cが形成されている。そし
て、これらの上に活性層20及びクラッド層16が形成
され、さらに光導波層12a,12b,12cに対応し
てコンタクト層17a,17b,17cが形成されてい
る。そして、先の実施例と同様に、電極18a,18
b,18cと電極19が設けられている。
On the diffraction grating 11 formed on the substrate 10,
In the resonator direction, an InGaAsP optical waveguide layer having a composition of 1.1 μm, a composition of 1.3 μm, and a composition of 1.1 μm (thickness 5
0 nm) 12a, 12b and 12c are formed. Then, an active layer 20 and a cladding layer 16 are formed thereon, and further, contact layers 17a, 17b, and 17c are formed corresponding to the optical waveguide layers 12a, 12b, and 12c. Then, similarly to the previous embodiment, the electrodes 18a, 18
b, 18c and an electrode 19 are provided.

【0127】この実施例における半導体レーザに、第1
1の実施例と同様に注入電流を変化させたところ、波長
可変量として10nmという優れた特性が得られ、この
時のスペクトル線幅も700kHz以下であった。
The semiconductor laser according to this embodiment has a first
When the injection current was changed in the same manner as in Example 1, excellent characteristics of a wavelength variable amount of 10 nm were obtained, and the spectral line width at this time was 700 kHz or less.

【0128】[0128]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、共
振器方向にキャリア密度−利得特性の異なる複数の活性
領域を設け、それぞれの活性領域に対し独立に電流を注
入する構成としているので、注入する電流の割合を変化
させるだけで、波長可変量が大きく、波長可変時の線幅
も非常に狭い半導体レーザ装置を実現することが可能と
なる。
As described above in detail, according to the present invention, a plurality of active regions having different carrier density-gain characteristics are provided in the resonator direction, and a current is independently injected into each active region. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device in which the wavelength variable amount is large and the line width at the time of wavelength variable is very narrow only by changing the ratio of the injected current.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の作用を説明するものでキャリア密度と
利得との関係を示す特性図、
FIG. 1 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a carrier density and a gain for explaining the operation of the present invention;

【図2】第1の実施例に係わる波長可変型DFBレーザ
の概略構造を示す断面図、
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a first embodiment;

【図3】第1の実施例レーザの製造工程を示す断面図、FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process of the laser according to the first embodiment;

【図4】第2の実施例に係わる波長可変型DFBレーザ
の概略構造を示す断面図、
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a second embodiment;

【図5】第3及び第4の実施例におけるマスク幅と組成
との関係を示す特性図、
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a mask width and a composition in the third and fourth embodiments;

【図6】第3の実施例に係わる波長可変型DFBレーザ
の概略構造を示す断面図、
FIG. 6 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a third embodiment;

【図7】第3の実施例における選択結晶成長マスクを説
明するための平面図、
FIG. 7 is a plan view illustrating a selective crystal growth mask according to a third embodiment;

【図8】第3の実施例における光出射面部構造を示す断
面図、
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a light emitting surface structure according to a third embodiment;

【図9】第3の実施例における多重量子井戸構造部分を
拡大して示す断面図、
FIG. 9 is an enlarged sectional view showing a multiple quantum well structure in the third embodiment;

【図10】第3の実施例レーザの製造工程を示す断面
図、
FIG. 10 is a sectional view showing a manufacturing process of the laser according to the third embodiment;

【図11】第4の実施例に係わる波長可変型DFBレー
ザの概略構造を示す断面図、
FIG. 11 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a fourth embodiment;

【図12】第4に実施例における選択結晶成長マスクの
一例を示す平面図、
FIG. 12 is a plan view showing an example of a selective crystal growth mask according to a fourth embodiment;

【図13】第5の実施例に係わる波長可変型DFBレー
ザの概略構造を示す断面図、
FIG. 13 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a fifth embodiment;

【図14】第5の実施例における選択結晶成長マスクを
説明するための平面図、
FIG. 14 is a plan view illustrating a selective crystal growth mask according to a fifth embodiment;

【図15】第5の実施例レーザの製造工程を示す断面
図、
FIG. 15 is a sectional view showing a manufacturing process of the laser according to the fifth embodiment;

【図16】第5の実施例レーザの製造工程を示す断面
図、
FIG. 16 is a sectional view showing a manufacturing process of the fifth embodiment laser.

【図17】第5の実施例における選択成長マスクの他の
例を示す平面図、
FIG. 17 is a plan view showing another example of the selective growth mask in the fifth embodiment.

【図18】第6の実施例に係わる波長可変型DFBレー
ザの概略構造を示す断面図、
FIG. 18 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a sixth embodiment;

【図19】第7の実施例に係わる波長可変型DFBレー
ザの要部構成を示す斜視図、
FIG. 19 is a perspective view showing the main configuration of a wavelength tunable DFB laser according to a seventh embodiment;

【図20】第8の実施例に係わる波長可変型DFBレー
ザの要部構成を示す斜視図、
FIG. 20 is a perspective view showing a main configuration of a wavelength tunable DFB laser according to an eighth embodiment;

【図21】第9及び第10の実施例におけるキャリア密
度と利得との関係を示す特性図、
FIG. 21 is a characteristic diagram showing the relationship between carrier density and gain in the ninth and tenth embodiments;

【図22】第9の実施例に係わる波長可変型DFBレー
ザの概略構造を示す断面図、
FIG. 22 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a ninth embodiment;

【図23】第9の実施例レーザの製造工程を示す断面
図、
FIG. 23 is a sectional view showing a manufacturing process of the ninth embodiment laser;

【図24】第10の実施例に係わる波長可変型DFBレ
ーザの製造工程を示す断面図、
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing the wavelength tunable DFB laser according to the tenth embodiment.

【図25】第11の実施例に係わる波長可変型DFBレ
ーザの概略構造を示す断面図、
FIG. 25 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to an eleventh embodiment;

【図26】第12の実施例に係わる波長可変型DFBレ
ーザの概略構造を示す断面図、
FIG. 26 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a twelfth embodiment;

【図27】第13の実施例に係わる波長可変型DFBレ
ーザの概略構造を示す断面図、
FIG. 27 is a sectional view showing a schematic structure of a tunable DFB laser according to a thirteenth embodiment;

【図28】従来のDFBレーザにおけるキャリア密度と
利得との関係を示す特性図。
FIG. 28 is a characteristic diagram showing a relationship between carrier density and gain in a conventional DFB laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…n型InP基板、 11…回折格子、 12,12′…InGaAsP光導波層、 13…InGaAsウエル層、 14…InGaAsPバリア層、 15…InPエッチングストッパー層、 16…p型InPクラッド層、 17…p型InGaAsコンタクト層、 18(181 ,182 ,183 )…p側電極、 19…n側電極、 20…量子井戸構造部、 21…ウエル数2の量子井戸構造部、 22a,22b…ウエル数4の量子井戸構造部、 23…3%圧縮歪量子井戸構造部、 24a,24b…1%圧縮歪量子井戸構造部。Reference Signs List 10: n-type InP substrate, 11: diffraction grating, 12, 12 ': InGaAsP optical waveguide layer, 13: InGaAs well layer, 14: InGaAsP barrier layer, 15: InP etching stopper layer, 16: p-type InP cladding layer, 17 ... p-type InGaAs contact layer, 18 (18 1, 18 2 , 18 3) ... p -side electrode, 19 ... n-side electrode, 20 ... quantum well structure section, 21 ... quantum well structure of well number 2, 22a, 22b ... Quantum well structure with 4 wells, 23% 3% compressive strain quantum well structure, 24a, 24b 1% compressive strain quantum well structure.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 信夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 定政 哲雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 櫛部 光弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平4−76979(JP,A) 特開 平4−783(JP,A) 特開 平4−61183(JP,A) 特開 昭64−5088(JP,A) Appl.Phys.Lett.,57 [20],p.2068−2070 Appl.Phys.Lett.,55 [20],p.2057−2059 信学技報,91[75],p.61−66 J.Lightwave.Techn ol.,LT−5[4],p.516−522 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/35 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Nobuo Suzuki, Inventor No. 1, Komukai Toshiba-cho, Saisaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Research Institute, Inc. No. 1 Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Mitsuhiro Kushibe No. 1, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Research Institute, Inc. (56) References JP-A-4-76979 (JP, A) JP-A-4-783 (JP, A) JP-A-4-61183 (JP, A) JP-A-64-5088 (JP, A) Appl. Phys. Lett. , 57 [20], p. 2068-2070 Appl. Phys. Lett. , 55 [20], p. 2057-2059 IEICE Technical Report, 91 [75], p. 61-66 J.C. Lightwave. Technology. , LT-5 [4], p. 516-522 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 G02F 1/35 JICST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】分布帰還型の半導体レーザからなり、同一
共振器内に形成したキャリア密度−利得特性の異なる複
数の活性領域と、該複数の活性領域に対応して設けられ
た複数の電極と、これらの電極に流す電流の割合を変化
させる手段とを具備してなり、 前記キャリア密度−利得特性の異なる活性領域として、
歪み量が異なる量子井戸構造,量子細線構造又は量子箱
構造を用いた ことを特徴とする半導体レーザ装置。
A plurality of active regions formed of a distributed feedback semiconductor laser and having different carrier density-gain characteristics formed in the same resonator; and a plurality of electrodes provided corresponding to the plurality of active regions. , it comprises a means for varying the proportion of current flowing in the electrodes, the carrier density - as different active regions of the gain characteristics,
Quantum well structure, quantum wire structure or quantum box with different strain
A semiconductor laser device having a structure .
【請求項2】共振器方向に複数の活性領域とそれに対応
する複数の電極を有する分布帰還型の半導体レーザ装置
において、前記活性領域に接する半導体層のドーピング
濃度が複数の活性領域で異なっていることを特徴とする
半導体レーザ装置。
2. A distributed feedback semiconductor laser device having a plurality of active regions and a plurality of electrodes corresponding to the active regions in a resonator direction, wherein a doping concentration of a semiconductor layer in contact with the active region is different in the plurality of active regions. A semiconductor laser device characterized by the above-mentioned.
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