JP3357357B2 - 半導体ダイオードレーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体ダイオードレーザおよびその製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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-
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Description
【０００１】
本発明は、第１の受動層（passive−layer）と、該第
１受動層の上に位置する第１の放射伝導層（radiation
−conductive layer）とが半導体の本体の中に存在し、
また上記２の層に対してほぼ垂直に延びる２の面の間に
ストリップ状の共振空洞（resonant cavity）が該半導
体の本体の中に形成されるところの、半導体の本体を有
して成る分布反射付きの同調可能な半導体ダイオードレ
ーザであって、上記共振空洞の内部に、第１セクション
と第２セクションと第３セクションとが並べて配置さ
れ；上記第１セクションには、第１の電流源（current
supply）と、十分な強さの順方向電流をそれに加えると
きコヒーレントな電磁放射（electromagnetic radiatio
n）を生成するところのｐ−ｎ接合を持つ関連の能動領
域（activeregion）とがあり、該能動領域は上記放射伝
導層の増幅勢力範囲（amplification profile）内に位
置し且つその側面が単一層に接しており；上記第２セク
ションには第２の電流源があり、上記放射伝導層のうち
の該第２セクション内に存在する部分の屈折率を、その
電流により変動させることができ；上記第３セクション
には第３の電流源があり、其処では上記共振空洞のうち
の該第３セクション内に存在する部分が屈折率の縦方向
の周期的変動を含み；また、上記半導体ダイオードレー
ザには上記共振空洞の全長を覆う上記放射伝導層が存在
して成る半導体ダイオードレーザに関する。
１受動層の上に位置する第１の放射伝導層（radiation
−conductive layer）とが半導体の本体の中に存在し、
また上記２の層に対してほぼ垂直に延びる２の面の間に
ストリップ状の共振空洞（resonant cavity）が該半導
体の本体の中に形成されるところの、半導体の本体を有
して成る分布反射付きの同調可能な半導体ダイオードレ
ーザであって、上記共振空洞の内部に、第１セクション
と第２セクションと第３セクションとが並べて配置さ
れ；上記第１セクションには、第１の電流源（current
supply）と、十分な強さの順方向電流をそれに加えると
きコヒーレントな電磁放射（electromagnetic radiatio
n）を生成するところのｐ−ｎ接合を持つ関連の能動領
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導層の増幅勢力範囲（amplification profile）内に位
置し且つその側面が単一層に接しており；上記第２セク
ションには第２の電流源があり、上記放射伝導層のうち
の該第２セクション内に存在する部分の屈折率を、その
電流により変動させることができ；上記第３セクション
には第３の電流源があり、其処では上記共振空洞のうち
の該第３セクション内に存在する部分が屈折率の縦方向
の周期的変動を含み；また、上記半導体ダイオードレー
ザには上記共振空洞の全長を覆う上記放射伝導層が存在
して成る半導体ダイオードレーザに関する。
【０００２】
この種の半導体ダイオードレーザはElectron.Lett.23
（1987）325所載Y.Kotakiほかによる論文“1.55μm wav
elength tunable FBH−DBR laser"（1.55μｍ波長に同
調可能なFBH−DBRレーザ）に延べられている。
（1987）325所載Y.Kotakiほかによる論文“1.55μm wav
elength tunable FBH−DBR laser"（1.55μｍ波長に同
調可能なFBH−DBRレーザ）に延べられている。
【０００３】 各種の構造を持った半導体ダイオードレーザが多方面
で使用されている。その共振空洞は各種の方法で作り得
る。多くの場合、共振空洞は互いに平行する２つの鏡面
（mirror surfaces）により形成され、通常そのため半
導体結晶のへき開面が用いられる。これら鏡面間で反射
が繰り返されることにより、ファブリー・ペローのモー
ド（Fabry−Perot（FP）modes）と称される放射モード
が発生する。
で使用されている。その共振空洞は各種の方法で作り得
る。多くの場合、共振空洞は互いに平行する２つの鏡面
（mirror surfaces）により形成され、通常そのため半
導体結晶のへき開面が用いられる。これら鏡面間で反射
が繰り返されることにより、ファブリー・ペローのモー
ド（Fabry−Perot（FP）modes）と称される放射モード
が発生する。
【０００４】 いま１つの実施例によれば、共振空洞の長さ方向の少
なくとも一部に沿って、発生する放射に対応する実効屈
折率を周期的に変化させることにより、共振空洞を実現
している。鏡面反射の代わりに格子（上記の周期的屈折
率変化で形成される）における反射が用いられるのであ
る。このようなレーザは、分散フィードバック（DFB−
“Distributed Feed Back"）レーザと命名されている。
これらの構造には各種のものがあり、「分散フィードバ
ック」（DFB）レーザ及び「分散ブラッグ反射」（DBR−
“Distributed Bragg Reflection"）レーザとして知ら
れ、その一例が最初に挙げた文献の半導体ダイオードレ
ーザである。前者の場合、周期的屈折率変化の現れるセ
クションは能動領域の現れるセクションと実質的に一致
するのに対し、後者では、両者が完全に分離している。
最初に述べたファブリー・ペロー型と比較すると、これ
ら両型とも、単一型モード発信（SLMモード発信）が起
こり易いこと、しかも動作温度範囲が広くかつ高出力が
得られるという利点がある。このことは、光通信に用い
る場合特に重要である、というのはSLMモードでは色分
散（chromatic dispersion）が最小となるため、信号が
光ファイバー上でより長距離にわたり無歪伝送できるか
らである。ヘテロダイン方式及びコヒーレント方式の光
ファイバー通信では、発信器、または受信器の局部発信
用半導体ダイオードレーザでの波長の同調性は必須の条
件である。このような応用では、最初のパラグラフに述
べたDBR型半導体レーザが最も適当である。このレーザ
で周期的 屈折率変化を持つセクション−今後これをブラッグセク
ションと呼ぶ−では、独立電源を用いて、ブラッグ条
件、従ってこの半導体ダイオードの波長が変わるよう
に、このセクションの屈折率変化を起こさせるようにな
っている。この変化の起こり方は、例えばｐ−ｎ接合を
持つ能動領域の存在するセクション−今後これを能動セ
クションと呼ぶ−を通して流れる電流で決まるこの半導
体レーザの出力とは無関係である。ブラッグ条件は下記
の方程式で決まる： λ＝２＊nR＊Δ （１） 但しここで、λはこの半導体レーザの発生する放射波
長、nRは周期的屈折率変化（ブラッグ断面での電流の強
さで決まる）を起こすセクションの実効屈折率、そして
Δは屈折率変化の周期を示す。このような半導体レーザ
の発振に要する位相条件は次の通り： θＲ＋θＬ＝２＊Ｎ＊π （２） 但しここで、θＲは能動セクションから見てブラッグセ
クションに戻ってくる放射の位相、θＬは能動セクショ
ンからブラッグセクションの方向に戻る放射の位相、Ｎ
はこの半導体レーザの発振モードを示す整数である。こ
こでは、ブラッグセクションの反射度（reflectivity）
が最大になるようなモードで振動が起こる。言い換える
と、その位相θＲができる限りπ/2に近いモードになる
ようにレーザは発振する。ここでは同時にブラッグ条件
（式（１）を参照）で決まる波長が関係する。ブラッグ
波長がブラッグセクションでの供給電流で変化し、それ
によりブラッグセクションの屈折率が変わると、元来の
モードの位相に近いか、さらにはπ/2にさえ近い位相を
持つ今１つのモードが出現する。その結果、いわゆるモ
ード発振とかモード跳躍とかいわれる形が生じ、そのた
め、波長自体も発振を始めるがこれは好ましくない。こ
れを防止するため、この種の半導体レーザには別に１つ
のセクション−今後これを位相セクションと呼ぶ−が設
けられ、これに対し独立電源から電流を供給することに
より、このセクションの屈折率、従って能動領域から戻
ってくる放射の位相θＬを変化して、π/2にできるだけ
近いθＲを持つモードが、元来のモードに比し変化しな
いようにしている。関連して、この位相セクションは、
ブラッグセクションと能動セクションの間にあってもよ
いし、位相セクションとブラッグセクションとが能動セ
クションの両側にあってもよい。どちらの場合でも、幅
広い波長領域にわたり、かつある種の動作モードの範囲
内では同調可能度が保たれる。
なくとも一部に沿って、発生する放射に対応する実効屈
折率を周期的に変化させることにより、共振空洞を実現
している。鏡面反射の代わりに格子（上記の周期的屈折
率変化で形成される）における反射が用いられるのであ
る。このようなレーザは、分散フィードバック（DFB−
“Distributed Feed Back"）レーザと命名されている。
これらの構造には各種のものがあり、「分散フィードバ
ック」（DFB）レーザ及び「分散ブラッグ反射」（DBR−
“Distributed Bragg Reflection"）レーザとして知ら
れ、その一例が最初に挙げた文献の半導体ダイオードレ
ーザである。前者の場合、周期的屈折率変化の現れるセ
クションは能動領域の現れるセクションと実質的に一致
するのに対し、後者では、両者が完全に分離している。
最初に述べたファブリー・ペロー型と比較すると、これ
ら両型とも、単一型モード発信（SLMモード発信）が起
こり易いこと、しかも動作温度範囲が広くかつ高出力が
得られるという利点がある。このことは、光通信に用い
る場合特に重要である、というのはSLMモードでは色分
散（chromatic dispersion）が最小となるため、信号が
光ファイバー上でより長距離にわたり無歪伝送できるか
らである。ヘテロダイン方式及びコヒーレント方式の光
ファイバー通信では、発信器、または受信器の局部発信
用半導体ダイオードレーザでの波長の同調性は必須の条
件である。このような応用では、最初のパラグラフに述
べたDBR型半導体レーザが最も適当である。このレーザ
で周期的 屈折率変化を持つセクション−今後これをブラッグセク
ションと呼ぶ−では、独立電源を用いて、ブラッグ条
件、従ってこの半導体ダイオードの波長が変わるよう
に、このセクションの屈折率変化を起こさせるようにな
っている。この変化の起こり方は、例えばｐ−ｎ接合を
持つ能動領域の存在するセクション−今後これを能動セ
クションと呼ぶ−を通して流れる電流で決まるこの半導
体レーザの出力とは無関係である。ブラッグ条件は下記
の方程式で決まる： λ＝２＊nR＊Δ （１） 但しここで、λはこの半導体レーザの発生する放射波
長、nRは周期的屈折率変化（ブラッグ断面での電流の強
さで決まる）を起こすセクションの実効屈折率、そして
Δは屈折率変化の周期を示す。このような半導体レーザ
の発振に要する位相条件は次の通り： θＲ＋θＬ＝２＊Ｎ＊π （２） 但しここで、θＲは能動セクションから見てブラッグセ
クションに戻ってくる放射の位相、θＬは能動セクショ
ンからブラッグセクションの方向に戻る放射の位相、Ｎ
はこの半導体レーザの発振モードを示す整数である。こ
こでは、ブラッグセクションの反射度（reflectivity）
が最大になるようなモードで振動が起こる。言い換える
と、その位相θＲができる限りπ/2に近いモードになる
ようにレーザは発振する。ここでは同時にブラッグ条件
（式（１）を参照）で決まる波長が関係する。ブラッグ
波長がブラッグセクションでの供給電流で変化し、それ
によりブラッグセクションの屈折率が変わると、元来の
モードの位相に近いか、さらにはπ/2にさえ近い位相を
持つ今１つのモードが出現する。その結果、いわゆるモ
ード発振とかモード跳躍とかいわれる形が生じ、そのた
め、波長自体も発振を始めるがこれは好ましくない。こ
れを防止するため、この種の半導体レーザには別に１つ
のセクション−今後これを位相セクションと呼ぶ−が設
けられ、これに対し独立電源から電流を供給することに
より、このセクションの屈折率、従って能動領域から戻
ってくる放射の位相θＬを変化して、π/2にできるだけ
近いθＲを持つモードが、元来のモードに比し変化しな
いようにしている。関連して、この位相セクションは、
ブラッグセクションと能動セクションの間にあってもよ
いし、位相セクションとブラッグセクションとが能動セ
クションの両側にあってもよい。どちらの場合でも、幅
広い波長領域にわたり、かつある種の動作モードの範囲
内では同調可能度が保たれる。
【０００５】
今までの実験結果が示すところでは、通常の半導体レ
ーザの欠点は、１つの発振モードにおいて、その波長領
域全体を通じ連続的に同調可能とはならない点にあると
されていた。実際に、波長領域の中でいわゆる禁止帯
（forbidden zones）が生じ、そこではブラッグセクシ
ョン及び位相セクションの両セクションの電流をどう組
み合わせても、あるモードでの発振が起こらないことが
判っていた。 本発明の１つの目的は、この欠点を回避し、ある発振
モード範囲内では広い波長領域にわたり同調可能な半導
体ダイオードレーザを実現すること、すなわち、この波
長領域では禁止帯が生じることなく、従って半導体ダイ
オードレーザがこの領域で連続的に同調可能となるよう
にすることである。
ーザの欠点は、１つの発振モードにおいて、その波長領
域全体を通じ連続的に同調可能とはならない点にあると
されていた。実際に、波長領域の中でいわゆる禁止帯
（forbidden zones）が生じ、そこではブラッグセクシ
ョン及び位相セクションの両セクションの電流をどう組
み合わせても、あるモードでの発振が起こらないことが
判っていた。 本発明の１つの目的は、この欠点を回避し、ある発振
モード範囲内では広い波長領域にわたり同調可能な半導
体ダイオードレーザを実現すること、すなわち、この波
長領域では禁止帯が生じることなく、従って半導体ダイ
オードレーザがこの領域で連続的に同調可能となるよう
にすることである。
【０００６】
本発明によれば、冒頭のパラグラフで述べた型のDBR
半導体レーザダイオードの１つが、この目的のために、
上記第１セクションで生成される放射のうち、上記第１
セクションと上記第２セクションとの間の接合部で反射
する部分の放射の強さを、上記第２セクションから上記
接合部に戻る放射の強さに比して、相対的に小さくする
手段が設けられていることを特徴とする。このレーザの
禁止帯の発生度について更に調べたところ、その発生度
は、能動セクションと位相セクションとの間で生じるレ
ーザ放射の反射発生度と一致することが判った。禁止帯
は、放射の位相が能動セクションとの相互作用から2N＊
πまたは（2N＋１）＊πとなるような波長の近傍に存在
し、反射の様子で左右される。両者いずれの場合も、隣
接する禁止帯の間隔は２πに等しい。接合点の反射が能
動セクションでの増幅過程に及ぼす影響を減らすには２
つの方法がある：第１は反射を減らすか無くすことであ
り、第２は、第２セクションから発生する放射のフィー
ドバック結合を増して接合点における反射の能動セクシ
ョンへの影響を相対的に減らすことである。禁止帯の発
生は正弦波関数、例えばＡ＊sin（）で表すことができ
る。この関数で振幅Ａがゼロまたはほぼゼロに近いなら
禁止帯は生じない。更に、この振幅は次式で近似でき
る： Ａ＝r1＊（1/（r2＊exp（−αＦ＊LF））−r2＊exp（−αＦ＊LF）） （３） 但しここで、r1は、第１セクション、第２セクション間
の接合点での反射であり、r2は、能動セクションに関し
第２セクションと同じ側にある各セクションでの反射で
ある。またαＦは第２（位相）セクションでの損失を、
LFは第２セクションの長さを示す。（３）式から判るも
う１つの点は、禁止帯の発生を各種の方法で防止できる
ことである。何よりも先ず、第１セクション、第２セク
ション間の接合点での反射（r1）の値を極めて小さくす
ればよい。
半導体レーザダイオードの１つが、この目的のために、
上記第１セクションで生成される放射のうち、上記第１
セクションと上記第２セクションとの間の接合部で反射
する部分の放射の強さを、上記第２セクションから上記
接合部に戻る放射の強さに比して、相対的に小さくする
手段が設けられていることを特徴とする。このレーザの
禁止帯の発生度について更に調べたところ、その発生度
は、能動セクションと位相セクションとの間で生じるレ
ーザ放射の反射発生度と一致することが判った。禁止帯
は、放射の位相が能動セクションとの相互作用から2N＊
πまたは（2N＋１）＊πとなるような波長の近傍に存在
し、反射の様子で左右される。両者いずれの場合も、隣
接する禁止帯の間隔は２πに等しい。接合点の反射が能
動セクションでの増幅過程に及ぼす影響を減らすには２
つの方法がある：第１は反射を減らすか無くすことであ
り、第２は、第２セクションから発生する放射のフィー
ドバック結合を増して接合点における反射の能動セクシ
ョンへの影響を相対的に減らすことである。禁止帯の発
生は正弦波関数、例えばＡ＊sin（）で表すことができ
る。この関数で振幅Ａがゼロまたはほぼゼロに近いなら
禁止帯は生じない。更に、この振幅は次式で近似でき
る： Ａ＝r1＊（1/（r2＊exp（−αＦ＊LF））−r2＊exp（−αＦ＊LF）） （３） 但しここで、r1は、第１セクション、第２セクション間
の接合点での反射であり、r2は、能動セクションに関し
第２セクションと同じ側にある各セクションでの反射で
ある。またαＦは第２（位相）セクションでの損失を、
LFは第２セクションの長さを示す。（３）式から判るも
う１つの点は、禁止帯の発生を各種の方法で防止できる
ことである。何よりも先ず、第１セクション、第２セク
ション間の接合点での反射（r1）の値を極めて小さくす
ればよい。
【０００７】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの第１の実施
例の特徴は、第１セクションの少なくとも片側におい
て、能動領域およびそれと隣接した区域に、能動領域と
ほぼ同じ厚さを持つ第２放射伝導層が存在していること
である。第２セクションの放射経路を、第１セクション
の放射経路と出来るだけ等しい大きさにし、かつ円滑に
隣接させることにより、第１セクション、第２セクショ
ン間の接合点での反射は本質的に起こらなくなる。
例の特徴は、第１セクションの少なくとも片側におい
て、能動領域およびそれと隣接した区域に、能動領域と
ほぼ同じ厚さを持つ第２放射伝導層が存在していること
である。第２セクションの放射経路を、第１セクション
の放射経路と出来るだけ等しい大きさにし、かつ円滑に
隣接させることにより、第１セクション、第２セクショ
ン間の接合点での反射は本質的に起こらなくなる。
【０００８】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの第２の実施
例の特徴は、第２放射伝導層と能動層とが、第２受動層
により第１放射伝導層と分離されている点にある。能動
領域と第２放射伝導層とは、第１放射伝導層上に直接設
けてもよい。然しこれには製造上の難点がある。そこ
で、１つの受動層をこれらの層の間に設け、しかもこの
受動層の厚さを十分に薄くし、両伝導層が互いの増幅勢
力範囲（amplification profile）内に位置できるよう
にするのが望ましい。ここで注意したいのは、この実施
例において、第２セクション、第３セクションがいずれ
も第１セクションの片側にあってもよいし、それぞれ別
の側にあってもよいことである。後者の場合、第１セク
ション、第２セクション間の接合点での反射強度を相対
的に減らすためには別の解決策がある。
例の特徴は、第２放射伝導層と能動層とが、第２受動層
により第１放射伝導層と分離されている点にある。能動
領域と第２放射伝導層とは、第１放射伝導層上に直接設
けてもよい。然しこれには製造上の難点がある。そこ
で、１つの受動層をこれらの層の間に設け、しかもこの
受動層の厚さを十分に薄くし、両伝導層が互いの増幅勢
力範囲（amplification profile）内に位置できるよう
にするのが望ましい。ここで注意したいのは、この実施
例において、第２セクション、第３セクションがいずれ
も第１セクションの片側にあってもよいし、それぞれ別
の側にあってもよいことである。後者の場合、第１セク
ション、第２セクション間の接合点での反射強度を相対
的に減らすためには別の解決策がある。
【０００９】 本発明による半導体ダイオードレーザの、更にもう１
つの実施例の特徴は、第１セクションが少なくとも共振
空洞のほぼ中心に位置し、第２セクション、第３セクシ
ョンは第１セクションのそれぞれ片側に位置しているこ
と、及び、この手段は高反射被覆（high−reflecting c
oating）を含み、該高反射被覆が、共振空洞の端面の１
つと一致する第２セクションの側面に設けられているこ
とである。ここで提案した解決策の効果は（３）式から
も説明できよう。（３）式で、括弧内の部分がゼロかほ
ぼゼロとなれば、Ａも同じくゼロ又はほぼゼロとなる。
この部分の形は（1/B−Ｂ），但しＢ＝r2＊exp（−αＦ
＊LF）なので、Ｂ＝1.又はＢが１に近付けば０又はほぼ
０になる。これはr2（最大１）及びexp（−αＦ＊LF）
がともに１又はほぼ１となる場合である。実際上、LFは
極めて小さく従ってその指数はほぼ１とみてよい。反射
r2は、位相セクションの自由端、すなわち能動セクショ
ンの隣接しない側に高反射被覆を設けることでほぼ１に
できる。当然のこととして、この実施例の方法は、第１
セクションが第２セクションと第３セクションとの間に
ある限り前記各実施例と組合せてもよい。
つの実施例の特徴は、第１セクションが少なくとも共振
空洞のほぼ中心に位置し、第２セクション、第３セクシ
ョンは第１セクションのそれぞれ片側に位置しているこ
と、及び、この手段は高反射被覆（high−reflecting c
oating）を含み、該高反射被覆が、共振空洞の端面の１
つと一致する第２セクションの側面に設けられているこ
とである。ここで提案した解決策の効果は（３）式から
も説明できよう。（３）式で、括弧内の部分がゼロかほ
ぼゼロとなれば、Ａも同じくゼロ又はほぼゼロとなる。
この部分の形は（1/B−Ｂ），但しＢ＝r2＊exp（−αＦ
＊LF）なので、Ｂ＝1.又はＢが１に近付けば０又はほぼ
０になる。これはr2（最大１）及びexp（−αＦ＊LF）
がともに１又はほぼ１となる場合である。実際上、LFは
極めて小さく従ってその指数はほぼ１とみてよい。反射
r2は、位相セクションの自由端、すなわち能動セクショ
ンの隣接しない側に高反射被覆を設けることでほぼ１に
できる。当然のこととして、この実施例の方法は、第１
セクションが第２セクションと第３セクションとの間に
ある限り前記各実施例と組合せてもよい。
【００１０】
図面は線図的なものであり、実際のものに正比例して
描いていない。断面図においては、同じ導電型の半導体
領域に同じ方向の斜線を付してある。 図１には、本発明に基づく分布反射付き半導体ダイオ
ードレーザの第１の実施例の１つを、一部は透視図、一
部は断面図により図解している。図２は、図１の半導体
ダイオードレーザのII−II線における断面図である。こ
の半導体ダイオードレーザ（図１参照）には、半導体本
体の内部に第１受動層を形成する第１導電型の基板１が
あり、その中のＣで示したセクションの部分において
は、厚さの周期的変化２が存在し、その変化の山と谷の
各線は、本図の平面に平行し、かつその上に成層構造が
形成されている。この成層構造には、特に次の各領域が
存在する:2つの溝10があり、その間に１つのメサ型領域
９が、また溝の両側に２つのメサ型領域90が存在し、い
ずれの領域も頭部はA,B,Cの３セクションに分かれてい
る。このメサ型領域９には、少なくとも、第１放射伝導
層11、前記第１導電型の第２受動層12、Ａセクションの
みに存在する能動層13、及び第２逆導電型の第３受動層
（15,22及び33）がある。この例では、層14が、能動層1
3と第３受動層（15）との間にメルトバック防止層とし
て存在する。この種の層の目的は、液相から次の層を成
長させる際、その下にある層が完全に、または部分的に
溶けて液相に変わるのを防ぐことにある。この種の層は
是非必要ということではないがあれば極めて望ましいも
のである。上記各層の成長が液相からではなく、例えば
気相から行なわれる場合、メルトバック防止層は明らか
に不要である。メサ型領域９には、更に、能動層13に隣
接し、かつ第２受動層12と第３受動層22との間に、第２
放射伝導層21が存在する。層構造の中で、層12と15の間
にｐ−ｎ接合が存在するが、その場所は両層の間にある
半導体領域の導電型により左右される。このｐ−ｎ接合
に十分な電流を加えると、能動層13では、少なくともセ
クションＡの部分で、順方向にコヒーレントな電磁放射
が発生できる。基板１および受動層12,15,22は、共に能
動層13に比し、この発生したレーザ放射に対する屈折率
が低く、かつ大きなエネルギーギャップを有する。発生
した放射は、能動層13から、屈折率とエネルギーギャッ
プが能動層13と受動層（12,15,22）の中間にある第１放
射伝導層11に伝達できる、というのは、放射伝導層11が
能動層13の増幅勢力範囲内に納まる程度に、第２受動層
12の厚さを薄くしてあるためである。発生した放射は、
能動層13から、メルトバック防止層14及び第２放射伝導
層21にも伝達し得る、というのは、これらの層は能動層
13に隣接し、第１放射伝導層と同じく、能動層13と受動
層（12,15,22）の中間の屈折率とエネルギーギャップを
有するからである。メサ型部分９の中においては、メル
トバック防止層14と放射伝導層11,12とが、ストリップ
型の共振空洞を形成し、その２つの側面はメサ型部分の
両側に境を接し、他の２つの側面は能動層13と実質的に
直交する端面50,51と境を接する。この端面の１つ（5
1）には、反射防止膜55があり、この働きで、特にブラ
ッグ反射と鏡面51における反射とが競合しないよう防止
している。このレーザで発生する電磁放射は、端面51か
ら反射防止膜55を通して発散するので、これを、本発明
に基づく同調可能半導体ダイオードレーザの各種応用に
利用できる。このことは、端面50についてもそのための
反射防止膜を設ければ同様に可能である。光ガラスファ
イバー通信では、この放射は例えばガラスファイバーで
導かれる。この共振空洞では、そのうちＣで示すセクシ
ョンの部分に、縦方向の周期的屈折率変化が存在する。
この屈折率変化は、基板１に、厚さが周期的に変化する
溝を設け、ここに放射伝導層11の物質を充填することに
より実現している。90で示す各領域には、前記11,12,21
の層で形成する層構造がある。
描いていない。断面図においては、同じ導電型の半導体
領域に同じ方向の斜線を付してある。 図１には、本発明に基づく分布反射付き半導体ダイオ
ードレーザの第１の実施例の１つを、一部は透視図、一
部は断面図により図解している。図２は、図１の半導体
ダイオードレーザのII−II線における断面図である。こ
の半導体ダイオードレーザ（図１参照）には、半導体本
体の内部に第１受動層を形成する第１導電型の基板１が
あり、その中のＣで示したセクションの部分において
は、厚さの周期的変化２が存在し、その変化の山と谷の
各線は、本図の平面に平行し、かつその上に成層構造が
形成されている。この成層構造には、特に次の各領域が
存在する:2つの溝10があり、その間に１つのメサ型領域
９が、また溝の両側に２つのメサ型領域90が存在し、い
ずれの領域も頭部はA,B,Cの３セクションに分かれてい
る。このメサ型領域９には、少なくとも、第１放射伝導
層11、前記第１導電型の第２受動層12、Ａセクションの
みに存在する能動層13、及び第２逆導電型の第３受動層
（15,22及び33）がある。この例では、層14が、能動層1
3と第３受動層（15）との間にメルトバック防止層とし
て存在する。この種の層の目的は、液相から次の層を成
長させる際、その下にある層が完全に、または部分的に
溶けて液相に変わるのを防ぐことにある。この種の層は
是非必要ということではないがあれば極めて望ましいも
のである。上記各層の成長が液相からではなく、例えば
気相から行なわれる場合、メルトバック防止層は明らか
に不要である。メサ型領域９には、更に、能動層13に隣
接し、かつ第２受動層12と第３受動層22との間に、第２
放射伝導層21が存在する。層構造の中で、層12と15の間
にｐ−ｎ接合が存在するが、その場所は両層の間にある
半導体領域の導電型により左右される。このｐ−ｎ接合
に十分な電流を加えると、能動層13では、少なくともセ
クションＡの部分で、順方向にコヒーレントな電磁放射
が発生できる。基板１および受動層12,15,22は、共に能
動層13に比し、この発生したレーザ放射に対する屈折率
が低く、かつ大きなエネルギーギャップを有する。発生
した放射は、能動層13から、屈折率とエネルギーギャッ
プが能動層13と受動層（12,15,22）の中間にある第１放
射伝導層11に伝達できる、というのは、放射伝導層11が
能動層13の増幅勢力範囲内に納まる程度に、第２受動層
12の厚さを薄くしてあるためである。発生した放射は、
能動層13から、メルトバック防止層14及び第２放射伝導
層21にも伝達し得る、というのは、これらの層は能動層
13に隣接し、第１放射伝導層と同じく、能動層13と受動
層（12,15,22）の中間の屈折率とエネルギーギャップを
有するからである。メサ型部分９の中においては、メル
トバック防止層14と放射伝導層11,12とが、ストリップ
型の共振空洞を形成し、その２つの側面はメサ型部分の
両側に境を接し、他の２つの側面は能動層13と実質的に
直交する端面50,51と境を接する。この端面の１つ（5
1）には、反射防止膜55があり、この働きで、特にブラ
ッグ反射と鏡面51における反射とが競合しないよう防止
している。このレーザで発生する電磁放射は、端面51か
ら反射防止膜55を通して発散するので、これを、本発明
に基づく同調可能半導体ダイオードレーザの各種応用に
利用できる。このことは、端面50についてもそのための
反射防止膜を設ければ同様に可能である。光ガラスファ
イバー通信では、この放射は例えばガラスファイバーで
導かれる。この共振空洞では、そのうちＣで示すセクシ
ョンの部分に、縦方向の周期的屈折率変化が存在する。
この屈折率変化は、基板１に、厚さが周期的に変化する
溝を設け、ここに放射伝導層11の物質を充填することに
より実現している。90で示す各領域には、前記11,12,21
の層で形成する層構造がある。
【００１１】 本実施例に基づくレーザは、いわゆるDCPBH型（二重
チャネルプレーナー埋め込みヘテロ構造）であり、メサ
型領域９の外側にある溝10の内部に、電流制限層構造を
有する。この層構造には、第２導電型の第４受動層31、
第１導電型の第５受動層32、及び第２導電型の第６受動
層33がある。31と33の両層は接続し、かつメサ型領域９
の縁の近くで第３受動層（15,22）と合体している。
チャネルプレーナー埋め込みヘテロ構造）であり、メサ
型領域９の外側にある溝10の内部に、電流制限層構造を
有する。この層構造には、第２導電型の第４受動層31、
第１導電型の第５受動層32、及び第２導電型の第６受動
層33がある。31と33の両層は接続し、かつメサ型領域９
の縁の近くで第３受動層（15,22）と合体している。
【００１２】 この半導体の本体には、更に第２導電型の接触層34が
ある。この層34と基板１とは（中間半導体領域を介し
て）、本体の上下面に設けられ、接続導体の役割を果た
す金属層（３及び４）と電気的に接続している。金属層
３には電気的接続部８があり、金属層４と接触層34とは
３つのセクション（A,B,C）に分割されている。これら
３セクションは、それらの間に位置する２つの溝によ
り、第２受動層（15,22,33）に達するまで互いに分離さ
れ、またこれらセクションにはそれぞれ電気的接続部
（5,6,7）がある。電磁放射の発生するセクションＡを
流れる電流は、接続部（5,8）を介して調整できる。セ
クションＢ及びセクションC,すなわち第２と第３の接続
部を通して流れる電流は、８と６及び８と７の回路、従
ってこれらセクションでの屈折率を介して調整される。
これまで説明してきたように、レーザは、この後者の２
つのセクションを流れる電流を連続的または段階的に変
化することにより、連続的または段階的に同調させるこ
とができる。
ある。この層34と基板１とは（中間半導体領域を介し
て）、本体の上下面に設けられ、接続導体の役割を果た
す金属層（３及び４）と電気的に接続している。金属層
３には電気的接続部８があり、金属層４と接触層34とは
３つのセクション（A,B,C）に分割されている。これら
３セクションは、それらの間に位置する２つの溝によ
り、第２受動層（15,22,33）に達するまで互いに分離さ
れ、またこれらセクションにはそれぞれ電気的接続部
（5,6,7）がある。電磁放射の発生するセクションＡを
流れる電流は、接続部（5,8）を介して調整できる。セ
クションＢ及びセクションC,すなわち第２と第３の接続
部を通して流れる電流は、８と６及び８と７の回路、従
ってこれらセクションでの屈折率を介して調整される。
これまで説明してきたように、レーザは、この後者の２
つのセクションを流れる電流を連続的または段階的に変
化することにより、連続的または段階的に同調させるこ
とができる。
【００１３】 この実施例において、基板１、第２受動層12及び電流
制限層32は、ｎ導電型のインジウム燐（InP）で構成さ
れる。受動層（15,22）および電流制限層31と33もイン
ジウム燐であるがｐ導電型である。残りの各層はインジ
ウム−ガリウム−砒素−燐（InXGa1-xAsYP1-Y）で構成
される。（x,y）の値は、放射伝導層11と21、メルトバ
ック防止層14、および接触層34に対しては:x＝0.72,y＝
0.60であり、能動層13に対しては:x＝0.57,y＝0.91であ
る。接触層34はｐ導電型であり、残りの各層には意図的
にドーピングが行なわれていない。金属層３と４は通例
の金属合金から成る。反射防止膜55は通例の材料から成
り、適当な厚さを有する。
制限層32は、ｎ導電型のインジウム燐（InP）で構成さ
れる。受動層（15,22）および電流制限層31と33もイン
ジウム燐であるがｐ導電型である。残りの各層はインジ
ウム−ガリウム−砒素−燐（InXGa1-xAsYP1-Y）で構成
される。（x,y）の値は、放射伝導層11と21、メルトバ
ック防止層14、および接触層34に対しては:x＝0.72,y＝
0.60であり、能動層13に対しては:x＝0.57,y＝0.91であ
る。接触層34はｐ導電型であり、残りの各層には意図的
にドーピングが行なわれていない。金属層３と４は通例
の金属合金から成る。反射防止膜55は通例の材料から成
り、適当な厚さを有する。
【００１４】 本発明によるこの半導体ダイオードレーザでは、第１
セクションＡで発生する放射のうち、第１セクションと
第２セクション（Ｂ）の接合部で反射する放射の強さ
は、第２セクションからこの接合部に戻る放射の強さに
比し、相対的に小さくなるような手段を講じてある。本
実施例においては、第１セクション（Ａ）の少なくとも
１つの側面に存在し、能動層13と同一レベルでこれに隣
接し、能動層13とメルトバック防止層14の和に等しい厚
さを有するような第２放射伝導層21により、この手段を
実現している。その結果、第１セクション（Ａ）と第２
セクション（Ｂ）との接合部における反射は抑圧され、
従ってこの接合部での反射の強さは第１セクションに戻
る放射に比し相対的に弱くなっている。
セクションＡで発生する放射のうち、第１セクションと
第２セクション（Ｂ）の接合部で反射する放射の強さ
は、第２セクションからこの接合部に戻る放射の強さに
比し、相対的に小さくなるような手段を講じてある。本
実施例においては、第１セクション（Ａ）の少なくとも
１つの側面に存在し、能動層13と同一レベルでこれに隣
接し、能動層13とメルトバック防止層14の和に等しい厚
さを有するような第２放射伝導層21により、この手段を
実現している。その結果、第１セクション（Ａ）と第２
セクション（Ｂ）との接合部における反射は抑圧され、
従ってこの接合部での反射の強さは第１セクションに戻
る放射に比し相対的に弱くなっている。
【００１５】 ここで注意すべきは、第１セクションＡは、第２セク
ションＢと第３セクションＣとの中間に位置してもよい
ことである。このようにした場合、本手段では、第１セ
クションの他の側に、能動層13と同一レベルでこれに隣
接し、能動層と同一の厚さ、または、（メルトバック防
止層14がある場合は）能動層とメルトバック防止層の和
に等しい厚さを有するもう１つの放射伝導層が存在して
もよい。
ションＢと第３セクションＣとの中間に位置してもよい
ことである。このようにした場合、本手段では、第１セ
クションの他の側に、能動層13と同一レベルでこれに隣
接し、能動層と同一の厚さ、または、（メルトバック防
止層14がある場合は）能動層とメルトバック防止層の和
に等しい厚さを有するもう１つの放射伝導層が存在して
もよい。
【００１６】 図３には、モードごとにまとめたレーザ発振の様子と
その発射波長の測定結果を、図１の半導体ダイオードレ
ーザの第２及び第３セクションにそれぞれ流れる電流
（IB）及び（IC）の関数として示してある。図４には、
前述の技術による半導体ダイオードレーザについて、同
様な特性を示してある。この両図でＭは任意の個別発振
を指す。ＭはＮ＋１で示した線形モードの上に記載して
ある。Ｍの発射波長（λ１）はＭの横軸（λ）への射影
で示される。これに関連し第２セクション（IB）に流れ
る電流値は、右の縦軸上で発振Ｍの基線に対応する水平
線の含まれる大括弧の後に記載してある。第３セクショ
ンに流れる電流値（IC）はＭの各基線に対応する左の縦
軸上に示される:IBのそれぞれの値に対しICの値は０か
ら10mA刻みで100mAまで増加している。図３に示すよう
に、本発明に基づき図１の実施例による半導体ダイオー
ドレーザは、各モード内、例えばＮ＋１モード内でほぼ
連続な同調が可能なことがわかる。これに反し、第２放
射伝導層21の無い、従前の技術による半導体ダイオード
レーザの同調範囲は、１つのモード例えばＮの中で、図
４中のＧで示すような区域であり、安定な発振Ｍは不可
能である。これらの図が示すように、本発明に基づく半
導体ダイオードレーザは、１つのモード内でかなりの良
い同調が可能であり、既に述べてきたように、多くの応
用に大きな利益をもたらす。
その発射波長の測定結果を、図１の半導体ダイオードレ
ーザの第２及び第３セクションにそれぞれ流れる電流
（IB）及び（IC）の関数として示してある。図４には、
前述の技術による半導体ダイオードレーザについて、同
様な特性を示してある。この両図でＭは任意の個別発振
を指す。ＭはＮ＋１で示した線形モードの上に記載して
ある。Ｍの発射波長（λ１）はＭの横軸（λ）への射影
で示される。これに関連し第２セクション（IB）に流れ
る電流値は、右の縦軸上で発振Ｍの基線に対応する水平
線の含まれる大括弧の後に記載してある。第３セクショ
ンに流れる電流値（IC）はＭの各基線に対応する左の縦
軸上に示される:IBのそれぞれの値に対しICの値は０か
ら10mA刻みで100mAまで増加している。図３に示すよう
に、本発明に基づき図１の実施例による半導体ダイオー
ドレーザは、各モード内、例えばＮ＋１モード内でほぼ
連続な同調が可能なことがわかる。これに反し、第２放
射伝導層21の無い、従前の技術による半導体ダイオード
レーザの同調範囲は、１つのモード例えばＮの中で、図
４中のＧで示すような区域であり、安定な発振Ｍは不可
能である。これらの図が示すように、本発明に基づく半
導体ダイオードレーザは、１つのモード内でかなりの良
い同調が可能であり、既に述べてきたように、多くの応
用に大きな利益をもたらす。
【００１７】 次に製造方法を説明する。 この例により説明した半導体ダイオードレーザは以下
のようにして製造される。図５ないし図９を参照された
い。これらのうち、図５ないし図７は図１のII−II線で
の断面図であり、図８と図９は同じくVIII−VIII線での
断面図である。
のようにして製造される。図５ないし図９を参照された
い。これらのうち、図５ないし図７は図１のII−II線で
の断面図であり、図８と図９は同じくVIII−VIII線での
断面図である。
【００１８】 出発点となる材料は、厚さ約360μm,結晶軸方向（10
0）のｎ型インジウム燐の基板１であり、そのドーピン
グ密度は例えば５×1018原子/cm3である。この基板は単
純な基板でもよいし、基礎となるキャリア本体の上にエ
ピタキシャル層を成長させたものであってもよい。
0）のｎ型インジウム燐の基板１であり、そのドーピン
グ密度は例えば５×1018原子/cm3である。この基板は単
純な基板でもよいし、基礎となるキャリア本体の上にエ
ピタキシャル層を成長させたものであってもよい。
【００１９】 上記の基板１の上面には、格子定数約240nmの回折格
子２（図５参照）をエッチングする。そのため、まず上
面に厚さ約100nmのフォトラッカーの層を作る。このフ
ォトラッカー層に、アルゴンレーザによる363.8nmの紫
外線を用いたホログラフィー露光を加え、ラスター状の
パターンを形成する。このパターンをマスクとして用い
て、基板の上面に形状２のように並行した溝エッチング
する。これに使用する溶液は、例えば、臭化水素（HB
r）と臭素（Br2）の水溶液で、その組成はH2O:HBr:Br2
＝60:30:10というものである。
子２（図５参照）をエッチングする。そのため、まず上
面に厚さ約100nmのフォトラッカーの層を作る。このフ
ォトラッカー層に、アルゴンレーザによる363.8nmの紫
外線を用いたホログラフィー露光を加え、ラスター状の
パターンを形成する。このパターンをマスクとして用い
て、基板の上面に形状２のように並行した溝エッチング
する。これに使用する溶液は、例えば、臭化水素（HB
r）と臭素（Br2）の水溶液で、その組成はH2O:HBr:Br2
＝60:30:10というものである。
【００２０】 フォトラッカーマスクを除去した後、In0.72Ga0.28As
0.60Ｐ0.40の組成を有する厚さ約0.2μｍの層11を、通
常の技術で液相から成長させ、基板の全面にわたって溝
２を充填する。その上に、意図的にドープしていない厚
さ約0.1μｍのインジウム燐の層12を成長させる。更
に、意図的にドープしてない厚さ約0.15μｍのIn0.57Ga
0.43As0.91Ｐ0.009の層13、意図的にドープしていない
厚さ0.05μｍのIn0.72Ga0.28As0.60Ｐ0.40のメルトバッ
ク防止層14、及び亜鉛１×1018原子/cm3をドープした厚
さ0.7μｍのインジウム燐の層を成長させる。これらの
成長工程が終わると、InP基板におけるラスター溝の深
さは約40nmとなる。次いで二酸化シリコン（SiO2）マス
ク層41を構成全体にわたり、例えばスパッタリングによ
り形成する。
0.60Ｐ0.40の組成を有する厚さ約0.2μｍの層11を、通
常の技術で液相から成長させ、基板の全面にわたって溝
２を充填する。その上に、意図的にドープしていない厚
さ約0.1μｍのインジウム燐の層12を成長させる。更
に、意図的にドープしてない厚さ約0.15μｍのIn0.57Ga
0.43As0.91Ｐ0.009の層13、意図的にドープしていない
厚さ0.05μｍのIn0.72Ga0.28As0.60Ｐ0.40のメルトバッ
ク防止層14、及び亜鉛１×1018原子/cm3をドープした厚
さ0.7μｍのインジウム燐の層を成長させる。これらの
成長工程が終わると、InP基板におけるラスター溝の深
さは約40nmとなる。次いで二酸化シリコン（SiO2）マス
ク層41を構成全体にわたり、例えばスパッタリングによ
り形成する。
【００２１】 次いで、この層41のうちセクションＢとＣを構成すべ
き部分を通常の方法で除去した後、層41の残り部分をマ
スクに使って、セクションＢとＣを構成すべき部分の半
導体層構造を層12に達するまでエッチングで取り去る
（図６参照）。
き部分を通常の方法で除去した後、層41の残り部分をマ
スクに使って、セクションＢとＣを構成すべき部分の半
導体層構造を層12に達するまでエッチングで取り去る
（図６参照）。
【００２２】 こうして作られた構造は、通常の何らかの方法で清浄
化したのち、再度これを成長反応装置に入れ、層41の残
った部分をマスクに使って、いくつもの半導体構造を局
部的に成長させる（図７参照）。まず、意図的にドープ
していないIn0.72Ga0.28As0.60Ｐ0.40による厚さ0.20μ
ｍの層21、これに次いで、１×1018原子/cm3の亜鉛をド
ープしたインジウム燐による厚さ0.8μｍの層22を形成
する。この後者の層は受動層15と均質的にほぼ隣接し、
同一組成、同型導電性を有する１つの半導体領域とし
て、ほぼ平坦な上側面を形成する。
化したのち、再度これを成長反応装置に入れ、層41の残
った部分をマスクに使って、いくつもの半導体構造を局
部的に成長させる（図７参照）。まず、意図的にドープ
していないIn0.72Ga0.28As0.60Ｐ0.40による厚さ0.20μ
ｍの層21、これに次いで、１×1018原子/cm3の亜鉛をド
ープしたインジウム燐による厚さ0.8μｍの層22を形成
する。この後者の層は受動層15と均質的にほぼ隣接し、
同一組成、同型導電性を有する１つの半導体領域とし
て、ほぼ平坦な上側面を形成する。
【００２３】 こうして出来た構造を成長反応装置から取り出し層41
を除去し清浄化した後、フォトラッカー、フォトリソグ
ラフィー、及び通常のエッチング液を用い、２つの溝10
をエッチングすることにより、メサ型構造９を形成する
（図８参照）。この10の縦軸は溝２と直交している（図
１をも参照のこと）。このメサ型溝構造の幅は頭部で約
0.9μｍである。フォトラッカーを除去清浄化の後、こ
うして得られた構造体を再び成長反応装置に入れ、いく
つもの半導体層を成長させる（図９参照）。まず、８×
1017原子/cm3の亜鉛でドープしたｐ型インジウム燐の層
31を、更にその上に８×1017原子/cm3のゲルマニウムを
ドープしたインジウム燐の電流阻止層32を成長させる。
これらの層は、溝10を部分的にあるいは全体的に充填す
るが、メサ型領域９の上には成長しない。このことは、
ここで用いる成長法が液相からの成長であることと、構
造の幾何学寸法、及び成長速度とに関連して可能にな
る。31と15と両層は領域90で合体する。
を除去し清浄化した後、フォトラッカー、フォトリソグ
ラフィー、及び通常のエッチング液を用い、２つの溝10
をエッチングすることにより、メサ型構造９を形成する
（図８参照）。この10の縦軸は溝２と直交している（図
１をも参照のこと）。このメサ型溝構造の幅は頭部で約
0.9μｍである。フォトラッカーを除去清浄化の後、こ
うして得られた構造体を再び成長反応装置に入れ、いく
つもの半導体層を成長させる（図９参照）。まず、８×
1017原子/cm3の亜鉛でドープしたｐ型インジウム燐の層
31を、更にその上に８×1017原子/cm3のゲルマニウムを
ドープしたインジウム燐の電流阻止層32を成長させる。
これらの層は、溝10を部分的にあるいは全体的に充填す
るが、メサ型領域９の上には成長しない。このことは、
ここで用いる成長法が液相からの成長であることと、構
造の幾何学寸法、及び成長速度とに関連して可能にな
る。31と15と両層は領域90で合体する。
【００２４】 次いで、ｐ型インジウム燐の層33として、厚さが例え
ば１μｍで、ドーピング密度は亜鉛１×1018原子/cm3の
もの、ｐ型接触層34として、その組成はIn0.72Ga0.28As
0.60Ｐ0.40、厚さは0.5μｍ、ドーピング密度は亜鉛１
×1019原子/cm3のものを成長させる。層33と層15および
22とは、メサ型９の上部で円滑に合体する（図２も参照
のこと）。
ば１μｍで、ドーピング密度は亜鉛１×1018原子/cm3の
もの、ｐ型接触層34として、その組成はIn0.72Ga0.28As
0.60Ｐ0.40、厚さは0.5μｍ、ドーピング密度は亜鉛１
×1019原子/cm3のものを成長させる。層33と層15および
22とは、メサ型９の上部で円滑に合体する（図２も参照
のこと）。
【００２５】 このように作られた半導体構造体を成長反応装置から
取出した後、その上部と下部に通例の組成を有する金属
層４と３を通常の方法で取付け、電電流接続ができるよ
うにする。 望ましいとあれば、金属層４を取り付けるに先立ち、
電流制限手段を追加してもよい。例えば、メサ型領域９
上部の面に亜鉛を局部的に拡散するとか、または、この
部分以外に対しH+イオン注入を行うことにより半導体抵
抗を高めるなどである。接続層34のドーピング密度がこ
こに示した例よりも低い時には、亜鉛の局部拡散が著し
く有効である。
取出した後、その上部と下部に通例の組成を有する金属
層４と３を通常の方法で取付け、電電流接続ができるよ
うにする。 望ましいとあれば、金属層４を取り付けるに先立ち、
電流制限手段を追加してもよい。例えば、メサ型領域９
上部の面に亜鉛を局部的に拡散するとか、または、この
部分以外に対しH+イオン注入を行うことにより半導体抵
抗を高めるなどである。接続層34のドーピング密度がこ
こに示した例よりも低い時には、亜鉛の局部拡散が著し
く有効である。
【００２６】 最後に、この半導体本体の上部に２つの溝をエッチン
グする（図２参照）。その結果、セクションA,B,Cに対
し、それぞれ独立に電流供給5,6,7を行なうことが可能
になる。これらの溝は格子溝２と平行しており、通例の
フォトリソグラフィーとエッチングで作ることができ
る。また、これらは、おおむね層33にまで到達してい
る。この半導体本体の１つの側面には、例えばスパッタ
リングが蒸着により、反射防止膜を設ける。この側面か
ら発生する電磁放射はガラスファイバーに導くことが可
能である。
グする（図２参照）。その結果、セクションA,B,Cに対
し、それぞれ独立に電流供給5,6,7を行なうことが可能
になる。これらの溝は格子溝２と平行しており、通例の
フォトリソグラフィーとエッチングで作ることができ
る。また、これらは、おおむね層33にまで到達してい
る。この半導体本体の１つの側面には、例えばスパッタ
リングが蒸着により、反射防止膜を設ける。この側面か
ら発生する電磁放射はガラスファイバーに導くことが可
能である。
【００２７】 図10には、本発明に基づく半導体ダイオードレーザの
第２の実施例につき、図１のII−II線における断面図を
示す。図２に対応する領域には同一の参照番号を付し、
その他については、関連説明に関する限り第１実施例の
番号を引用している。最も重要な相違点は、能動層13と
メルトバック層14とがこの断面図の中心部に存在するこ
と、および、第２放射伝導層（図２の層21）が存在しな
いことに関連している。
第２の実施例につき、図１のII−II線における断面図を
示す。図２に対応する領域には同一の参照番号を付し、
その他については、関連説明に関する限り第１実施例の
番号を引用している。最も重要な相違点は、能動層13と
メルトバック層14とがこの断面図の中心部に存在するこ
と、および、第２放射伝導層（図２の層21）が存在しな
いことに関連している。
【００２８】 本発明に基づく本実施例による半導体ダイオードレー
ザでは、第１セクション（Ａ）で発生する放射のうち、
第１セクションから第２セクション（Ｂ）への接合部で
反射するものの強さが、第２セクションから接合部に戻
るものより、相対的に弱くなるような手段が講じられて
いる。
ザでは、第１セクション（Ａ）で発生する放射のうち、
第１セクションから第２セクション（Ｂ）への接合部で
反射するものの強さが、第２セクションから接合部に戻
るものより、相対的に弱くなるような手段が講じられて
いる。
【００２９】 その手段として、本実施例では、第２セクション
（Ｂ）に隣接する半導体本体の側面に高反射被覆56を設
けている。他の側面には反射防止膜55があり、応用面に
利用することのできる電磁放射はここから発射する。高
反射被覆の存在により、第２セクションＢから第１セク
ションＡに戻る放射の強さはかなり増加する。その結果
として、第１セクションＡの接合部での第１から第２セ
クションへの反射の強さは、上記Ａに戻る放射の強さに
比し相対的に低くなる。この結果、１つのモード内での
同調範囲における禁止帯の発生は、既にこの明細書の導
入部で延べた通り、抑圧または制限される。
（Ｂ）に隣接する半導体本体の側面に高反射被覆56を設
けている。他の側面には反射防止膜55があり、応用面に
利用することのできる電磁放射はここから発射する。高
反射被覆の存在により、第２セクションＢから第１セク
ションＡに戻る放射の強さはかなり増加する。その結果
として、第１セクションＡの接合部での第１から第２セ
クションへの反射の強さは、上記Ａに戻る放射の強さに
比し相対的に低くなる。この結果、１つのモード内での
同調範囲における禁止帯の発生は、既にこの明細書の導
入部で延べた通り、抑圧または制限される。
【００３０】 本実施例における高反射被覆は８層から成り、その中
では二酸化シリコン（SiO2）と酸化ハフニウム（HfO2）
とが交互に存在し、それぞれの厚さは、波長（λ）の４
分の１に対応して、第１材料では約276nm,第２材料では
220nmである。この結果、膜の全体の厚さは約２μｍと
なる。
では二酸化シリコン（SiO2）と酸化ハフニウム（HfO2）
とが交互に存在し、それぞれの厚さは、波長（λ）の４
分の１に対応して、第１材料では約276nm,第２材料では
220nmである。この結果、膜の全体の厚さは約２μｍと
なる。
【００３１】 図11には、モードごとにまとめたレーザ発振の様子
と、図10に対応する実施例における半導体ダイオードレ
ーザの第２、第３セクションにそれぞれ流れる電流
（IB），（IC）の関数としてのその発射波長とを測定し
た結果を示す。この図は図３と酷似しており、図４（従
前の技術）と比較すれば判るように、この実施例でも、
１つのモード内で実質連続的な同調可能性が得られ、し
かも禁止帯は全くか又はほとんど生じていない。
と、図10に対応する実施例における半導体ダイオードレ
ーザの第２、第３セクションにそれぞれ流れる電流
（IB），（IC）の関数としてのその発射波長とを測定し
た結果を示す。この図は図３と酷似しており、図４（従
前の技術）と比較すれば判るように、この実施例でも、
１つのモード内で実質連続的な同調可能性が得られ、し
かも禁止帯は全くか又はほとんど生じていない。
【００３２】 この第２実施例による半導体ダイオードレーザの製造
方法を、第１実施例のそれと比較する。相違点は、第２
放射伝導層が成長しないこと、および、３つのセクショ
ンの相互位置を決めるに際し、第１セクション（Ａ）が
他の２セクション（Ｂ），（Ｃ）の中間に存在するよう
適当なマスクを用いることに関連している。
方法を、第１実施例のそれと比較する。相違点は、第２
放射伝導層が成長しないこと、および、３つのセクショ
ンの相互位置を決めるに際し、第１セクション（Ａ）が
他の２セクション（Ｂ），（Ｃ）の中間に存在するよう
適当なマスクを用いることに関連している。
【００３３】 第３の実施例においては、第１セクションで発生した
放射のうち、第１セクションと第２セクション（Ｂ）と
の接合部で反射する放射を、第２セクションから接合部
に戻る放射に比し小さくするための手段として、第１、
第２実施例の手段を双方とも備えることが可能である。
前記各実施例および前文で論じたことから見て、このよ
うな組合せを行なうことで、同等またはそれ以上のすぐ
れた特性が得られるのは明らかである。
放射のうち、第１セクションと第２セクション（Ｂ）と
の接合部で反射する放射を、第２セクションから接合部
に戻る放射に比し小さくするための手段として、第１、
第２実施例の手段を双方とも備えることが可能である。
前記各実施例および前文で論じたことから見て、このよ
うな組合せを行なうことで、同等またはそれ以上のすぐ
れた特性が得られるのは明らかである。
【００３４】 本発明に関しては、当業者には明らかなように、多く
の組合せや変化が考えられ、決してここに述べた諸実施
例に止まるものではない。例えば、特筆できることとし
て、すべての実施例において第１受動層を除去してもよ
い。このことにより、本発明に基づく半導体ダイオード
レーザのその他の特性およびその製造に関連して、いく
つかの利点欠点は生じるものの、本発明で得られる好ま
しい効果には何ら影響を与えることがない。更に本半導
体ダイオードレーザはメルトバック防止層なしで作るこ
ともできる。またDCPBH構造の代わりに、いわゆるBH
（埋め込みヘテロ）を用いてこの半導体ダイオードレー
ザを構成することもできる。この場合、メサ部分の側面
には、２つの溝ではなく、下方に位置する２つの半無限
面が存在することになる。このような構造においては、
メサ部分自体もDCPBH構造に比し幅が広いのが普通であ
る。この２つの相違点から、メサ上の成長はより容易に
起こり易くなる。従って、メサ上の成長が起こって欲し
くないような製造工程では、このメサを、例えば二酸化
シリコン膜で覆うことがしばしば行なわれる。
の組合せや変化が考えられ、決してここに述べた諸実施
例に止まるものではない。例えば、特筆できることとし
て、すべての実施例において第１受動層を除去してもよ
い。このことにより、本発明に基づく半導体ダイオード
レーザのその他の特性およびその製造に関連して、いく
つかの利点欠点は生じるものの、本発明で得られる好ま
しい効果には何ら影響を与えることがない。更に本半導
体ダイオードレーザはメルトバック防止層なしで作るこ
ともできる。またDCPBH構造の代わりに、いわゆるBH
（埋め込みヘテロ）を用いてこの半導体ダイオードレー
ザを構成することもできる。この場合、メサ部分の側面
には、２つの溝ではなく、下方に位置する２つの半無限
面が存在することになる。このような構造においては、
メサ部分自体もDCPBH構造に比し幅が広いのが普通であ
る。この２つの相違点から、メサ上の成長はより容易に
起こり易くなる。従って、メサ上の成長が起こって欲し
くないような製造工程では、このメサを、例えば二酸化
シリコン膜で覆うことがしばしば行なわれる。
【００３５】 放射誘導層の組成は、能動層からの放射を良く導くよ
うに選ばねばならない。原則的には、放射誘導層には多
数の成分が使用可能である。然し、この組成は能動層の
組成と大差無いものが望ましいことが判っている。例え
ば、能動層の組成が放射波長約1.3μｍの場合、放射波
長約1.2μｍに対応する組成の放射誘導層を用いた時最
良の結果が得られたのである。
うに選ばねばならない。原則的には、放射誘導層には多
数の成分が使用可能である。然し、この組成は能動層の
組成と大差無いものが望ましいことが判っている。例え
ば、能動層の組成が放射波長約1.3μｍの場合、放射波
長約1.2μｍに対応する組成の放射誘導層を用いた時最
良の結果が得られたのである。
【００３６】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの製造に関し
てはこのほか多数の変化も可能である。例えば、１つま
たはそれ以上の層を、液相以外からエピタキシャル成長
させることもできる。
てはこのほか多数の変化も可能である。例えば、１つま
たはそれ以上の層を、液相以外からエピタキシャル成長
させることもできる。
【図１】 本発明に基づく分布反射付き半導体ダイオー
ドレーザの第１の実施例を、一部は透視図、一部は断面
図により図解した概略図である。
ドレーザの第１の実施例を、一部は透視図、一部は断面
図により図解した概略図である。
【図２】 図１の半導体ダイオードレーザのII−II線で
切った断面図ある。
切った断面図ある。
【図３】 図１の半導体ダイオードレーザのモード別発
振の様子とその発射波長測定値を、図１の第２セクショ
ンと第３セクションにそれぞれ流れる電流（IB）と
（IC）の関数として示した図である。
振の様子とその発射波長測定値を、図１の第２セクショ
ンと第３セクションにそれぞれ流れる電流（IB）と
（IC）の関数として示した図である。
【図４】 従来技術による半導体ダイオードレーザのモ
ード別発振の様子とその発射波長測定値を、第２セクシ
ョンと第３セクションとにそれぞれ流れる電流（IB）と
（IC）の関数として示した図である。
ード別発振の様子とその発射波長測定値を、第２セクシ
ョンと第３セクションとにそれぞれ流れる電流（IB）と
（IC）の関数として示した図である。
【図５】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの第
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るII−II線での断面図である。
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るII−II線での断面図である。
【図６】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの第
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るII−II線での断面図である。
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るII−II線での断面図である。
【図７】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの第
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るII−II線での断面図である。
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るII−II線での断面図である。
【図８】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの第
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るVIII−VIII線での断面図である。
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るVIII−VIII線での断面図である。
【図９】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの第
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るVIII−VIII線での断面図である。
１の実施例を、その製造工程に従って示した図１におけ
るVIII−VIII線での断面図である。
【図１０】 本発明に基づく半導体ダイオードレーザの
第２の実施例に関して、図１のII−II線での断面図であ
る。
第２の実施例に関して、図１のII−II線での断面図であ
る。
【図１１】 図10の半導体ダイオードレーザのモード別
発振における発射波長の測定値を、図１の第２セクショ
ンと第３セクションとにそれぞれ流れる電流（IB）と
（IC）の関数として示した図である。
発振における発射波長の測定値を、図１の第２セクショ
ンと第３セクションとにそれぞれ流れる電流（IB）と
（IC）の関数として示した図である。
１……基板 ２……厚さの周期的変化 3,4……金属層 5,6,7,8……電気的接続部 ９……メサ型領域 10……２つの溝 11,21……放射伝導層 12,15,22,31,32,33……受動層 13……能動層 14……メルトバック防止層 34……接触層 50,51……端面 55……反射防止膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーテル イドス クインデルスマ オランダ国5621 ベーアー アインドー フェン フルーネバウツウェッハ１ (72)発明者 テウニス ファン ドンヘン オランダ国5621 ベーアー アインドー フェン フルーネバウツウェッハ１ (56)参考文献 特開 昭61−220389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−212082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−237589（ＪＰ，Ａ) Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，Ｖｏｌ．23，Ｎｏ．７，ｐｐ325 −327
Claims (8)
- 【請求項１】分布反射付きの同調可能な半導体ダイオー
ドレーザが３つの互いに接する層を持つ半導体の本体を
有して成り； 該３つの互いに接する層は第１の光誘導層（11）と、光
誘導領域（21）及び能動領域（13）を含む第２の光誘導
層とを有し、該第１及び第２の光誘導層は受動層（12）
により分離され、該受動層の屈折率は第１及び第２の光
誘導層の屈折率より低いものであり； 上記３つの互いに接する層は、能動領域（13）内で生成
される光の伝播のために第１及び第２の光誘導層の２つ
の端の面の間に共振空洞を形成し； 上記第２の光誘導層の光誘導領域（21）はその端が上記
能動領域（13）と結合しており、その結合は該光誘導領
域と能動領域とが接続点ではほぼ同じ厚みをもつように
してあり； 上記半導体の本体はその両端面の間が３つのセクション
から成り、それら各セクションはそれぞれが上記３つの
互いに接する層の一部分を含んでおり、 第１のセクション（Ａ）は第１の電流供給源を持ち、第
２の光誘導層の光誘導領域（21）伝いに伝播する光を生
成するため、及び第１の光誘導層（11）中へと光を結合
させるための能動領域（13）を含み、 第２のセクション（Ｂ）は第２の電流供給源を持ち、そ
れによって第１及び第２の光誘導層の該セクション内に
在る部分の屈折率を変えることができ、 第３のセクション（Ｃ）は第３の電流供給源を持ち、第
１の光誘導層の該セクション（Ｃ）内に在る部分に沿っ
て屈折率の周期的変動（２）を有し、 第２及び第３のセクション（B,C）は、第２の光誘導層
の光誘導領域（21）を含み、第２及び第３のセクション
（B,C）への電流供給源はレーザの波長を連続的に又は
段階的に同調させるために変動する； ところの半導体ダイオードレーザにおいて、 第１のセクション（Ａ）内で能動領域（13）を介して生
成され、第1,第２セクション（A,B）間の能動領域（1
3）と光誘導領域（21）との接続点で反射する光の強度
は、周期的変動（２）から反射されたフィードバックが
第１の光誘導層から戻って結合し能動領域（13）へと戻
る光の強度に比して相対的に小さく、それにより同調し
た波長で励起される光を発出することを特徴とする半導
体ダイオードレーザ。 - 【請求項２】請求項１に記載の半導体ダイオードレーザ
において、上記第２の光誘導層の光誘導領域（21）は、
上記第１のセクション（Ａ）の少なくとも一方の側に、
上記能動領域（13）のレベルにそれと隣接して設けられ
ており、その厚さは上記能動領域の厚さとほぼ同じであ
ることを特徴とする半導体ダイオードレーザ。 - 【請求項３】請求項２に記載の半導体ダイオードレーザ
において、上記第１のセクション（Ａ）の少なくとも一
方の側で上記能動領域（13）の上にそれと隣接してメル
トバック防止層（14）が設けられ、該能動領域（13）の
厚さと該メルトバック防止層（14）の厚さとの合計は、
上記第２の光誘導層の光誘導領域（21）の厚さにほぼ等
しいことを特徴とする半導体ダイオードレーザ。 - 【請求項４】請求項２又は３に記載の半導体ダイオード
レーザにおいて、上記第1,第2,及び第３のセクション
は、上記共振空洞の両端の面の間にこの順に並んでいる
ことを特徴とする半導体ダイオードレーザ。 - 【請求項５】請求項２又は３に記載の半導体ダイオード
レーザにおいて、上記第１のセクションは、上記共振空
洞の少なくともほぼ中央に位置し、上記第２のセクショ
ン及び第３のセクションは、該第１のセクションのそれ
ぞれ両側に所在することを特徴とする半導体ダイオード
レーザ。 - 【請求項６】請求項１に記載の半導体ダイオードレーザ
において、 上記第１のセクションは上記共振空洞の少なくともほぼ
中央に位置し、上記第２のセクション及び第３のセクシ
ョンは、該第１のセクションのそれぞれ両側に所在する
こと、及び 高反射被覆（56）が上記第２のセクションの一方の側面
上に設けられ、該側面は上記共振空洞が所在する方の面
と一致することを特徴とする半導体ダイオードレーザ。 - 【請求項７】請求項１ないし３のうちのいずれか１項に
記載の半導体ダイオードレーザにおいて、上記第１のセ
クションはBH型（Buried Hetero structure−埋め込み
ヘテロ構造）であることを特徴とする半導体ダイオード
レーザ。 - 【請求項８】請求項１ないし３のうちのいずれか１項に
記載の半導体ダイオードレーザにおいて、上記第１のセ
クションはDCPBH型（Double Channel Planar Buried He
tero structure−二重チャネルプレーナ埋め込みヘテロ
構造）であることを特徴とする半導体ダイオードレー
ザ。」
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