JP3450169B2 - Distributed feedback semiconductor laser - Google Patents

Distributed feedback semiconductor laser

Info

Publication number
JP3450169B2
JP3450169B2 JP34196797A JP34196797A JP3450169B2 JP 3450169 B2 JP3450169 B2 JP 3450169B2 JP 34196797 A JP34196797 A JP 34196797A JP 34196797 A JP34196797 A JP 34196797A JP 3450169 B2 JP3450169 B2 JP 3450169B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffraction grating
coupling coefficient
grating
phase shift
dfb laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP34196797A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11163464A (en
Inventor
卓夫 森本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Electronics Corp
Original Assignee
NEC Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Electronics Corp filed Critical NEC Electronics Corp
Priority to JP34196797A priority Critical patent/JP3450169B2/en
Publication of JPH11163464A publication Critical patent/JPH11163464A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3450169B2 publication Critical patent/JP3450169B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、分布帰還型半導体
レーザに関し、特に結合係数が共振器軸方向で変化する
分布帰還型半導体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser, and more particularly to a distributed feedback semiconductor laser whose coupling coefficient changes in the cavity axis direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】回折格子を備えた分布帰還型半導体レー
ザ(Distributed Feedback Laser :以下、DFBレーザ
と称する) は、Bragg 反射を利用することにより、変調
時においても単一波長のレーザ発振動作が得られること
から、長距離光ファイバ通信に広く用いられている。そ
して現在広く用いられているDFBレーザには、均一グ
レーティングDFBレーザと、λ/4位相シフトDFB
レーザがある。
2. Description of the Related Art A distributed feedback semiconductor laser (hereinafter referred to as a DFB laser) having a diffraction grating can obtain a laser oscillation operation of a single wavelength even at the time of modulation by utilizing Bragg reflection. Therefore, it is widely used for long-distance optical fiber communication. The DFB lasers widely used at present include a uniform grating DFB laser and a λ / 4 phase shift DFB laser.
There is a laser.

【0003】均一グレーティングDFBレーザは、回折
格子のピッチが一定で位相の飛びもなく、共振器の両端
面は無反射コーティング膜(以下、ARコーティング膜
と称する)と高反射コーティング膜(以下、HRコーテ
ィング膜と称する)が施されている。またλ/4位相シ
フトDFBレーザは、共振器軸方向の中央にλ/4位相
シフト点があり、共振器の両端面はAR−ARコーティ
ングが施されている。
The uniform grating DFB laser has a constant diffraction grating pitch and no phase jump, and both end faces of the resonator have a non-reflective coating film (hereinafter referred to as AR coating film) and a high-reflection coating film (hereinafter referred to as HR). (Referred to as coating film). Further, the λ / 4 phase shift DFB laser has a λ / 4 phase shift point at the center in the axial direction of the resonator, and both end faces of the resonator are AR-AR coated.

【0004】上述のように均一グレーティングDFBレ
ーザは、AR−HRコーティングを施してあるためAR
側から大きな光出力が得られるが、λ/4位相シフトD
FBレーザは基本的には両端面からの光出力が同じなの
で、均一グレーティングDFBレーザに比べて前方から
取り出せる光出力が小さくなる。然しながら均一グレー
ティングDFBレーザは、λ/4位相シフトDFBレー
ザに比べ、シングルモード性が劣り製造上の歩留りが悪
く、またレーザをデジタルで変調した時の動的なシング
ルモード性も劣るため、光通信に使用した場合に信号誤
り率が大きくなるという欠点がある。
As described above, the uniform grating DFB laser has an AR-HR coating and therefore has an AR.
A large optical output can be obtained from the side, but λ / 4 phase shift D
Since the FB laser basically has the same light output from both end faces, the light output that can be extracted from the front is smaller than that of the uniform grating DFB laser. However, the uniform grating DFB laser is inferior to the λ / 4 phase shift DFB laser in the single mode property and the manufacturing yield is poor, and the dynamic single mode property when the laser is digitally modulated is also inferior, so that the optical communication However, there is a drawback that the signal error rate becomes large when used for.

【0005】シングルモード性を定量的に扱う値とし
て、通常Δαで表される閾値利得差がある。レーザは、
光導波路の利得がある値以上になるとレーザ発振し、こ
のレーザ発振の利得を閾値利得と言うが、DFBレーザ
では異なった波長で発振するそれぞれのモードに対して
閾値利得がある。そして最も低い閾値利得を有するモー
ドと次に低い閾値利得を有するモードとの、閾値利得の
差を閾値利得差Δαと言うが、構造上、λ/4位相シフ
トDFBレーザでは大きな閾値利得差が得られるが、均
一グレーティングDFBレーザでは小さな閾値利得差し
か得られない。
A threshold gain difference, which is usually represented by Δα, is a value for quantitatively treating the single mode property. Laser
Laser oscillation occurs when the gain of the optical waveguide exceeds a certain value, and the gain of this laser oscillation is called a threshold gain. In the DFB laser, there is a threshold gain for each mode oscillating at different wavelengths. The difference in threshold gain between the mode having the lowest threshold gain and the mode having the next lowest threshold gain is called the threshold gain difference Δα. Due to the structure, a large threshold gain difference can be obtained in a λ / 4 phase shift DFB laser. However, with a uniform grating DFB laser, only a small threshold gain difference can be obtained.

【0006】均一グレーティングDFBレーザとλ/4
位相シフトDFBレーザとは、光通信に使用する場合、
それぞれ上述のような合い反する長所と短所があり、こ
れらの短所を解消するレーザの研究が行われている。例
えば、昭和60年度電子通信学会半導体・材料部門全国
大会、論文番号310(1985)では、λ/4位相シフト
DFBレーザにおいて、AR−HRコーティングを施
し、位相シフト位置を後方のHR側にずらすことによっ
て、閾値利得差をある程度の値に保持しながら前方光出
力を大きく取り出す方法が提案されている。
Uniform grating DFB laser and λ / 4
A phase shift DFB laser is used for optical communication.
Each of them has the above-mentioned contradictory advantages and disadvantages, and researches on lasers for solving these disadvantages have been conducted. For example, in the 1985 National Conference on Semiconductor and Materials Division of the Institute of Electronics and Communication Engineers, Article No. 310 (1985), AR-HR coating was applied to a λ / 4 phase shift DFB laser, and the phase shift position was shifted to the rear HR side. Proposes a method of extracting a large front light output while maintaining the threshold gain difference at a certain value.

【0007】然しながらHRコーティングを施したDF
Bレーザは、一般に回折格子の端面位相により閾値利得
差が変動し、このため論理的にある確率でシングルモー
ド不良が発生する。このためAR−HRコーティングを
施した非対称型λ/4位相シフトDFBレーザは、均一
グレーティングDFBレーザよりシングルモード歩留り
が向上したとしても、ある一定の割合で不良が発生する
のを避けられない。
However, DF with HR coating
In the B laser, the threshold gain difference generally fluctuates depending on the phase of the end face of the diffraction grating, and therefore a single mode failure occurs with a certain probability. Therefore, the asymmetric λ / 4 phase shift DFB laser with the AR-HR coating inevitably has defects at a certain rate even if the single mode yield is improved as compared with the uniform grating DFB laser.

【0008】また、AR−ARコーティングのλ/4位
相シフトDFBレーザにおいても、前方光出力と後方光
出力を異ならせようとする研究がなされている。例え
ば、"Asymmetric λ/4-Shifet InGaAsP/InP DFB Laser
s" M.Usami et.(IEEE J. Quantum Electron., QE-23,
p.815〜821,1987年6月) では、共振器軸方向の中
央からλ/4位相シフト点を前方にずらすことにより、
それ程シングルモード性を損なわずに前方光出力を向上
させる方法を開示している。
Also, in the AR-AR coated λ / 4 phase shift DFB laser, studies have been conducted to make the front light output and the rear light output different from each other. For example, "Asymmetric λ / 4-Shifet InGaAsP / InP DFB Laser
s "M. Usami et. (IEEE J. Quantum Electron., QE-23,
p.815-821, June 1987), by shifting the λ / 4 phase shift point forward from the center of the resonator axial direction,
A method for improving the front light output without deteriorating the single mode property is disclosed.

【0009】また例えば特公平1−37872号公報で
は、位相シフト点の前後で回折格子の高さを変化させ
て、前方光出力と後方光出力とを変化させる方法を開示
している。また、このような回折格子の高さを変化させ
た場合の解析については、例えば、" λ/4-Shifet InGa
AsP/InP DFB Lasers" k.Utaka et.(IEEE J. Quantum E
lectron., QE-22, p.1042〜1051 ,1986年7月) に
述べられている。
Further, for example, Japanese Patent Publication No. 1-37872 discloses a method of changing the height of the diffraction grating before and after the phase shift point to change the front light output and the rear light output. In addition, for the analysis when changing the height of such a diffraction grating, see, for example, "λ / 4-Shifet InGa
AsP / InP DFB Lasers "k.Utaka et. (IEEE J. Quantum E
lectron., QE-22, p.1042-1051, July 1986).

【0010】以下、従来の分布帰還型半導体レーザにつ
いて、図面を参照して説明する。図8は、従来のこの種
の分布帰還型半導体レーザの構成の一例を示す断面図で
ある。図8において、1はn型InP基板、2は回折格
子、3はn−InGaAsPガイド層、4はSCH−歪
MQW層、5はp−InPクラッド層、6はp−コンタ
クト層、7はp側電極、8はn側電極、9はARコーテ
ィング膜を示す。表面面方位が(100)のn型InP
基板1に、共振器軸方向に対して中央の位置にλ/4位
相シフトのある回折格子2が刻まれる。回折格子2のピ
ッチは光導波路内の光の波長の半分であることから、こ
の位相シフトは、回折格子の位相をπずらしたものであ
る。
A conventional distributed feedback semiconductor laser will be described below with reference to the drawings. FIG. 8 is a sectional view showing an example of the configuration of a conventional distributed feedback semiconductor laser of this type. In FIG. 8 , 1 is an n-type InP substrate, 2 is a diffraction grating, 3 is an n-InGaAsP guide layer, 4 is a SCH-strained MQW layer, 5 is a p-InP cladding layer, 6 is a p-contact layer, and 7 is p. A side electrode, 8 is an n-side electrode, and 9 is an AR coating film. N-type InP with surface orientation of (100)
The substrate 1 is provided with a diffraction grating 2 having a λ / 4 phase shift at a center position with respect to the resonator axis direction. Since the pitch of the diffraction grating 2 is half the wavelength of the light in the optical waveguide, this phase shift is a phase shift of the diffraction grating by π.

【0011】図8に示すλ/4位相シフトDFBレーザ
の特徴的なことは、回折格子2の山の高さをλ/4位相
シフト位置から前方側では低くし、後方側では高くして
いる点である。この回折格子2を形成した基板1の上に
は、厚さが100nm でバンドギャップ波長が1.15μmの(1.
15μm 組成の) n−InGaAsPガイド層3、活性
層、p−InPクラッド層5が積層される。近年では、
活性層にSCH−歪MQW層4が用いられる。SCHと
は、Separate Confinement Heterostructureの略であ
り、歪MQWの両側にInGaAsP層が設けられて光
閉じ込め効果を有しており、MQWとは、Multi-Quantu
m Wellの略であり、多重量子井戸構造と呼ばれるもので
ある。
The characteristic feature of the λ / 4 phase shift DFB laser shown in FIG . 8 is that the height of the peak of the diffraction grating 2 is lowered from the λ / 4 phase shift position to the front side and increased to the rear side. It is a point. On the substrate 1 on which the diffraction grating 2 is formed, the thickness is 100 nm and the band gap wavelength is 1.15 μm (1.
An n-InGaAsP guide layer 3 (having a composition of 15 μm), an active layer, and a p-InP clad layer 5 are laminated. in recent years,
The SCH-strained MQW layer 4 is used for the active layer. SCH is an abbreviation for Separate Confinement Heterostructure, and InGaAsP layers are provided on both sides of the strained MQW to have an optical confinement effect, and MQW is Multi-Quantu
Abbreviation for m well, which is called a multiple quantum well structure.

【0012】このような回折格子を有した光導波路で
は、共振器軸方向に等価屈折率が例えば、 n =n0+n1・c
os( 2β0z+ Ω) のように周期的に変動している。ここ
で真空中の光の波数をk0とおいて、 κ =k0n1/2 と定
義されるκを結合係数と呼ぶ。図8に示すレーザは、λ
/4シフト点の前後で結合係数κを変化させるために、
回折格子の高さを変化させている例であるが、結合係数
κを変化させるために回折格子のデューティを変える構
成のものもある。
In an optical waveguide having such a diffraction grating, the equivalent refractive index in the cavity axis direction is, for example, n = n 0 + n 1 · c
It fluctuates periodically like os (2β 0 z + Ω). Here, let k0 be the wave number of light in a vacuum, and κ defined as κ = k 0 n 1/2 is called the coupling coefficient. The laser shown in FIG.
In order to change the coupling coefficient κ before and after the / 4 shift point,
This is an example in which the height of the diffraction grating is changed, but there is also a configuration in which the duty of the diffraction grating is changed in order to change the coupling coefficient κ.

【0013】DFBレーザでは、光のフィールド強度を
共振器軸方向分布でなるべくフラットにするため、設計
上、結合係数κを共振器軸方向で変化させると良い場合
がある。例えば特開平8−255954号公報では、λ
/4シフトDFBレーザにおいて、λ/4位置でフィー
ルドが大きくなりキャリア密度が小さくなる軸方向のス
ペーシャルホールバーニングを抑制するために、回折格
子のデューティを変化させ、共振器軸方向の中央部分で
結合係数を小さくしている。この場合、回折格子の高さ
を変化させる構成ではないので、製造は比較的容易に行
える。
In the DFB laser, in order to make the field intensity of light as flat as possible in the axial direction of the resonator, it may be preferable to change the coupling coefficient κ in the axial direction of the resonator in terms of design. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 8-255954, λ
In the / 4 shift DFB laser, the duty of the diffraction grating is changed in order to suppress the spatial hole burning in the axial direction in which the field becomes large and the carrier density becomes small at the λ / 4 position. The coupling coefficient is reduced. In this case, since the height of the diffraction grating is not changed, the manufacturing can be performed relatively easily.

【0014】同じ目的で、特公平8−17262号公報
では、高次の回折格子を用いることを前提としている。
然しながら2次の回折格子は1次の回折格子に比べて、
Bragg 反射による分布帰還が格段に弱まるため最適設計
とならず、実際にこのような方法を適用した製品例はな
い。
For the same purpose, Japanese Patent Publication No. 8-17262 presupposes that a high-order diffraction grating is used.
However, the second-order diffraction grating is
Since distributed feedback due to Bragg reflection is significantly weakened, the design is not optimal, and there are no product examples that actually apply such a method.

【0015】またアナログ用途のDFBレーザでは、注
入電流に対する光出力特性のリニアリティを向上させる
ために、特に、共振器軸方向の光のフィールドフラット
ネスが要求される。均一グレーティングDFBレーザに
おいて、このようなフィールドフラットネスを実現する
ためには、AR側の結合係数を大きく、HR側の結合係
数を小さくすればよいが、特開平9−64456号公報
では、選択成長の成長阻止マスク幅より、エピタキシャ
ル層の層厚が変化することを利用して、共振器軸方向の
結合係数を変化させている。アナログ性能を向上させる
という同じ目的をもった例としては、特開平6−310
806号公報があり、この場合はAR側の一部にのみ回
折格子を持たせ、HR側の領域の回折格子を無くしてい
る。
Further, in the DFB laser for analog use, in order to improve the linearity of the light output characteristic with respect to the injection current, the field flatness of light in the axial direction of the cavity is particularly required. In order to realize such field flatness in the uniform grating DFB laser, the coupling coefficient on the AR side may be increased and the coupling coefficient on the HR side may be decreased. However, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-64456, selective growth is performed. The coupling coefficient in the cavity axial direction is changed by utilizing the fact that the thickness of the epitaxial layer changes depending on the width of the growth inhibition mask. As an example having the same purpose of improving analog performance, Japanese Patent Laid-Open No. 6-310
There is a Japanese Patent No. 806 publication, and in this case, a diffraction grating is provided only in a part on the AR side and the diffraction grating in the region on the HR side is eliminated.

【0016】また均一グレーティングに比べ、位相シフ
トを回折格子に導入するのは、製造が難しいという欠点
がある。例えば特開昭61−222189号公報では、
活性層の上下に回折格子を設け、それらの回折格子のピ
ッチをずらしてシングルモード発振するようにしてい
る。
Further, compared to the uniform grating, the introduction of the phase shift into the diffraction grating has a drawback that it is difficult to manufacture. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 61-222189,
Diffraction gratings are provided above and below the active layer, and the pitches of the diffraction gratings are shifted so that single mode oscillation is achieved.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の分布帰
還型半導体レーザは、以下のような問題点があった。第
1には、従来の非対称型λ/4シフトDFBレーザにお
いては、対称型λ/4シフトDFBレーザに比べ前方光
出力は増すものの閾値利得差が悪く、近年の光デジタル
通信に要求される符号誤り率の基準を満たすことができ
ない。また、シングルモード歩留まりも低下するためコ
スト高になるという問題がある。
The conventional distributed feedback semiconductor laser described above has the following problems. First, in the conventional asymmetric λ / 4 shift DFB laser, the forward light output is increased as compared with the symmetric λ / 4 shift DFB laser, but the threshold gain difference is poor, and the code required for recent optical digital communication is The error rate criteria cannot be met. Further, there is also a problem that the single mode yield is lowered and the cost is increased.

【0018】例えばAR−HRコーティングを施した昭
和60年度電子通信学会半導体・材料部門全国大会、論
文番号310に開示されている技術では、HR側で端面
位相の影響を受けるため、一定の確率で不良が発生す
る。また、AR−ARコーティングのλ/4シフトDF
Bレーザに対して、位相シフト位置から後方側の長さを
1 ,その結合係数をκ1 、位相シフト位置から前方側
の長さをL2 ,その結合係数をκ2 としたとき、L1
L2,κ12 として非対称とした場合や、特公平1−3
7872号公報のようにL1=L2 ,κ1 >κ2 として非対
称とした場合、対称型に比べて閾値利得差と共振器軸方
向のフィールドフラットネスが悪化する。
[0018] For example, in the technology disclosed in Article No. 310 of the National Conference on Semiconductor and Materials Division of the Institute of Electronics and Communication Engineers of 1985, which has been coated with AR-HR, there is a certain probability that the technology is influenced by the end face phase on the HR side. Defects occur. In addition, λ / 4 shift DF of AR-AR coating
With respect to the B laser, when the length from the phase shift position to the rear side is L 1 , its coupling coefficient is κ 1 , the length from the phase shift position to the front side is L 2 , and its coupling coefficient is κ 2 , 1 >
When L 2 and κ 1 = κ 2 are asymmetrical,
When L 1 = L 2 and κ 1 > κ 2 are asymmetrical as in Japanese Patent No. 7872, the threshold gain difference and the field flatness in the cavity axis direction are worse than in the symmetrical type.

【0019】閾値利得差の悪化は、符号誤り率の悪化,
シングルモードの歩留まりの悪化に結びつくが、フィー
ルドフラットネスの悪化もシングルモード性の悪化に結
びつく。すなわち共振器軸方向で光のフィールド分布が
生じると、それに応じて活性層のキャリア濃度分布が生
じ、このため光の導波路の等価屈折率が共振器軸方向で
変化するが、これが閾値利得差の悪化に結びついてシン
グルモード性が悪くなる。
The deterioration of the threshold gain difference is caused by the deterioration of the code error rate,
Although the yield of single mode is deteriorated, the deterioration of field flatness is also deteriorated of single mode property. That is, when a field distribution of light occurs in the cavity axis direction, a carrier concentration distribution of the active layer occurs accordingly, and the equivalent refractive index of the light waveguide changes in the cavity axis direction. Associated with the deterioration of the single mode.

【0020】第2には、例えば特公平1−37872号
公報のように、結合係数を共振器の途中でκ1 >κ2
ように変化させることが製造上非常に難しいという問題
がある。今日、歪MOWは、有機金属気相成長法(以
下、MO−VPE法と呼ぶ)で結晶成長させるが、この
とき基板上に形成した回折格子を、フォスフィン(P
H3),アルシン(AsH3)雰囲気中で昇温中に崩して、所望
の高さを得ている。従って共振器軸方向でその高さが変
化する回折格子の製造再現性が十分確保できないからで
ある。
Second, there is a problem in that it is very difficult to change the coupling coefficient such that κ 1 > κ 2 in the middle of the resonator, as in Japanese Patent Publication No. 1-37872. In today's strained MOW, crystals are grown by metalorganic vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as MO-VPE method). At this time, the diffraction grating formed on the substrate is
H 3), arsine (in breaking during heating in AsH 3) atmosphere, to obtain the desired height. Therefore, the manufacturing reproducibility of the diffraction grating whose height changes in the cavity axis direction cannot be sufficiently ensured.

【0021】なお上述した特開平8−255954号公
報では、回折格子の高さは一定としデユーティ比を変化
させているが、長波光通信用のDFBレーザでは回折格
子のピッチは200nm〜250nm程度であり、1つ
の回折格子の山の長さは100nm〜120nm程度で
あり、この長さを変調しようとすると、10nmオーダ
のパターン形成精度が要求されることになり、このよう
なパターン形成技術は今日の量産技術には存在しないた
め同様に製造が困難である。
In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 8-255954, the height of the diffraction grating is kept constant and the duty ratio is changed. However, in the DFB laser for long-wave optical communication, the pitch of the diffraction grating is about 200 nm to 250 nm. The length of one crest of one diffraction grating is about 100 nm to 120 nm, and if it is attempted to modulate this length, pattern forming accuracy of the order of 10 nm is required. Similarly, it is difficult to manufacture because it does not exist in the mass production technology.

【0022】また、上述の特開平9−64456号公報
では、選択成長の成長阻止マスク幅により、エピタキシ
ャル層の層厚が変化することを利用して、共振器軸方向
の結合係数を変化させることとしており、この方法を用
いれば回折格子の高さを精度良く形成できるが、選択成
長のマスク幅依存性を利用するため、回折格子の高さの
変化にも限度があり、従って非対称λ/4シフトDFB
レーザのように、かなりの大きさで回折格子の高さを変
化させたい場合には適用できない。
Further, in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 9-64456, the coupling coefficient in the axial direction of the resonator is changed by utilizing the fact that the layer thickness of the epitaxial layer changes depending on the growth inhibition mask width of the selective growth. Although this method can be used to form the height of the diffraction grating with high accuracy, there is a limit to the change in the height of the diffraction grating because the mask width dependence of the selective growth is used, and therefore the asymmetric λ / 4 Shift DFB
This is not applicable when it is desired to change the height of the diffraction grating with a considerable size, such as a laser.

【0023】また、上述の特開昭61−222189号
公報のように、活性層の上下に回折格子を設けることに
より、製造の難しい位相シフトを用いずに閾値利得を向
上させようとする試みの場合でも、確率的にシングルモ
ードの不良が発生する。活性層の上下では、互いの回折
格子の位相差を制御することができず、その位相の違い
により閾値利得差が著しく低下する場合が生じるからで
ある。
Further, as in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-222189, an attempt is made to improve the threshold gain by providing diffraction gratings above and below the active layer without using a phase shift which is difficult to manufacture. Even in this case, a single mode defect is stochastically generated. This is because it is not possible to control the phase difference between the diffraction gratings above and below the active layer, and the difference in the thresholds may cause a significant decrease in the threshold gain difference.

【0024】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、λ/4位相シフトDFBレーザと比
べても閾値利得差を良好に維持できると共に端面位相の
影響を受けず、且つ均一グレーティングDFBレーザ並
の光出力が得られる製造が容易なDFBレーザを提供す
ることを目的としている。
The present invention has been made to solve the above problems, and can maintain a favorable threshold gain difference even when compared with a λ / 4 phase shift DFB laser, and is not affected by the end face phase and is uniform. It is an object of the present invention to provide a DFB laser that can obtain an optical output comparable to that of a grating DFB laser and that can be easily manufactured.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】HRコーティング面での
回折格子の端面位相依存性は、DFBレーザではつきも
のの問題である。特に閾値利得差という特性でみると、
HRコーティング面の端面位相が変われば、必ず閾値利
得差が悪化する条件が出てくる。従ってHRコートを施
せば、シングルモード歩留りが論理上100%になるこ
とはあり得ない。AR−ARコーティングにして、はじ
めて端面位相の問題を除くことができるようになる。
The end face phase dependence of the diffraction grating on the HR coated surface is a problem inherent in DFB lasers. Especially in terms of the characteristic of threshold gain difference,
If the phase of the end face of the HR coated surface changes, the condition that the threshold gain difference deteriorates always appears. Therefore, if the HR coat is applied, the single mode yield cannot theoretically be 100%. Only with AR-AR coating can the problem of end face phase be eliminated.

【0026】そこでAR−ARコーティングのλ/4位
相シフトDFBレーザについて考え、位相シフトの点か
ら後方部分の長さをL1 、結合係数をκ1 、位相シフト
点から前方部分の長さをL2 、結合係数をκ2 として、
これらのパラメータを変化させることを考える。このと
きκ1L1 >κ2L2 となっていれば、後方部のBragg 反射
が大きいため、前方出力が大きくなる。 κ1L1 >κ2L2
を実現するため、L1>L2、κ12 とする方法と、κ1
>κ2 、L1=L2 とする方法を考えると、どちらも対称
型λ/4シフトDFBレーザより閾値利得差が悪化す
る。しかし、まだ位相シフト位置を動かさず結合係数だ
け変化させた方が閾値利得差の悪化量は小さい。またフ
ィールドフラットネスについても結合係数だけ変化させ
る方が良好である。
Considering an AR-AR coated λ / 4 phase shift DFB laser, the length of the rear part is L 1 from the point of phase shift, the coupling coefficient is κ 1 , and the length of the front part from the phase shift point is L. 2 , the coupling coefficient is κ 2 ,
Consider varying these parameters. If κ 1 L 1 > κ 2 L 2 at this time, the Bragg reflection in the rear part is large, and thus the front output is large. κ 1 L 1 > κ 2 L 2
To achieve L 1 > L 2 , κ 1 = κ 2 and κ 1
Considering the method of> κ 2 and L 1 = L 2 , the threshold gain difference becomes worse than the symmetrical λ / 4 shift DFB laser. However, the amount of deterioration of the threshold gain difference is smaller when the phase shift position is not moved and only the coupling coefficient is changed. Regarding the field flatness, it is better to change only the coupling coefficient.

【0027】そこで、κ1L1 >κ2L2 を満たしながら、
κ1 >κ2 、L1<L2と、結合係数を大きく変化する方法
について検討してみると、対称型λ/4シフトDFBレ
ーザより閾値利得差が向上する条件が存在することが解
った。このとき位相シフト位置のみ変化させる場合や、
結合係数のみ変化させる場合に比べ、フィールドフラッ
トネスも向上している。
Therefore, while satisfying κ 1 L 1 > κ 2 L 2 ,
Examining the method of greatly changing the coupling coefficient such that κ 1 > κ 2 and L 1 <L 2 , it was found that there are conditions for improving the threshold gain difference as compared with the symmetrical λ / 4 shift DFB laser. . At this time, when changing only the phase shift position,
The field flatness is also improved compared to the case where only the coupling coefficient is changed.

【0028】このような大きなκの変化を共振器軸方向
で形成するのも大きな問題である。実際のMO−VPE
成長を考えると、回折格子の高さを変化させることは、
相当難しい。そこで回折格子の高さを一定という条件
で、結合係数κを変化させることを考える。結合係数
は、導波路方向に等価屈折率が三角関数で変化している
変化幅に比例している量である。そこで三角関数の足し
合わせの性質を利用し、導波路に平行して複数のグレー
ティングを形成し、これらのグレーティングを領域ごと
に位相差を変化させることにより、合計の結合係数を変
化させることができる。
It is also a big problem to form such a large change of κ in the cavity axis direction. Actual MO-VPE
Considering growth, changing the height of the diffraction grating is
Quite difficult. Therefore, let us consider changing the coupling coefficient κ under the condition that the height of the diffraction grating is constant. The coupling coefficient is an amount in which the equivalent refractive index in the waveguide direction is proportional to the width of change in a trigonometric function. Therefore, the total coupling coefficient can be changed by utilizing the property of addition of trigonometric functions to form multiple gratings in parallel with the waveguide and changing the phase difference of these gratings for each region. .

【0029】また、このような複数の回折格子の製造
は、今日のEB技術を用いれば、同一面内に違ったピッ
チや位相の回折格子を形成することが可能である。ま
た、同じ高さの回折格子を所々間引くことによって、平
均的に結合係数を変化させることができる。特に、回折
格子の有る領域と無い領域の繰り返しを共振器軸方向に
対して斜めに設定すれば、共振器軸方向の結合係数の変
化はなだらかになり、また活性層形成位置が共振器方向
に対して垂直の方向にずれたとしても、平均の結合係数
が変化することはない。
Further, in the manufacture of such a plurality of diffraction gratings, it is possible to form diffraction gratings having different pitches and phases in the same plane by using the EB technology of today. In addition, the coupling coefficient can be changed on average by thinning out diffraction gratings having the same height. In particular, if the region with and without the diffraction grating is set obliquely with respect to the cavity axis direction, the change in the coupling coefficient in the cavity axis direction will be gentle, and the active layer formation position will be in the cavity direction. On the other hand, even if it shifts in the vertical direction, the average coupling coefficient does not change.

【0030】具体的な構成としては、本発明の分布帰還
型半導体レーザは、回折格子上にλ/4の位相シフト点
を有し、両端面に無反射(AR)コ−ティングを有する
分布帰還型半導体レーザにおいて、主レーザ光を出射す
る方向を前方、参照レーザ光を出射する方向を後方、前
記位相シフト点より前方の回折格子の共振器軸方向の長
さをL、前記位相シフト点より後方の回折格子の共振
器軸方向の長さをL、前記位相シフト点より前方の回
折格子の結合係数を一定値κ,前記位相シフト点より
後方の回折格子の結合係数を一定値κとした場合、
0.3≦L/(L+L)≦0.45,κ・L
>κ・Lとしたことを特徴とする。
As a specific structure, the distributed feedback semiconductor laser of the present invention has a phase shift point of λ / 4 on the diffraction grating and has distributed reflection feedback (AR) coating on both end faces. Type semiconductor laser, the direction of emitting the main laser beam is forward, the direction of emitting the reference laser beam is backward, the length in the resonator axial direction of the diffraction grating in front of the phase shift point is L 2 , and the phase shift point is The length of the further rear diffraction grating in the cavity axis direction is L 1 , the coupling coefficient of the diffraction grating forward of the phase shift point is a constant value κ 2 , and the coupling coefficient of the diffraction grating rear of the phase shift point is a constant value. If κ 1 ,
0.3 ≦ L 1 / (L 1 + L 2 ) ≦ 0.45, κ 1 · L 1
It is characterized in that> κ 2 · L 2 .

【0031】また、κ1 ・L1 - κ2・L2>0.1 としたこと
を特徴とする。
Further, it is characterized in that κ 1 · L 12 · L 2 > 0.1.

【0032】また、κ1 ・L1 - κ2・L2<1 としたこと
を特徴とする。
Further, it is characterized in that κ 1 · L 1 −κ 2 · L 2 <1.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】実施形態1.以下、本発明の実施
の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の実
施形態1を説明するための分布帰還型半導体レーザの構
造を示す断面図であり、従来の分布帰還型半導体レーザ
図8と対応する図である。図1において、1はn型I
nP基板、2は回折格子、3はn−InGaAsPガイ
ド層、4はSCH−歪MQW層(活性層)、5はp−I
nPクラッド層、6はp−コンタクト層、7はp側電
極、8はn側電極、9はARコーティング膜を示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a sectional view showing a structure of a distributed feedback semiconductor laser for explaining a first embodiment of the present invention, and is a view corresponding to FIG . 8 of a conventional distributed feedback semiconductor laser. In FIG. 1, 1 is an n-type I
nP substrate, 2 diffraction grating, 3 n-InGaAsP guide layer, 4 SCH-strained MQW layer (active layer), 5 p-I
nP clad layer, 6 is a p-contact layer, 7 is a p-side electrode, 8 is an n-side electrode, and 9 is an AR coating film.

【0034】図1に示すように、本発明の実施形態1で
は、n型InP基板1の上に、回折格子2が設けられ、
その上にn−InGaAsPガイド層3,活性層4,p
−InPクラッド層5が設けられている。回折格子2に
は、共振器長LをL1 とL2に分ける点に、λ/4の位
相シフト点が設けられている。ここでL1 側を後方,L
2 側を前方とし、後方側の結合係数をκ1 ,前方側の結
合係数をκ2 とすると、回折格子2は、κ1 >κ2
L1<L2 であり、且つ κ1L1 >κ2L2 の条件を満たす
ように形成されている。
As shown in FIG. 1, according to the first embodiment of the present invention, a diffraction grating 2 is provided on an n-type InP substrate 1,
On top of that, n-InGaAsP guide layer 3, active layer 4, p
-InP clad layer 5 is provided. The diffraction grating 2 is provided with a λ / 4 phase shift point at the point where the resonator length L is divided into L 1 and L 2 . Here, the L 1 side is backward, L
Assuming that the second side is the front side, the rear side coupling coefficient is κ 1 , and the front side coupling coefficient is κ 2 , the diffraction grating 2 has κ 1 > κ 2 ,
It is formed so that L 1 <L 2 and κ 1 L 1 > κ 2 L 2 are satisfied.

【0035】活性層4は、バルクでも構わないが光出力
特性に優れたSCH−歪MQW層4が望ましい。またn
−InGaAsPガイド層3とSCH−歪MQW層4と
の間には、歪MQWの結晶性を向上させるために、n−
InPスペーサを挟んでも良い。この活性層4は、横幅
を1.5μm 程度とし、その両サイドに電流ブロック層を
設けたBH(Buried Heterostructure)構造とするのが望
ましい。そして、活性層4,BH構造の上部には、p−
コンタクト層6を積層して、p側電極7を形成し、n型
InP基板1の裏面にはn側電極8を形成し、また両端
面には反射率が2%以下のARコーティング膜9を設け
た構造としている。
The active layer 4 may be bulk, but is preferably a SCH-strained MQW layer 4 having excellent light output characteristics. Also n
Between the InGaAsP guide layer 3 and the SCH-strained MQW layer 4 in order to improve the crystallinity of the strained MQW.
InP spacers may be sandwiched. The active layer 4 preferably has a lateral width of about 1.5 μm and a BH (Buried Heterostructure) structure in which a current blocking layer is provided on both sides thereof. Then, p- is formed on the active layer 4 and the BH structure.
The contact layer 6 is laminated to form the p-side electrode 7, the n-side electrode 8 is formed on the back surface of the n-type InP substrate 1, and the AR coating film 9 having a reflectance of 2% or less is formed on both end surfaces. The structure is provided.

【0036】このような構造とすることにより、前方の
光出力を後方の光出力より大きくすることができ、且つ
良好な閾値利得差を得ることができるようになる。すな
わち前方の光出力をPf ,後方の光出力をPr としたと
き、Pf/Prがおよそexp(a(κ1L12L2)) になる。κL=
1.8 の対称型λ/4シフトレーザを基準に考えて、非対
称にしていった場合、上式の中のaは約2.2 である。
With such a structure, the front light output can be made larger than the rear light output, and a favorable threshold gain difference can be obtained. That is, when the front light output is P f and the rear light output is P r , P f / P r is approximately exp (a (κ 1 L 1 −κ 2 L 2 )). κL =
Considering the symmetric λ / 4 shift laser of 1.8 as a reference, when asymmetrical, a in the above formula is about 2.2.

【0037】対称型λ/4シフトDFBレーザにおいて
も端面の残留反射により、端面位相によっては前方/後
方比が1ではなくなるため、実際に製造するときのチッ
プ選別工程において、両端面から光出力を測定して、大
きいパワーの出る方を前方とする工程が必要であり、チ
ップの選別工程が均一グレーティングDFBレーザより
長くなる。従ってλ/4シフトDFBレーザにおいて、
決まった一方の端面からの光出力を大きく出来ること
は、チップ選別工程を短縮する上からも有効である。
Even in the symmetrical λ / 4 shift DFB laser, the front / rear ratio is not 1 depending on the phase of the end face due to the residual reflection on the end face, so that the light output from both end faces in the chip selection process during actual manufacturing. It is necessary to perform a process in which the one having a larger power in measurement is the front, and the chip selection process is longer than that of the uniform grating DFB laser. Therefore, in the λ / 4 shift DFB laser,
The ability to increase the light output from one fixed end surface is effective in shortening the chip selection process.

【0038】従って図1に示すような非対称型λ/4シ
フトDFBレーザにおいて、端面位相による前方後方出
力比のバラツキを上回って、必ず一方からの出力を大き
くさせるためには、設計上最低1.2 倍の前方後方比を持
たせる必要がある。この要求は、κ1L12L2 >0.1
を満たすように回折格子を形成すれば良い。
Therefore, in the asymmetrical λ / 4 shift DFB laser as shown in FIG. 1, in order to exceed the variation in the front-rear output ratio due to the end face phase and to surely increase the output from one side, at least 1.2 times is designed. It is necessary to have a front-rear ratio of. This requirement is κ 1 L 12 L 2 > 0.1
The diffraction grating may be formed so as to satisfy the above condition.

【0039】一方、前方後方比を際限なく大きくするこ
とはできない。AR−ARコーティングを前提としてい
る以上、前方後方比の比率で両端面近傍の光のパワー密
度は異なっている。この比率が大きいと、スペーシャル
ホールバーニングによりキンク(kink)が発生する。これ
を防ぐためには前方後方出力比を10倍以上にすること
はできない。従って κ1L12L2 <1 を満たす必要
がある。また、良好な閾値利得差と余裕のある製造トレ
ランスを得るためには、L1/(L1+L2)>0.1 を満たしてお
いた方が良い。
On the other hand, the front / rear ratio cannot be increased without limit. Assuming that AR-AR coating is used, the power density of light near both end faces varies depending on the ratio of front-rear ratio. If this ratio is large, a kink occurs due to the spatial hole burning. In order to prevent this, the front / rear output ratio cannot be set to 10 times or more. Therefore, it is necessary to satisfy κ 1 L 1 −κ 2 L 2 <1. Further, in order to obtain a good threshold gain difference and a sufficient manufacturing tolerance, it is better to satisfy L 1 / (L 1 + L 2 )> 0.1.

【0040】また、残留反射による端面位相の影響は、
閾値利得差,前方後方比などに及ぶので、端面反射率は
出来れば0.5 %以下に抑えるのが良い。そうすれば全て
の端面位相で良好な閾値利得差が得られ、シングルモー
ド歩留まりは、理論的には、100 %となる。
The influence of the end face phase due to the residual reflection is
Since it reaches the threshold gain difference and the front / rear ratio, the end face reflectance should be kept to 0.5% or less if possible. Then, good threshold gain differences can be obtained at all end face phases, and the theoretical single-mode yield is 100%.

【0041】上述の実施形態1の説明では、活性層4の
下に回折格子2のある下グレーティング構造について述
べたが、上グレーティングでも、また活性層の横にグレ
ーティングのある構造でも良い。また上述の実施形態1
の説明では、InPとInGaAsPの界面を波打たせ
ることにより回折格子を形成しているが、InPの中に
飛び飛びにInGaAsPを形成する方法で回折格子を
形成することとしても良い。また上述の実施形態1の説
明では、基板の導電型をn型としているが、勿論p型で
も構わないし、その素材もInGaAsP/InP系以
外の、例えばInGaAIAs系などの半導体材料でも
構わない。また、このような分布帰還型半導体レーザを
変調器などと集積化することも可能である。
In the above description of the first embodiment, the lower grating structure having the diffraction grating 2 below the active layer 4 has been described, but an upper grating or a structure having a grating beside the active layer may be used. In addition, the first embodiment described above
In the above description, the diffraction grating is formed by waving the interface between InP and InGaAsP, but the diffraction grating may be formed by a method of forming InGaAsP in InP in discrete steps. Further, in the above description of the first embodiment, the conductivity type of the substrate is n-type, but of course it may be p-type, and the material thereof may be a semiconductor material other than InGaAsP / InP-based, such as InGaAIAs-based. It is also possible to integrate such a distributed feedback semiconductor laser with a modulator or the like.

【0042】なお、最初に必要な条件として、κ1 >κ
2 , L1<L2, κ1L1 >κ2L2 という3つの条件を挙
げているが、κ1 >κ2 は他の2つの条件より導けるこ
とから、必要条件としては、L1<L2, κ1L1 >κ2L2
の2つの条件で十分である。但し、ここで言うκ1 ,κ
2 はそれぞれ結合係数の平均値であり、本明細書で使用
するκは、結合係数又は結合係数の平均値を言うことと
する。κがもう少し細かく変化するときの場合に拡張す
ると、その条件は、 L1<L2 と、0からL1までのκの
積分値>L1からL までのκの積分値、となり、積分形式
で一般化することもできる。
Note that the first necessary condition is κ 1 > κ
2 , L 1 <L 2 , κ 1 L 1 > κ 2 L 2 are listed, but since κ 1 > κ 2 can be derived from the other two conditions, the necessary condition is L 1 <L 2 , κ 1 L 1 > κ 2 L 2
The following two conditions are sufficient. However, here κ 1 , κ
Each 2 is an average value of the coupling coefficient, and κ used in the present specification means a coupling coefficient or an average value of the coupling coefficients. Extending when κ changes slightly more finely, the condition becomes L 1 <L 2 and the integral value of κ from 0 to L 1 > the integral value of κ from L 1 to L. Can also be generalized with.

【0043】すなわちλ/4位相シフトDFBレーザの
前方光出力を向上させる目的で前方後方非対称構造とす
る場合、κを非対称とする場合でもLを非対称とする場
合でも、対称なλ/4位相シフトDFBレーザよりシン
グルモード歩留りが悪化する。具体的には閾値利得差Δ
αが対称なλ/4位相シフトDFBレーザより悪化し、
光のフィールド分布も大きくなるため、キンクが生じた
りサイドモード抑制比(SMSR)が悪化し、通信用途では雑
音が大きく使用できなくなる。本実施形態1では、前方
光出力を向上させるため、κ1L1 >κ2L2 とするが、且
つ L1<L2 とすることで、良好な閾値利得差を得るこ
とができ、最適ポイントでは、対称なλ/4位相シフト
DFBレーザより大きな閾値利得差Δαを得ることがで
き、且つフィールドの強度分布を一様にさせることとし
たものである。このことにより本実施形態の分布帰還型
半導体レーザは、従来のλ/4位相シフトDFBレーザ
に比べ、サイドモード抑圧比、キンク歩留まり、単一軸
モード歩留まりが向上し、全体で従来30%程度であっ
た歩留まりを70%程度に向上させることができるよう
になる。
That is, when a forward / backward asymmetric structure is used for the purpose of improving the forward light output of a λ / 4 phase shift DFB laser, symmetric λ / 4 phase shift is performed regardless of whether κ is asymmetrical or L is asymmetrical. Single-mode yield is worse than DFB laser. Specifically, the threshold gain difference Δ
is worse than the λ / 4 phase-shifted DFB laser in which α is symmetrical,
Since the field distribution of light also becomes large, kinks occur and the side mode suppression ratio (SMSR) deteriorates, making noise unusable in communication applications. In the first embodiment, in order to improve the forward light output, κ 1 L 1 > κ 2 L 2 is set. However, by setting L 1 <L 2 , a good threshold gain difference can be obtained, which is optimal. The point is that it is possible to obtain a larger threshold gain difference Δα than the symmetrical λ / 4 phase shift DFB laser and to make the field intensity distribution uniform. As a result, the distributed feedback semiconductor laser of the present embodiment has improved side mode suppression ratio, kink yield, and single axis mode yield as compared with the conventional λ / 4 phase shift DFB laser, which is about 30% as a whole. The yield can be improved to about 70%.

【0044】実施例1.次に本発明の実施例1を図1を
参照して説明する。図1に示すように本実施例1の分布
帰還型半導体レーザは、(100)の面方位のn型In
P基板1の上に、[011]方向に波打っている回折格
子2が形成されているものとする。この回折格子2のピ
ッチは、1.3μm 帯DFBレーザでは203nm 、1.55μm帯
のDFBレーザでは243nm とする。共振器長Lは450μm
とし、この後端面側からL1=171μmの位置に、λ/4位
相シフトが設けられている。従ってこの位相シフト位置
から前端面までの距離は、L2=279μmで、L1/(L1+L2)=L1
/L=0.38 としている。
Example 1. Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the distributed feedback semiconductor laser of Example 1 has an (100) plane orientation of n-type In.
It is assumed that the diffraction grating 2 corrugated in the [011] direction is formed on the P substrate 1. The pitch of the diffraction grating 2 is 203 nm for the 1.3 μm band DFB laser and 243 nm for the 1.55 μm band DFB laser. Resonator length L is 450 μm
Then, a λ / 4 phase shift is provided at a position L 1 = 171 μm from the rear end face side. Therefore, the distance from this phase shift position to the front end face is L 2 = 279 μm and L 1 / (L 1 + L 2 ) = L 1
/L=0.38.

【0045】回折格子2の高さは、後方側で45nm,前方
側で15nmとする。この回折格子2の上には、厚さが100n
m で1.15μm組成のn−InGaAsPガイド層3と、
SCH−歪MQW層4が形成され、p−InPグラッド
層5が積層されている。SCH−歪MQW層4は、5層
の圧縮歪InGaAsPウエル層と、引っ張り歪InG
aAsPバリア層からなる応力歪補償型の歪MQWであ
る。圧縮歪InGaAsPウエル層の厚さを4.5nm 、引
っ張り歪InGaAsPバリア層の厚さを10nmとする。
The height of the diffraction grating 2 is 45 nm on the rear side and 15 nm on the front side. On this diffraction grating 2, a thickness of 100n
an n-InGaAsP guide layer 3 having a composition of 1.15 μm at m,
The SCH-strained MQW layer 4 is formed and the p-InP glad layer 5 is laminated. The SCH-strained MQW layer 4 includes five compressive strained InGaAsP well layers and tensile strained InG.
The strain MQW is a stress strain compensation type strain MQW composed of an aAsP barrier layer. The thickness of the compressive strained InGaAsP well layer is 4.5 nm, and the thickness of the tensile strained InGaAsP barrier layer is 10 nm.

【0046】このような層構造において結合係数を、後
方部,前方部それぞれにおいて、κ1 L=3.3 , κ2 L=
1.1 とすると、前方後方出力比は Pf /Pr =4 となり、
規格化閾値利得差ΔαLは、ΔαL=0.76と十分大きな値
が得られる。この構造のDFBレーザと同じ閾値利得が
得られる対称型λ/4シフトDFBレーザを考えると、
κL=1.8 とした場合、ΔαL=0.73となるので、対称型λ
/4シフトDFBレーザより良い閾値利得差が得られる
ことが解る。
In such a layered structure, the coupling coefficient is κ 1 L = 3.3 and κ 2 L = in the rear part and the front part, respectively.
1.1, the front-rear output ratio is P f / P r = 4,
As the normalized threshold gain difference ΔαL, a sufficiently large value of ΔαL = 0.76 is obtained. Considering a symmetrical λ / 4 shift DFB laser that can obtain the same threshold gain as the DFB laser of this structure,
When κL = 1.8, ΔαL = 0.73, so symmetric type λ
It can be seen that a better threshold gain difference can be obtained than the / 4 shift DFB laser.

【0047】実施形態2.例えば上述の実施形態1に示
す分布帰還型半導体レーザでは、回折格子の結合係数κ
を軸方向に変化させる必要性がある。この結合係数κは
ほぼ回折格子のグレーティング高さに比例するため、こ
れを変化させれば良いのであるが、実際のグレーティン
グ埋め込み成長でグレーティング保存高さ(凹凸の深
さ)を各領域によって変化させることは困難である。従
って本実施形態2では、光導波路の上または下にグレー
ティングを左右に分けて並列させ、κを高める必要のあ
る領域では左右のグレーティングの位相を合わせ、κを
低くする必要のある領域では左右のグレーティングの位
相をずらす構造とする。以下、この実施形態2を図面を
参照して説明する。
Embodiment 2 . For example, in the distributed feedback semiconductor laser according to the first embodiment described above, the coupling coefficient κ of the diffraction grating is
Needs to be changed in the axial direction. Since this coupling coefficient κ is almost proportional to the grating height of the diffraction grating, it suffices to change this, but the grating storage height (depth of concavities and convexities) is changed by each region in the actual grating embedded growth. Is difficult. Therefore, in the second embodiment , the gratings are divided into left and right in parallel above and below the optical waveguide, the phases of the left and right gratings are aligned in the region where κ needs to be increased, and the left and right gratings are arranged in the region where κ needs to be lowered. The structure is to shift the phase of the grating. Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings.

【0048】図2は、本発明の実施形態2を説明するた
めの回折格子構造を示す斜視図である。上述したように
結合係数を共振器軸方向で変化させることができれば、
良好なDFBレーザ特性が得られるが、実際の製造では
結合係数の変化を回折格子の高さで変化させることは難
しい。従って本実施形態2では、回折格子の高さを一定
ながら結合係数を変化させる構造とする。本実施形
態2の分布帰還型DFBレーザは、図2に示すように、
先ず表面面方位が(100)のn型InP基板1に、
[011]方向に伸びた幅3μm の二酸化シリコン膜1
0を二対、間隔1.8μm で形成する。この二酸化シリコ
ン膜10は、活性層をMO−VPE選択成長で形成する
ための成長阻止マスクとなる。DFBレーザの活性層を
選択成長で形成する理由は、活性層幅を制御良くバラツ
キを少なく製造するためであり、この結果として結合係
数や発振波長を精密に制御でき、活性層幅のうねりによ
るキンクの発生を無くすことができる。このMO−VP
Eの選択成長で、InPとInGaAsPのエピタキシ
ャル成長を行うが、原料ガスは、TMI、TMG、As
3 、PH3 を用い、有機金属は水素のバブリングによ
り供給する。ドーピングについては、適宜、Si2
6 、DMZn を水素で希釈したガスを用いる。また成長
圧力は75Torrとする。
FIG . 2 is a perspective view showing a diffraction grating structure for explaining the second embodiment of the present invention. If the coupling coefficient can be changed in the resonator axial direction as described above,
Although good DFB laser characteristics can be obtained, it is difficult to change the change of the coupling coefficient with the height of the diffraction grating in the actual manufacturing. Thus in the second embodiment, the height of the diffraction grating structure of changing the constant <br/> and while the coupling coefficient. This embodiment
The distributed feedback DFB laser of state 2 is, as shown in FIG.
First, on the n-type InP substrate 1 whose surface plane orientation is (100),
Silicon dioxide film 1 with a width of 3 μm extending in the [011] direction
Two 0s are formed with a spacing of 1.8 μm. The silicon dioxide film 10 serves as a growth blocking mask for forming the active layer by MO-VPE selective growth. The reason why the active layer of the DFB laser is formed by selective growth is that the width of the active layer can be well controlled and manufactured with little variation. As a result, the coupling coefficient and the oscillation wavelength can be precisely controlled, and the kink due to the waviness of the active layer width can be obtained. Can be eliminated. This MO-VP
InP and InGaAsP are epitaxially grown by the selective growth of E, but the source gas is TMI, TMG, As.
H 3 and PH 3 are used, and the organic metal is supplied by bubbling hydrogen. Regarding doping, Si 2 H
6 , a gas obtained by diluting DMZn with hydrogen is used. The growth pressure is 75 Torr.

【0049】回折格子2は、二酸化シリコン膜10の隙
間1.8μm の中で、2つのグレーティングを並列させ
る。光導波路の等価屈折率の変化は、2つのグレーティ
ングの寄与の足し算となる。これを模式的に示したのが
図3である。
In the diffraction grating 2, two gratings are arranged in parallel in the gap of 1.8 μm between the silicon dioxide films 10. The change in the equivalent refractive index of the optical waveguide is the sum of the contributions of the two gratings. This is shown schematically
It is a diagram 3.

【0050】2つのグレーティングは、後方0.38L の領
域において位相を合わせる。そして後方から0.38L の位
置でλ/4シフトを導入する。λ/4シフトは、屈折率
変化の位相をπずらすことであるが、これは屈折率の符
号を反転させることと等価である。そこでλ/4位置か
ら前方では、後方に対してグレーティングの変化の符号
を反転させるが、それと同時に一方のグレーティングの
位相を、cos-1(1/3)、他方のグレーティングの位相を-c
os-1(1/3) ずらす。
The two gratings are in phase with each other in the rear 0.38 L region. And λ / 4 shift is introduced at 0.38L from the rear. The λ / 4 shift is to shift the phase of the change in the refractive index by π, which is equivalent to inverting the sign of the refractive index. Therefore, from the λ / 4 position forward, the sign of the change in the grating is inverted with respect to the rear, but at the same time, the phase of one grating is cos -1 (1/3) and the phase of the other grating is -c.
os -1 (1/3) Move it.

【0051】このように互いに位相をずらすことによ
り、前方側での結合係数は減少し、後方側の1/3にな
る。このことを式で表すと、以下のようになる。位相シ
フト位置をz=0 とすると、 後方側: -sin(z)-sin(z)=-2sin(z) 前方側: sin(z+cos-1(1/3))+sin(z-cos-1(1/3))=2/3s
in(z)
By thus shifting the phases from each other, the coupling coefficient on the front side is reduced to 1/3 on the rear side. This can be expressed by the following formula. When the phase shift position is z = 0, the rear side: -sin (z) -sin (z) =-2sin (z) the front side: sin (z + cos -1 (1/3)) + sin (z- cos -1 (1/3)) = 2 / 3s
in (z)

【0052】ここでは結合係数を3:1で変化させる場
合について述べたが、勿論一般化することができる。こ
のように2つのグレーティングを組み合わせるとき、活
性層幅の中で、2つのグレーティングの寄与が丁度半分
半分になっていないとこの足し合わせが狂ってくること
になる。然しながら今日では、EB(エレクトロンビー
ム加工)によりグレーティングを形成することができる
ため、十分な目合わせ精度でこのような回折格子を形成
できる。
Here, the case where the coupling coefficient is changed by 3: 1 has been described, but of course it can be generalized. When the two gratings are combined in this way, the addition of the two gratings will be messed up unless the contributions of the two gratings are halved within the active layer width. However, today, since a grating can be formed by EB (electron beam processing), such a diffraction grating can be formed with sufficient alignment accuracy.

【0053】すなわち本実施形態2は、2本のグレーテ
ィングの位相差を変化させ、干渉によりトータルとして
の結合係数κを段階的に変化させることとする。大きな
前方光出力を得たい場合、λ/4シフト位置の前後でκ
を変化させると効果的であることは上述したが、κの大
きな部分は各グレーティングの位相差を0とし、κの小
さな部分は適当な位相差を設ける。この構造によりグレ
ーティングの高さやデューティ比等によりκの大きさを
制御する必要がなくなり、製造が容易でフレキシブルな
制御が可能となり、素子歩留まりを大幅に改善し、製造
コストの低減が可能な分布帰還型半導体レーザが得られ
ることとなる。
That is, in the second embodiment , the phase difference between the two gratings is changed and the total coupling coefficient κ is changed stepwise due to interference. If you want to obtain a large forward light output, κ before and after the λ / 4 shift position
It has been described above that it is effective to change the value of .gamma., But the phase difference between the gratings is set to 0 for the large .kappa. This structure eliminates the need to control the size of κ based on the grating height, duty ratio, etc., enabling easy and flexible control, greatly improving the device yield, and reducing the manufacturing cost. Type semiconductor laser can be obtained.

【0054】実施形態3.次に本発明の分布帰還型半導
体レーザの実施形態3について説明する。λ/4位相シ
フトを導入した分布帰還型半導体レーザでは、λ/4位
置でフィールドが大きくなりキャリア密度が小さくなる
ホールバーニングの問題がある。 これを解決するため
には、位相シフト点近傍でグレーティングの結合係数を
小さくすれば良い。従来グレーティングの結合係数を小
さくする方法として、グレーティングの深さを制御した
り、例えば上述の特開平8−255954号公報のよう
にグレーティングのデューティ比を変化させる方法が試
みられているが、深さを制御する方法は上述のように困
難であり、デューティ比を制御する方法も共振器中央で
極めて小さな幅(50nm以下)でInGaAsP薄膜を残
す必要があり現実的には不可能である。
Third embodiment . Next, a third embodiment of the distributed feedback semiconductor laser of the present invention will be described. The distributed feedback type semiconductor laser having the λ / 4 phase shift has a problem of hole burning in which the field becomes large and the carrier density becomes small at the λ / 4 position. In order to solve this, the coupling coefficient of the grating may be reduced near the phase shift point. Conventionally, as a method of reducing the coupling coefficient of the grating, a method of controlling the depth of the grating or changing the duty ratio of the grating as in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 8-255954 has been tried. The method of controlling the duty ratio is difficult as described above, and the method of controlling the duty ratio is also practically impossible because it is necessary to leave the InGaAsP thin film with an extremely small width (50 nm or less) at the center of the resonator.

【0055】従って本実施形態3では、幅が変調された
ストライブ上に選択成長で光導波路を形成することによ
って活性層側面に回折格子を形成する分布帰還型半導体
レーザにおいて、二対の左右の側面のグレーティングの
ピッチを僅かに変え、位相が導波路の両端で一致し、中
央で反転する構造とする。ピッチの僅かに異なる2つの
グレーティングは、EBで形成することにより、κを軸
方向に高精度に変化させることができ、κを中央は小さ
く、端では大きくなるような変化を極めてなだらかに実
現でき、ホールバーニングの影響を非常に良く抑制する
ことができるようになる。
Therefore, in the third embodiment , in the distributed feedback semiconductor laser in which the diffraction grating is formed on the side surface of the active layer by forming the optical waveguide by selective growth on the stripe whose width is modulated, two pairs of right and left are provided. The grating pitch on the side surface is slightly changed so that the phases match at both ends of the waveguide and are inverted at the center. By forming two gratings with slightly different pitches by EB, κ can be changed with high accuracy in the axial direction, and κ can be changed very gently at the center and at the edges. The effect of hole burning can be suppressed very well.

【0056】図4は、この実施形態3を説明するための
回折格子の構造を示す図である。本実施形態3において
は、実施形態2で述べた二対の二酸化シリコン膜10の
間隔を変調することにより、選択成長で形成する活性層
幅を変調して等価屈折率を変調する構造とした。従って
回折格子は選択成長の(111)B面斜面に形成される
ようになる。そして両斜面のグレーティングの位相や周
期を、互いに僅かに異ならせることにより、結合係数を
共振器軸方向で変化させる。図4の例は、対称型λ/4
シフトDFBレーザにおいて、軸方向のスペーシャルホ
ールバーニングを解決するために、共振器中央部で結合
係数を小さくするための構造である。
FIG . 4 is a diagram showing the structure of a diffraction grating for explaining the third embodiment . The third embodiment has a structure in which the width of the active layer formed by selective growth is modulated by modulating the distance between the two pairs of silicon dioxide films 10 described in the second embodiment to modulate the equivalent refractive index. Therefore, the diffraction grating comes to be formed on the (111) B plane slope of the selective growth. Then, the coupling coefficient is changed in the resonator axial direction by making the phases and periods of the gratings on both slopes slightly different from each other. In the example of FIG. 4 , the symmetrical type λ / 4
In the shift DFB laser, this is a structure for reducing the coupling coefficient in the central portion of the resonator in order to solve spatial hole burning in the axial direction.

【0057】この回折格子構造では、2つのグレーティ
ングの高さは等しく、位相も途中で不連続に変わること
はない。ただピッチを僅かに異ならせ、共振器の長さの
間で、一周期だけ変わらせるようにする。このとき両共
振器端面では、2つのグレーティングの位相を一致さ
せ、共振器中央で位相が反転するようにする。このよう
にすると結合係数は中央に向かって緩やかに減少して行
き、三角関数の足し合わせを考えると、符号が中央で逆
転することから、λ/4位相シフトとなる。このような
2つのグレーティングの形成は、二酸化シリコン膜10
のパターニングをEBで行うことにより可能である。
In this diffraction grating structure, the heights of the two gratings are equal and the phase does not change discontinuously in the middle. However, the pitch is slightly different, and the length of the resonator can be changed by one period. At this time, the phases of the two gratings are made to match on the end faces of both the resonators, and the phases are inverted at the center of the resonator. In this way, the coupling coefficient gradually decreases toward the center, and considering the addition of trigonometric functions, the sign is reversed at the center, resulting in a λ / 4 phase shift. The formation of such two gratings is performed by the silicon dioxide film 10
It is possible by patterning EB by EB.

【0058】更に詳述すると、回折格子をピッチの僅か
に異なる2つのグレーティングで構成し、軸方向 zの等
価屈折率の分布で、以下のような”うなり”を起こさせ
る(ピッチΛ 《 共振器長L)。この式からピッチが
Λ2 /L だけ異なるグレーティングを組み合わせると、
κが軸方向に 2cos(πz/L)のように変化し、z<L/2 で
はκは正に、z>L/2 ではκは負になり、κの符号が反
転するところでκの絶対値を0に漸近させることができ
る。κの正負が反転するということはλ/4位相シフト
を導入することと等価であるため、この構造はλ/4点
でκを小さくするグレーティング構造とできる。
More specifically, the diffraction grating is composed of two gratings having slightly different pitches and causes the following "beat" in the distribution of the equivalent refractive index in the axial direction z (pitch Λ << resonator Long L). Combining gratings whose pitch differs by Λ 2 / L from this equation,
When κ changes in the axial direction like 2cos (πz / L), κ becomes positive when z <L / 2 and becomes negative when z> L / 2. The value can be asymptotic to zero. Since inverting the sign of κ is equivalent to introducing a λ / 4 phase shift, this structure can be a grating structure that reduces κ at the λ / 4 point.

【0059】実施形態4.次に本発明の分布帰還型半導
体レーザの実施形態4について説明する。分布帰還型半
導体レーザでは、軸方向の光のフィールド分布を制御す
るために、グレーティングの結合係数κを軸方向で変化
させたい場合がある。このような場合、従来では埋め込
んだ回折格子の高さや層数を変化させる構造としている
が、この構造は製造工程が複雑でコスト高になる。この
実施形態4では、グレーティングを形成する領域を導波
路方向に対して斜めの複数のストライブ状領域とし、グ
レーティングのある領域と無い領域とを設け、これらの
領域の比率を変化させることで、結合係数κを変化させ
る回折格子構造とした。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the distributed feedback semiconductor laser of the present invention will be described. In the distributed feedback semiconductor laser, it may be desired to change the coupling coefficient κ of the grating in the axial direction in order to control the field distribution of light in the axial direction. In such a case, conventionally, a structure in which the height and the number of layers of the embedded diffraction grating are changed is used, but this structure requires a complicated manufacturing process and is costly. this
In the fourth embodiment , a region forming a grating is made into a plurality of stripe-shaped regions oblique to the waveguide direction, a region with a grating and a region without a grating are provided, and the ratio of these regions is changed to combine the regions. A diffraction grating structure that changes the coefficient κ is used.

【0060】図5は、本実施形態4を説明するための回
折格子の構造を示す図である。選択成長によりDFBレ
ーザを製造する場合については上述したが、レーザの製
造方法には、エッチングにより活性層の横幅を形成する
方法もある。このエッチングによる方法の場合、上述し
た回折格子を左右に分ける方法は、左右に分けるライン
を活性層の横幅の中心にもってくる目合わせが困難にな
る。従って本実施形態4では、EBによって作成したグ
レーティングに対して、活性層位置のトレランスのある
構造とする。
FIG . 5 is a diagram showing the structure of a diffraction grating for explaining the fourth embodiment . Although the case of manufacturing the DFB laser by selective growth has been described above, there is also a method of forming the lateral width of the active layer by etching as a laser manufacturing method. In the case of this etching method, in the above-described method of dividing the diffraction grating into left and right, it becomes difficult to align the line for dividing left and right with the center of the lateral width of the active layer. Therefore, in the fourth embodiment , the grating formed by the EB has a structure with a tolerance of the position of the active layer.

【0061】結合係数の大小は、回折格子の有る部分と
無い部分とを繰り返すことによって、平均的に結合係数
を変化させることで制御する。図5の黒く塗った部分が
EBにより露光する部分である。作成するDFBレーザ
構造は、後方から0.38L の位置にλ/4シフトがあり、
λ/4シフト位置から後方部では、κ1L=3.3、前方部で
はκ2L=1.1とする。
The magnitude of the coupling coefficient is controlled by changing the coupling coefficient on average by repeating the portion with and without the diffraction grating. The portion painted in black in FIG. 5 is the portion exposed by EB. The DFB laser structure to be created has a λ / 4 shift at a position of 0.38L from the rear,
From the λ / 4 shift position, κ 1 L = 3.3 in the rear part and κ 2 L = 1.1 in the front part.

【0062】これを実現するために、後方部分は通常通
りのグレーティング領域を形成するが、前方部分はグレ
ーティングを形成する領域を活性層の1/3 とする。この
1/3の領域の設定の仕方は、共振器方向に垂直な断面で
みて、グレーティングのある部分が0.4μm 、回折格子
の無い部分が0.8μm とする。そして、グレーティング
の有無のパターン領域の方向を、共振器軸方向に対して
斜め方向とする。このようにグレーティングの形成領域
を1/3 とすることにより、結合係数は約1/3 となる(厳
密には、共振器軸方向で結合係数値が波打つが、平均す
ると1/3となっており、DFBレーザ設計を大きく狂わ
せる程度にはならない)。このEBのパターンは、活性
層領域となる1.5μm 幅より広い領域で形成する。
In order to realize this, the rear part forms a grating region as usual, while the front part defines a region forming the grating as 1/3 of the active layer. this
The setting method for the 1/3 region is 0.4 μm for the part with the grating and 0.8 μm for the part without the diffraction grating as seen in the cross section perpendicular to the cavity direction. Then, the direction of the pattern region with or without the grating is made oblique with respect to the resonator axis direction. By setting the grating formation region to 1/3 in this way, the coupling coefficient becomes about 1/3 (strictly speaking, the coupling coefficient value is wavy in the cavity axis direction, but becomes 1/3 on average). Therefore, the DFB laser design is not seriously disturbed). This EB pattern is formed in a region wider than the width of 1.5 μm which becomes the active layer region.

【0063】このようにすると活性層を1.5μm 幅に切
るフォトレジスト工程において、横方向の位置ずれが生
じても、結合係数の平均値は変動しない。そしてグレー
ティングの有る無しの繰り返し方向が、共振器軸方向に
対して垂直になっていれば、横の位置ずれに対しグレー
ティングにかかる光のフィールドの大きさが変わってく
るため結合係数が変化してしまうが、本実形態の構造で
は平均的な結合係数で考えれば良いので、その値は変動
しない。
In this way, the average value of the coupling coefficient does not change even if lateral displacement occurs in the photoresist process for cutting the active layer into a width of 1.5 μm. If the repetition direction with and without the grating is perpendicular to the cavity axis direction, the coupling coefficient will change because the size of the light field applied to the grating will change due to the lateral displacement. However, in the structure of the present embodiment, since the average coupling coefficient may be considered, the value does not change.

【0064】更に詳述すれば、InP基板にEBで回折
格子を形成する際、κを小さくする部分において、グレ
ーティングを形成する領域を、導波路方向に対して斜め
の複数のストライブ状の領域とする。このストライブの
幅(0.4μm) により、κの大きさを制御する。この後、
ガイド層,活性層,グラッド層を成長した後、導波路幅
が1.5μm になるようにメサエッチングを行うが、この
ときは目合わせずれが起きたとしてもκの大きさは変動
しない。これは、グレーティング形成領域が斜めのスト
ライプ状となっているため、横にずれてもグレーティン
グ領域の比率が変化しないためである。仮にグレーティ
ングの形成領域が、斜めでなく導波路方向に平行な複数
のストライプであるとすると、活性層の横の位置ずれに
対してκの変化を鈍感にさせるためには、各ストライプ
幅は0.2μm 以下と極めて短くする必要がでてくる。こ
れはピッチと同レベルであるため、グレーティングは殆
どドットとなり、エッチングの制御性が低下してしま
う。このためκの制御性は向上しない。本実施形態5で
は、上述のような構成とすることにより、回折格子形成
のためのエッチングと、κ変化のためのエッチングを同
じ工程で行え、κの変化率をグレーティング形成領域の
比率で制御できるため極めて正確な制御が行えるように
なる。
More specifically, when the diffraction grating is formed on the InP substrate by EB, the region where the grating is formed is a plurality of stripe-shaped regions oblique to the waveguide direction in the portion where κ is reduced. And The width of this stripe (0.4 μm) controls the size of κ. After this,
After growing the guide layer, the active layer, and the glad layer, mesa etching is performed so that the waveguide width becomes 1.5 μm. At this time, the magnitude of κ does not change even if misalignment occurs. This is because the grating formation region has an oblique stripe shape, and the ratio of the grating region does not change even if the grating formation region is laterally displaced. If the region where the grating is formed is a plurality of stripes that are not oblique and are parallel to the waveguide direction, in order to make the variation of κ insensitive to lateral displacement of the active layer, each stripe width is 0.2 It will be necessary to make it extremely short, below μm. Since this is at the same level as the pitch, the grating is almost a dot, and the controllability of etching is reduced. Therefore, the controllability of κ is not improved. In the fifth embodiment, with the above-described configuration, the etching for forming the diffraction grating and the etching for changing κ can be performed in the same step, and the rate of change of κ can be controlled by the ratio of the grating formation region. Therefore, extremely accurate control can be performed.

【0065】実施形態5.次に、本発明の分布帰還型半
導体レーザの実施形態5について説明する。図6は、本
発明の実施形態5を説明するための分布帰還型半導体レ
ーザの断面図である。上述の実施形態4では、グレーテ
ィングを形成する領域を縞模様とするか否かにより、平
均的な結合係数を変化させることとしているが、それで
も微妙に結合係数値が波打っている。そこでこの実施形
態5においては、グレーティングの数周期レベルで、グ
レーティングの山の有る無しを設定し、なめらかな結合
係数が得られる構造とした。
Embodiment 5 . Next, a fifth embodiment of the distributed feedback semiconductor laser of the present invention will be described. FIG. 6 is a sectional view of a distributed feedback semiconductor laser for explaining the fifth embodiment of the present invention. In the above-described fourth embodiment , the average coupling coefficient is changed depending on whether or not the area forming the grating has a striped pattern. However, the coupling coefficient value is slightly wavy. So this implementation
In state 5 , the structure with or without the peaks of the grating is set at the level of several cycles of the grating to obtain a smooth coupling coefficient.

【0066】図6の例では、後方0.38L までに対して、
前方0.62L の部分が結合係数を1/3とする例である。後
方部分は通常のグレーティングであるが、前方部分では
3個に1個だけ山を残す構成とした。結合係数はピッチ
をΛとして、共振器軸方向の等価屈折率の変調をフーリ
エ展開したときのcos(2 πZ/Λ+ Ω) の係数に比例する
ことから、このように3個に1個山を残すようにする
と、結合係数が1/3 になる。すなわち高次の回折格子の
結合係数への寄与は、1次の回折格子の寄与に比べて無
視できるからであり、また3個に1個の山があるのは、
3次の回折格子でもあるが、1次の回折格子としても1/
3 の効果がある。これはフーリェ係数的にいって明らか
である。
In the example of FIG . 6 , for the rear 0.38L,
The front 0.62L is an example where the coupling coefficient is 1/3. The rear part is a normal grating, but only one mountain is left in three parts in the front part. The coupling coefficient is proportional to the coefficient of cos (2 πZ / Λ + Ω) when the pitch of Λ is used and the modulation of the equivalent refractive index in the cavity axis direction is Fourier expanded. If you leave, the coupling coefficient becomes 1/3. That is, the contribution of the higher-order diffraction grating to the coupling coefficient is negligible compared to the contribution of the first-order diffraction grating, and there is one peak in three.
It is also a 3rd-order diffraction grating, but as a 1st-order diffraction grating 1 /
It has 3 effects. This is clear in terms of Fourier coefficients.

【0067】一般には、ある領域ではm個中n個、別の
領域ではp個中q個、回折格子の山を残すようにすれ
ば、結合係数をn/m:q/pの比率で変化させること
ができる。しかし図6に示すように、3倍周期で回折格
子の山を残すようにすると、Bragg 反射は、光導波路の
上下の角度に対しても起こり、パワーロスが生じる。そ
こでこのような周期性はなるべく無いようにランダムに
回折格子を残すことが望ましい。
Generally, if the number of peaks of the diffraction grating is left in n in m in one area and q in p in another area, the coupling coefficient changes at the ratio of n / m: q / p. Can be made. However, as shown in FIG. 6 , if the peaks of the diffraction grating are left in a triple cycle, Bragg reflection also occurs at the upper and lower angles of the optical waveguide, resulting in power loss. Therefore, it is desirable to leave the diffraction grating randomly so that such periodicity is avoided as much as possible.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上説明したように本発明の分布帰還型
半導体レーザは上述のような構成とすることにより、以
下のような効果を生じる。第1には実施形態1及び実施
形態2に記載の構成のように、対称型λ/4シフトDF
Bレーザと閾値利得差が同程度かそれ以上となり、且つ
30%〜70%コーティングのFP−LD並の前方後方
光出力比がとれるため、対称型λ/4DFBレーザに比
べ、40%程度光出力を向上させることができるという
効果がある。
As described above, the distributed feedback semiconductor laser of the present invention having the above-described structure produces the following effects. First, as in the configurations described in the first and second embodiments, the symmetrical λ / 4 shift DF
The threshold gain difference is about the same as or more than that of the B laser, and the front-to-back optical output ratio comparable to that of the FP-LD with 30% to 70% coating can be obtained. There is an effect that can improve.

【0069】図7は従来例と比較し、閾値利得差,フィ
ールドフラットネスが向上したことを示す図である。A
R−ARコーティングのλ/4シフトDFBレーザにお
いて、パラメータを3つ、すなわちκ1 、κ2 、L1/(L1
+L2)を考えるが、正当な比較となるように、先ず最初に
発振するモードの閾値利得を一定の条件となるような条
件を課す。そして、ある一定の前方後方出力比が得られ
る場合について比較する。図7では、Pf/Pr =4の場合に
ついて示してある。この図7から解るように、従来κ1
≧κ2 、L1≧L2の場合に比べ、本発明のκ1 >κ2 、L1
<L2は閾値利得差に優れ、フィールドフラットネスも良
くなる。
FIG . 7 is a diagram showing that the threshold gain difference and the field flatness are improved as compared with the conventional example. A
In an R-AR coated λ / 4 shifted DFB laser, there are three parameters: κ 1 , κ 2 , L 1 / (L 1
Considering + L 2 ), the condition that the threshold gain of the mode that oscillates first becomes a constant condition is imposed so that a valid comparison can be made. Then, comparison will be made for the case where a certain constant front-rear output ratio is obtained. FIG. 7 shows the case of P f / P r = 4. As can be seen from FIG. 7 , the conventional κ 1
Compared to the case of ≧ κ 2 and L 1 ≧ L 2 , κ 1 > κ 2 and L 1 of the present invention
<L 2 is excellent in the threshold gain difference and the field flatness is also improved.

【0070】第2には実施形態2及び実施形態3記載の
ように、複数の回折格子の位相差やピッチ差を利用する
構造とすることで、共振器軸方向の結合係数分布を精度
良く製造できるようになる。その理由は、回折格子の高
さは一定で良いため、回折格子の高さを数nmといった
精度で制御しなくて良いからである。また回折格子の1
つ1つのデューティも一定で良いため、数10nmといった
精度でパターニングを行う必要がなくなる。また、この
ような複数の回折格子は、1つのフォトレジスト工程の
EBで行えるため、互いの位相差やピッチ差を形成する
ことが可能となる。
Secondly, as described in the second and third embodiments , the structure utilizing the phase difference and pitch difference of a plurality of diffraction gratings is used to accurately manufacture the coupling coefficient distribution in the resonator axial direction. become able to. The reason is that the height of the diffraction grating does not have to be constant and therefore the height of the diffraction grating does not have to be controlled with an accuracy of several nm. 1 of the diffraction grating
Since each duty may be constant, it is not necessary to perform patterning with an accuracy of several 10 nm. Further, since such a plurality of diffraction gratings can be formed by EB in one photoresist process, it is possible to form a phase difference or a pitch difference between them.

【0071】第3には、回折格子の有無を共振器長に比
べて短い周期で繰り返し、その比率を変えることによっ
て平均的に結合係数を共振器方向で変化させる方法にお
いても、結合係数分布を精度,再現性良く作成できるよ
うになる。その理由は、1つは実施形態4記載のよう
に、回折格子の有無の繰り返しを共振器軸方向に対して
斜め方向に形成することにより、活性層位置のずれに対
して結合係数が変化しなくなり、また同時に結合係数が
回折格子の有無を平均化した滑らかな値が得られるから
である。また他の1つは実施形態5記載のように、回折
格子の山の有り無しを数個レベルで繰り返す方法によ
り、結合係数の平均値が凹凸しないようにすることがで
きる。
Thirdly, even in the method of repeating the presence / absence of the diffraction grating in a cycle shorter than the resonator length and changing the ratio thereof on average to change the coupling coefficient in the resonator direction, the coupling coefficient distribution is You will be able to create with high accuracy and reproducibility. The reason is that, as described in the fourth embodiment , the coupling coefficient changes with respect to the displacement of the active layer position by forming the presence or absence of the diffraction grating in a direction oblique to the cavity axis direction. This is because, at the same time, a smooth coupling coefficient can be obtained by averaging the presence or absence of the diffraction grating. As another one, as described in the fifth embodiment , it is possible to prevent unevenness in the average value of the coupling coefficient by repeating the presence or absence of peaks of the diffraction grating at several levels.

【0072】このような結合係数の良好な制御性が得ら
れる理由は、回折格子の山の高さを一定としながら結合
係数を変化させる構造としたからであり、同時に回折格
子のパターニングをドーズ量を変調したEB露光で形成
できるからである。
The reason why such a good controllability of the coupling coefficient is obtained is that the coupling coefficient is changed while the height of the crests of the diffraction grating is kept constant. At the same time, the patterning of the diffraction grating is performed at a dose amount. This is because it can be formed by EB exposure that is modulated.

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

【図1】本発明の実施形態1を説明するための図であ
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態2を説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態2を説明するための図であ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態3を説明するための図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態4を説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態5を説明するための図であ
る。
FIG. 6 is a diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の効果の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of effects of the present invention.

【図8】従来の分布帰還型半導体レーザの一例を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a conventional distributed feedback semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型InP基板 2 回折格子 3 n−InGaAsPガイド層 4 SCH−歪MQW層(活性層) 5 p−InPクラッド層 6 p−コンタクト層 7 p側電極 8 n側電極 9 ARコーティング膜 10 二酸化シリコン膜 1 n-type InP substrate 2 diffraction grating 3 n-InGaAsP guide layer 4 SCH-strained MQW layer (active layer) 5 p-InP clad layer 6 p-contact layer 7 p-side electrode 8 n side electrode 9 AR coating film 10 Silicon dioxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−110885(JP,A) 特開 昭62−155584(JP,A) 特開 昭61−47685(JP,A) 特開 平5−48197(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-3-110885 (JP, A) JP-A-62-155584 (JP, A) JP-A-61-47685 (JP, A) JP-A-5- 48197 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 JISST file (JOIS)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 回折格子上にλ/4の位相シフト点を有
し、両端面に無反射(AR)コ−ティングを有する分布
帰還型半導体レーザにおいて、主レーザ光を出射する方
向を前方、参照レーザ光を出射する方向を後方、前記位
相シフト点より前方の回折格子の共振器軸方向の長さを
、前記位相シフト点より後方の回折格子の共振器軸
方向の長さをL、前記位相シフト点より前方の回折格
子の結合係数を一定値κ,前記位相シフト点より後方
の回折格子の結合係数を一定値κとした場合、 0.3≦L/(L+L)≦0.45,κ・L
>κ・L としたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
1. A distributed feedback semiconductor laser having a phase shift point of λ / 4 on the diffraction grating and antireflection (AR) coating on both end faces, the main laser light emitting direction is forward, The length in the resonator axial direction of the diffraction grating in front of the phase shift point is L 2 , and the length in the resonator axial direction of the diffraction grating behind the phase shift point is L. 1. If the coupling coefficient of the diffraction grating before the phase shift point is a constant value κ 2 and the coupling coefficient of the diffraction grating behind the phase shift point is a constant value κ 1 , 0.3 ≦ L 1 / (L 1 + L 2 ) ≦ 0.45, κ 1 · L 1
A distributed feedback semiconductor laser having a characteristic of> κ 2 · L 2 .
【請求項2】 請求項1に記載の分布帰還型半導体レー
ザにおいて、 κ・L−κ・L>0.1 としたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
2. The distributed feedback semiconductor laser according to claim 1, wherein κ 1 · L 1 −κ 2 · L 2 > 0.1.
【請求項3】 請求項1乃至請求項2の何れかに記載の
分布帰還型半導体レーザにおいて、 κ・L−κ・L<1 としたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
3. A distributed feedback semiconductor laser according to claim 1, wherein κ 1 · L 1 −κ 2 · L 2 <1. .
JP34196797A 1997-11-28 1997-11-28 Distributed feedback semiconductor laser Expired - Fee Related JP3450169B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34196797A JP3450169B2 (en) 1997-11-28 1997-11-28 Distributed feedback semiconductor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34196797A JP3450169B2 (en) 1997-11-28 1997-11-28 Distributed feedback semiconductor laser

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003150715A Division JP2003309321A (en) 2003-05-28 2003-05-28 Distributed feedback semiconductor laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11163464A JPH11163464A (en) 1999-06-18
JP3450169B2 true JP3450169B2 (en) 2003-09-22

Family

ID=18350157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34196797A Expired - Fee Related JP3450169B2 (en) 1997-11-28 1997-11-28 Distributed feedback semiconductor laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3450169B2 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001036192A (en) 1999-07-22 2001-02-09 Nec Corp Distribution feedback type semiconductor laser and manufacture thereof
JP4615184B2 (en) * 2002-10-07 2011-01-19 古河電気工業株式会社 Distributed feedback laser diode
FR2910643B1 (en) * 2006-12-22 2009-06-12 Alcatel Lucent Sa OPTOELECTRONIC COMPONENT HAVING A TRANSFORMED STRUCTURE DIFFRACTION NETWORK
JP2011119434A (en) * 2009-12-03 2011-06-16 Renesas Electronics Corp Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
JP2012146761A (en) * 2011-01-11 2012-08-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor laser and optical semiconductor device
JP2013168513A (en) * 2012-02-15 2013-08-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor laser and optical semiconductor device
JP6076921B2 (en) * 2014-01-21 2017-02-08 日本電信電話株式会社 Wavelength multiplexing transmitter
JP2016051807A (en) 2014-08-29 2016-04-11 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 Semiconductor laser
FR3054734B1 (en) * 2016-07-27 2018-09-07 Universite Paris Sud LASER DIODE WITH DISTRIBUTED FEEDBACK
JP2018060973A (en) * 2016-10-07 2018-04-12 日本電信電話株式会社 Semiconductor optical integrated element and optical transmission/reception module mounted with the same
WO2020193433A1 (en) * 2019-03-22 2020-10-01 Rockley Photonics Limited A distributed feedback laser
EP4340141A1 (en) * 2022-09-15 2024-03-20 Almae Technologies Distributed feedback lasers and methods for fabricating such lasers

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11163464A (en) 1999-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0836255B1 (en) Laser diode array and fabrication method thereof
US8705583B2 (en) Semiconductor laser
JP3140788B2 (en) Semiconductor laser device
US6426515B2 (en) Semiconductor light-emitting device
US8494320B2 (en) Optical element and method for manufacturing the same
US6577660B1 (en) Distributed feedback type semiconductor laser device having gradually-changed coupling coefficient
JP3842976B2 (en) Distributed feedback semiconductor laser and manufacturing method thereof
US5394429A (en) Distributed-feedback laser with improved analog modulation distortion characteristics and method for fabricating the same
JP3450169B2 (en) Distributed feedback semiconductor laser
JP3086767B2 (en) Laser element
US6301283B1 (en) Distributed feedback semiconductor laser
US6111906A (en) Distributed-feedback semiconductor laser
US5321716A (en) Distributed Feedback semiconductor laser with controlled phase shift
US6084901A (en) Semiconductor laser device
US5469459A (en) Laser diode element with excellent intermodulation distortion characteristic
JP3354106B2 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
JP2000012963A (en) Manufacture of optical semiconductor device
JPS63166281A (en) Distributed feedback semiconductor laser
JP4151043B2 (en) Manufacturing method of optical semiconductor device
JP2003309321A (en) Distributed feedback semiconductor laser
JP2002057405A (en) Semiconductor laser device and its manufacturing method
JPH08274406A (en) Distributed feedback semiconductor laser and its manufacture
JP2950297B2 (en) Distributed feedback semiconductor laser and method of manufacturing the same
JPH0770789B2 (en) Distributed feedback semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP3239387B2 (en) Semiconductor laser and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees