JPH0256985A - 分布ブラッグ反射型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
分布ブラッグ反射型半導体レーザおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［産業上の利用分野］
本発明は光情報伝送、光情報処理、光計測などに有用な
安定な単一縦モードの半導体レーザ、および多波長半導
体レーザ並びにその製造方法に関する。 〔従来の技術〕 従来、分布ブラッグ反射型（Ｄ １ｓｔｒ ｉｂｕｔｅ
ｄＢｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ＤＢＲ）レーザは
、第５図（参照Ｈ９にａｗａｎｉｓｈｉ、 Ｙ、Ｓｕｅ
ｍａｔｓｕ、に、ｔｌｔａｋａ、 Ｙ、Ｉｔａｙａａｎ
ｄ Ｓ、Ａｒａｉ、 ＩＥＥＥ Ｊ、Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 ＱＥ−１５゜７０１［１９７９］
、）の代表的な例に示すように活性領域とＤＢＲ領域
を通して共通の光導波ｆｉ ｎ−Ｇａ１ｎＡｓＰがあり
、活性領域にはその上方に活性層ＧａＩｎＡｓＰがあり
、ＤＢＲ領域は光導波Ｍ上に回折格子が形成されている
。活性層で発生した光はＤＢＲ領域で反射し前面からＤ
ＢＲモードの安定な基本縦モードで発振する。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例では特性の良い屈折率導波型
のレーザ構造にするためには、埋込み構造にする必要が
あり、３回成長しなければならず、複雑なプロセスを必
要とする欠点がある。成膜回数の増加は一般に活性層へ
のダメージ、結晶欠陥の導入など劣化の原因となってし
まう。 本発明は上記問題点に鑑み数少ない成長回数で安定な単
一波長で発振するＤＢＲレーザを提供するものである。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、半導体基板上に少なくとも活性層と、前記活
性層よりもエネルギーギャップが大きく、かつ、一方ま
たは両方の共振面に周期がβ・λ／２（ただし、２は整
数、λは前記活性層中の発振波長）の回折格子が形成さ
れた光導波層とを有する分布ブラッグ反射型半導体レー
ザにおいて、前記先導波路が１回目のエピタキシャル成
長後メサ加工を行うことにより形成され、２回目のエピ
タキシャル成長により作られる活性路と同一直線上に配
置されている半導体レーザであり、上記構造を有する半
導体レーザは少ない成長回数で、活性層にダメージを与
えることなく作製することが可能であり、利得導波型レ
ーザで埋込みＤＢＲ光導波路をもつ安定な単一波長で発
振するレーザである。 すなわち１回目の成長で光導波層を作り回折格子を切り
ＤＢＲ領域を作製し、この領域の先導波路と２回目の
気相成長で形成される活性層のレーザ活性領域における
活性路とを基板に水平な同一直線上に設けることから成
る構造であるため、・２回目のエピタキシャル成長を両
方位依存性をもつ成膜方法、例えば分子線エピタキシャ
ル法（ＭＢＥ法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法
）などで、１回成長膜を加工した上に成膜することによ
り、台形の斜面上には薄く、基板に平行な面上には厚く
成膜するので、活性路の水平方向の閉じ込めを容易に行
うことができ、かつ、光導波路とのスムーズな光学的結
合が可能となる。更に、先導波路は２回目の成長により
、低屈折率のクラッド層により埋込まれるので、効率の
良いＤＢＲとなるわけである。 又活性層は２回目の成長時に作られるが、その後の加工
プロセスを要しないことから、外気と接触しないので、
劣化の恐れもなく、長寿命が期待できる。 尚、回折格子のピッチはβ・λ／２（℃は整数、λは活
性Ｍ中の発振波長）崎℃・λｏ ／ ２ｎｅｆｆ （β
は整数、λ。は真空中の波長、ｎｅｆｆは光導波路の等
側屈折率）である。 又、上記構造において、１回目の成長により成膜するク
ラッドＭと先導波層のうちいずれかの層を基板の導電型
の種類と異なるか、または高抵抗に設定しておけば、活
性領域における電流狭窄層も兼ねることができ、さらに
レーザの構成を簡単化することが可能であり、この構造
は、１回目の成長後のメサ加工時に形成することもでき
るため非常に容易に得ることができる。特に、光導波層
に不純物ドーピングを行わない場合は、自由キャリアに
よる光吸収損失を低減でき、より低損失なりＢＲを実現
できる。このような構造としない場合は別途、電流狭窄
層を内部に形成する等すればよい。 以下図面により本発明をさらに詳しく説明する。 第１図は、本発明の特徴を最もよく表わす分布ブラッグ
反射型レーザ構造の模式図である。（ｂ）。 （Ｃ）はそれぞれ出射前端面、後端面を表わし、図中Ｂ
−Ｂ”、Ｃ−Ｃ’を含む共振器方向の断面図が（ａ）で
ある。又（ａ）において、［Ｉ］、 ［ＩＩＩ］はそ
れぞれ、レーザ活性領域、 ＤＢＲ領域に対応し、［１
１］はそれらをつなぐ遷移領域である。 ［Ｉ］部のレーザ活性領域の構成は、ｎ”−ＧａＡｓ等
から成る基板１上にｎ−Ａｌｏ、 ３Ｇａｏ、フＡｓ等
から成る下部クラッド層４、ｐ−ＧａＡｓ等から成る活
性層５、Ｉ）−Ａｌｏ、 ５Ｇａｏ、 ７Ａ８等から成
る上部クラッド層６、ｐ”−ＧａＡｓ等から成るキャッ
プ層７の順に積層されており、ダブルへテロ型の活性層
から成っている。 また、第１図（ｂ）において、基板ｌ上にｐ−−Ａｌｏ
、 ３Ｇａｏ、 をへＳ等から成るクラッド層２と１−
Ａｌｏ、 ＋Ｇａｏ、 ｅＡｓ等から成る光導波層３が
活性路Ａの両側にあるために水平方向で電流の狭窄及び
光の閉じ込めがなされており、レーザ発振は、活性層５
の中央部、つまり活性路Ａで生じる。 一方、ＤＢＲ領域は、第１図（ｃ）に示すように基板１
上にクラッド層２、光導波層３が積層されており、光導
波Ｎ３上に発振波長を決めるために回折格子が形成され
、またメサ状に埋込まれているので、光の閉じ込め効果
がある。 そして、第１図（ａ）のように、活性路ＡとＤＢＲの光
導波路りは、基板に水平な同一直線上にくるように形成
されているので、への領域でキャリアの再結合の結果発
光した光はＤＢＲ光導波路りで反射し、安定な単一縦モ
ードとなって前単面から出射する。 尚、以上説明した第１図で示した構造の場合、［１１３
は利得をもたない吸収領域であるが、共振方向を順メサ
方向（例えば［０１１］方向）とし、［＋１］の斜面を
逆メサにすることにより、活性領域とＤＢＲ領域がスム
ーズに結合する薄い遷移領域になり本質的にＤＢＲモー
ド発振の妨げとはならないようにすることができる。 本発明による分布ブラッグ反射型レーザ構造は上述の構
造に限定されるものではなく、活性層や光導波層は上述
のようなダブルへテロ構造のみならず量子井戸構造であ
ってもよく、又Ａ１．Ｇａ、−。 Ａｓ系のみならず、Ｉｎｎ−ｘＧａＪ’ｓｙＰ＋−ｙ
％ ＡＬ＋−ｘＧａｘＡｓｙＳｂ＋−ｙ、（ＡｌＧａＡ
ｓッ おいても適用され、安定な単一波長で発振するＤＢＲレ
ーザの作製が可能である。 尚第１図は、［Ｉ］と［ＩＩＩ］の領域を数μｍ程度は
なして回折格子の台形を形成した例だが、重なりあって
いても本質的に問題はない。また、第１図の例では光導
波層の回折格子に２次の回折を用いているが、１次の回
折の方が損失は少なくて良いし、３次以上高次の回折を
用いても実施可能である。 次に第１図の例の作製方法を第２図を用いて説明する。 本発明のレーザの作製においては、第１図の成膜で先導
波層を成膜し、第２回の成膜で活性層を光導波路（光導
波層を選択エツチングしたもの）と同一直線上になるよ
うに成膜するのであるが、その手段としては従来技術を
適用することができる。 まず、基板１上にクラッドＮ２、光導波層３をエピタキ
シャル成長を行う、このエピタキシャル成長には、液相
法をはじめ気相法などが可能である。 回折格子は、発振波長λ。＝ ０．８５μｍである場合
２次の回折において、ピッチはΔ＝ρ・λ。／２ｎｅｆ
ｆ＝ ２ ｘ８５００／ （２ｘ３．５ ） ＝２４２
９人となる。三光束干渉露光法により、フォトリソ及び
エツチング工程により第２図（ａ）に示すように表面全
部に形成する。この際［Ｉ］部をマスキングしておけば
、［ＩＩＴ］部のみに回折格子が形成される。回折格子
形成後、第２図（ｂ）に示す通り、活性領域部［Ｉ］は
共振器の両側に電流狭窄となるように残し、ＤＢＲ部［
Ｉ１１］は光導波路とするために中央部を残し、選択エ
ツチングにより作製する。ＡｌＧａＡｓの場合選択エツ
チングをＮａＯＨ＋）ＩＪ□をｐ）ｌ＝８．４の下で行
うことにより、マスキングしていない部分はＧａＡｓ基
板までエツチングすることが可能である。 次に再成長を行い、第１図に示す様、基板１上に、クラ
ッド層４、活性層５、クラッド層６、キャップ層７を分
子線エピタキシャル法等により成膜する。 最後に電流注入窓を形成するために、５ｉＯｚ等の絶縁
膜８をＣＶＤ法により成膜し、第１図（ａ）中Ａにあた
る部分を除去し、ｎ側電極Ａｕ ９、ｎ側電極Ａｕ １
０を蒸着し完了する。 また本発明においては活性路と先導波路は同一直線上に
あり、スムーズな光学的結合がなされる方が良いが、多
少同一直線上からずれていても、ＤＢＲモードで発振す
る範囲にあれば良い。しかし、成膜の厚さはＭＢＥ法を
用いれば非常に正確に制御でき、また回折格子の台形を
残すプロセスにより横方向の精度はマスクの精度で決ま
るので活性路Ａと光導波路りを同一直線上に形成するこ
とは容易であり、同一直線上に設定することが望ましい
。 以上の説明したように本発明のレーザは２回の成長でキ
ャップ層まで形成されるため活性領域及びＤＢＲ領域の
積層構造は異なるが基本的に同じ要素で構成されている
ものである。 本発明のレーザの構造は第１図に示した構造ばかりでな
く種々のＤＢＲレーザとして構成することができる。 第３図に波長可変型のＤＢＲレーザの一例を示す。第３
図（ａ）において［Ｉ］、 ［ＩＩＩ］、 ［ｒＶ
］はそれぞれレーザ活性領域、 ＤＢＲ領域、波長調整
領域であり、第１図のレーザに比べ光導波路りの領域が
短く、このため波長調整路Ｔの領域が形成されているも
のである。 第３図（ｂ）は素子の概略図であるが、活性路Ａと光導
波路りと波長調整路Ｔが同一直線上に形成されている。 ここで［Ｉ］と（ｒＶ］の領域の構造は同じである。 本例の発振メカニズムは以下の通りである。活性路Ａに
キャリアの注入を行い発生した光はＤＢＲ領域りで反射
されなからＡ領域で増幅されていく。この場合り領域は
第１図の例に比べて短く設定しであるので、光の一部は
Ｔ領域に入り吸収される。ここで、Ｔ領域にキャリアを
注入し利得をもたせれば、Ａ領域の光るエネルギーと競
合し同調して利得が最大となるようになり、Ａ領域とＴ
領域の利得ピーク波長とＤＢＲモードでの選択波長とが
お互いに競合し、非常に安定な単一縦モードが発振する
ことになる。 そしてＴ領域へのキャリア注入量を変化させれば、利得
ピーク波長が変化して、単一縦モードの発振波長は変化
する。この場合の発振波長の変化はＡとＴ領域に注入す
る電流を適当に設定することにより１０ｍｍ程度までは
可能である。 尚、第３図に示したレーザは波長可変型レーザ素子とし
て使用する以外にも、超高速の通信用発光素子としても
使用できる。つまり、Ｔ領域に電流注入しない状態で、
Ａ領域への電流注入により発振閾状態に近づけておく。 そして、Ｔ領域へのわずかな電流注入により発振するよ
うに設定すれば超高速変調の電流注入によって発振波長
の安定なパルス光をとり出すことができる。 さらに本発明のレーザはそれを集積化することも可能で
ある。 第４図は、本発明のＤＢＲレーザを集積化しＹ字型の合
波導波路をもつ場合の例であり、基板１上にクラッド層
２、光導波層３を積層し、回折格子を形成した模式図で
ある。各々のＤＢＲレーザ（ｉ）。 （ｉ ｉ）は、ＤＢＲ領域［ｒＬＴ］の回折格子のピッ
チを異ならせてΔ８．Δ２とし、発振波長λ８．λ２と
なるように設定する。作製方法は、活性領域部［１１と
合波領域部［Ｖ］をマスキングしておき三光束干渉露光
法を２度行うことにより （ｉ）と（ｉ ｉ）の回折格
子をそれぞれ作製し、その後第４図に示すように、選択
エツチングにより導波路層を残して除去するればよい。 このように、複数のＤＢＲレーザを本例のように合波し
てモノリシックに形成したものは波長多重光通信用の光
源として応用することができる。 〔実施例〕 実施例１ 第１図及び第２図に示すレーザを下記の通り作製した。 まず、ｎ”ＧａＡｓ基板１上にＩ）−Ａｌｏ、 ５Ｇａ
ｏ、 ７ＡＳクラッドＷ１１．５μｍ ２ 、１−Ａｌ
ｏ、 ＋Ｇａｏ、 ｅＡｓ光導波層０．３μｍ３をエピ
タキシャル成長を行った。回折格子は、発振波長λ。＝
０．８５μｍに対応するよう、ピッチはΔ＝ ２ｘ８
５００／ （２ｘ３．５ ） ＝２４２９人とした。三
光束干渉露光法により、フォトリソ及びエツチング工程
により第２図（ａ）に示すように表面全部に形成した。 この際［Ｉ］部をマスキング、［ＩＩＩ］部のみに回折
格子が形成されるようにした。 回折格子形成後、第２図（ｂ）に示す通り、活性領域部
［Ｉ］は共振器の両側に電流狭窄となるように残し、Ｄ
ＢＲ部［ｍｌは光導波路とするために中央部を残し、選
択エツチングによりＮａＯＨ＋ Ｈ２０□をｐｌ（＝
ａ、 ４の下で基板までエツチングし作製し、［Ｉ］、
［ｍ）部はそれぞれ２００ｕｍ、 ６００μｍとし、１
１＝５μｍ、β２＝３μｍとした。 次に２回目の成長を行い、第１図に示す様、基板１上に
、ｎ−Ａｌｏ、 ５Ｇａｏ、 ７ＡＳクラッド層１．５
ｕｍ４、ｐ−ＧａＡｓ活性層０．１μｍ５、ｐ−Ａｌｏ
、 ５Ｇａｏ、 ｔＡｓクラッド層１．５μｍ６、ｐ”
−ＧａＡｓキャップ層０．３μｍを分子線エピタキシャ
ル法等により成膜した。 最後に電流注入窓を形成するために、Ｓｉｎｇ等の絶縁
膜８をＣＶＤ法により成膜し、第１図（ａ）図中Ａの部
分を除去し、ｎ側電極Ａｕ ９、ｎ側電極Ａｕ １０を
蒸着し分布ブラッグ反射型半導体レーザを作製した。 得られたレーザは０．８５μｍの波長で安定的に発振す
るものであった。 実施例２ 第３図に示す波長可変型のＤＢＲレーザを実施例１と同
様の方法により第３図（ｂ）に示す活性路Ａ、光導波路
り、波長調整路Ｔが同一直線上になるように作製した。 尚、第３図（ａ）においてレーザ活性領域（Ｉ］、ＤＢ
Ｒ領域［■］、波長調整領域［ＩＶ ）の長さはそれぞ
れ３００μｍ、 ３００μｍ。 １００μｍとし、光の導波する領域の幅は３μｍとした
。 得られたレーザはＡ領域とＴ領域の利得ピーク波長とＤ
ＢＲモードでの選択波長とがお互いに競合し、非常に安
定な単一縦モードが発振し、さらにＡとＴ領域に注入す
る電流を適当に設定することにより１０ｍｍ程度まで発
振波長が変化するものであった。 実施例３ 第４図に示すＤＢＲ型レーザを集積化しＹ字型の合波導
波路をもつレーザを実施例１と同様にして１回の成長で
基板１上にクラッド層２、光導波層３を積層し、回折格
子を形成した模式図である。 尚各々のｔｌＢＲレーザ（ｉ）、（ｉｉ）のＩ）ＢＲ領
領域ｍ】の回折格子のピッチはそれぞれ２３４３人、
２４００人とし、発振波長がそれぞれ０．８２μｍ、
０．８４μｍとなるようにした。回折格子は活性領域
部［Ｉ］と合波領域部［Ｖ］をマスキングしておき三光
束干渉露光法を２度行うことにより作製し、その後選択
エツチングにより導波路層を残して除去することにより
第４図に示す構造を作製した。尚
安定な単一縦モードの半導体レーザ、および多波長半導
体レーザ並びにその製造方法に関する。 〔従来の技術〕 従来、分布ブラッグ反射型（Ｄ １ｓｔｒ ｉｂｕｔｅ
ｄＢｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ＤＢＲ）レーザは
、第５図（参照Ｈ９にａｗａｎｉｓｈｉ、 Ｙ、Ｓｕｅ
ｍａｔｓｕ、に、ｔｌｔａｋａ、 Ｙ、Ｉｔａｙａａｎ
ｄ Ｓ、Ａｒａｉ、 ＩＥＥＥ Ｊ、Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 ＱＥ−１５゜７０１［１９７９］
、）の代表的な例に示すように活性領域とＤＢＲ領域
を通して共通の光導波ｆｉ ｎ−Ｇａ１ｎＡｓＰがあり
、活性領域にはその上方に活性層ＧａＩｎＡｓＰがあり
、ＤＢＲ領域は光導波Ｍ上に回折格子が形成されている
。活性層で発生した光はＤＢＲ領域で反射し前面からＤ
ＢＲモードの安定な基本縦モードで発振する。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例では特性の良い屈折率導波型
のレーザ構造にするためには、埋込み構造にする必要が
あり、３回成長しなければならず、複雑なプロセスを必
要とする欠点がある。成膜回数の増加は一般に活性層へ
のダメージ、結晶欠陥の導入など劣化の原因となってし
まう。 本発明は上記問題点に鑑み数少ない成長回数で安定な単
一波長で発振するＤＢＲレーザを提供するものである。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、半導体基板上に少なくとも活性層と、前記活
性層よりもエネルギーギャップが大きく、かつ、一方ま
たは両方の共振面に周期がβ・λ／２（ただし、２は整
数、λは前記活性層中の発振波長）の回折格子が形成さ
れた光導波層とを有する分布ブラッグ反射型半導体レー
ザにおいて、前記先導波路が１回目のエピタキシャル成
長後メサ加工を行うことにより形成され、２回目のエピ
タキシャル成長により作られる活性路と同一直線上に配
置されている半導体レーザであり、上記構造を有する半
導体レーザは少ない成長回数で、活性層にダメージを与
えることなく作製することが可能であり、利得導波型レ
ーザで埋込みＤＢＲ光導波路をもつ安定な単一波長で発
振するレーザである。 すなわち１回目の成長で光導波層を作り回折格子を切り
ＤＢＲ領域を作製し、この領域の先導波路と２回目の
気相成長で形成される活性層のレーザ活性領域における
活性路とを基板に水平な同一直線上に設けることから成
る構造であるため、・２回目のエピタキシャル成長を両
方位依存性をもつ成膜方法、例えば分子線エピタキシャ
ル法（ＭＢＥ法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法
）などで、１回成長膜を加工した上に成膜することによ
り、台形の斜面上には薄く、基板に平行な面上には厚く
成膜するので、活性路の水平方向の閉じ込めを容易に行
うことができ、かつ、光導波路とのスムーズな光学的結
合が可能となる。更に、先導波路は２回目の成長により
、低屈折率のクラッド層により埋込まれるので、効率の
良いＤＢＲとなるわけである。 又活性層は２回目の成長時に作られるが、その後の加工
プロセスを要しないことから、外気と接触しないので、
劣化の恐れもなく、長寿命が期待できる。 尚、回折格子のピッチはβ・λ／２（℃は整数、λは活
性Ｍ中の発振波長）崎℃・λｏ ／ ２ｎｅｆｆ （β
は整数、λ。は真空中の波長、ｎｅｆｆは光導波路の等
側屈折率）である。 又、上記構造において、１回目の成長により成膜するク
ラッドＭと先導波層のうちいずれかの層を基板の導電型
の種類と異なるか、または高抵抗に設定しておけば、活
性領域における電流狭窄層も兼ねることができ、さらに
レーザの構成を簡単化することが可能であり、この構造
は、１回目の成長後のメサ加工時に形成することもでき
るため非常に容易に得ることができる。特に、光導波層
に不純物ドーピングを行わない場合は、自由キャリアに
よる光吸収損失を低減でき、より低損失なりＢＲを実現
できる。このような構造としない場合は別途、電流狭窄
層を内部に形成する等すればよい。 以下図面により本発明をさらに詳しく説明する。 第１図は、本発明の特徴を最もよく表わす分布ブラッグ
反射型レーザ構造の模式図である。（ｂ）。 （Ｃ）はそれぞれ出射前端面、後端面を表わし、図中Ｂ
−Ｂ”、Ｃ−Ｃ’を含む共振器方向の断面図が（ａ）で
ある。又（ａ）において、［Ｉ］、 ［ＩＩＩ］はそ
れぞれ、レーザ活性領域、 ＤＢＲ領域に対応し、［１
１］はそれらをつなぐ遷移領域である。 ［Ｉ］部のレーザ活性領域の構成は、ｎ”−ＧａＡｓ等
から成る基板１上にｎ−Ａｌｏ、 ３Ｇａｏ、フＡｓ等
から成る下部クラッド層４、ｐ−ＧａＡｓ等から成る活
性層５、Ｉ）−Ａｌｏ、 ５Ｇａｏ、 ７Ａ８等から成
る上部クラッド層６、ｐ”−ＧａＡｓ等から成るキャッ
プ層７の順に積層されており、ダブルへテロ型の活性層
から成っている。 また、第１図（ｂ）において、基板ｌ上にｐ−−Ａｌｏ
、 ３Ｇａｏ、 をへＳ等から成るクラッド層２と１−
Ａｌｏ、 ＋Ｇａｏ、 ｅＡｓ等から成る光導波層３が
活性路Ａの両側にあるために水平方向で電流の狭窄及び
光の閉じ込めがなされており、レーザ発振は、活性層５
の中央部、つまり活性路Ａで生じる。 一方、ＤＢＲ領域は、第１図（ｃ）に示すように基板１
上にクラッド層２、光導波層３が積層されており、光導
波Ｎ３上に発振波長を決めるために回折格子が形成され
、またメサ状に埋込まれているので、光の閉じ込め効果
がある。 そして、第１図（ａ）のように、活性路ＡとＤＢＲの光
導波路りは、基板に水平な同一直線上にくるように形成
されているので、への領域でキャリアの再結合の結果発
光した光はＤＢＲ光導波路りで反射し、安定な単一縦モ
ードとなって前単面から出射する。 尚、以上説明した第１図で示した構造の場合、［１１３
は利得をもたない吸収領域であるが、共振方向を順メサ
方向（例えば［０１１］方向）とし、［＋１］の斜面を
逆メサにすることにより、活性領域とＤＢＲ領域がスム
ーズに結合する薄い遷移領域になり本質的にＤＢＲモー
ド発振の妨げとはならないようにすることができる。 本発明による分布ブラッグ反射型レーザ構造は上述の構
造に限定されるものではなく、活性層や光導波層は上述
のようなダブルへテロ構造のみならず量子井戸構造であ
ってもよく、又Ａ１．Ｇａ、−。 Ａｓ系のみならず、Ｉｎｎ−ｘＧａＪ’ｓｙＰ＋−ｙ
％ ＡＬ＋−ｘＧａｘＡｓｙＳｂ＋−ｙ、（ＡｌＧａＡ
ｓッ おいても適用され、安定な単一波長で発振するＤＢＲレ
ーザの作製が可能である。 尚第１図は、［Ｉ］と［ＩＩＩ］の領域を数μｍ程度は
なして回折格子の台形を形成した例だが、重なりあって
いても本質的に問題はない。また、第１図の例では光導
波層の回折格子に２次の回折を用いているが、１次の回
折の方が損失は少なくて良いし、３次以上高次の回折を
用いても実施可能である。 次に第１図の例の作製方法を第２図を用いて説明する。 本発明のレーザの作製においては、第１図の成膜で先導
波層を成膜し、第２回の成膜で活性層を光導波路（光導
波層を選択エツチングしたもの）と同一直線上になるよ
うに成膜するのであるが、その手段としては従来技術を
適用することができる。 まず、基板１上にクラッドＮ２、光導波層３をエピタキ
シャル成長を行う、このエピタキシャル成長には、液相
法をはじめ気相法などが可能である。 回折格子は、発振波長λ。＝ ０．８５μｍである場合
２次の回折において、ピッチはΔ＝ρ・λ。／２ｎｅｆ
ｆ＝ ２ ｘ８５００／ （２ｘ３．５ ） ＝２４２
９人となる。三光束干渉露光法により、フォトリソ及び
エツチング工程により第２図（ａ）に示すように表面全
部に形成する。この際［Ｉ］部をマスキングしておけば
、［ＩＩＴ］部のみに回折格子が形成される。回折格子
形成後、第２図（ｂ）に示す通り、活性領域部［Ｉ］は
共振器の両側に電流狭窄となるように残し、ＤＢＲ部［
Ｉ１１］は光導波路とするために中央部を残し、選択エ
ツチングにより作製する。ＡｌＧａＡｓの場合選択エツ
チングをＮａＯＨ＋）ＩＪ□をｐ）ｌ＝８．４の下で行
うことにより、マスキングしていない部分はＧａＡｓ基
板までエツチングすることが可能である。 次に再成長を行い、第１図に示す様、基板１上に、クラ
ッド層４、活性層５、クラッド層６、キャップ層７を分
子線エピタキシャル法等により成膜する。 最後に電流注入窓を形成するために、５ｉＯｚ等の絶縁
膜８をＣＶＤ法により成膜し、第１図（ａ）中Ａにあた
る部分を除去し、ｎ側電極Ａｕ ９、ｎ側電極Ａｕ １
０を蒸着し完了する。 また本発明においては活性路と先導波路は同一直線上に
あり、スムーズな光学的結合がなされる方が良いが、多
少同一直線上からずれていても、ＤＢＲモードで発振す
る範囲にあれば良い。しかし、成膜の厚さはＭＢＥ法を
用いれば非常に正確に制御でき、また回折格子の台形を
残すプロセスにより横方向の精度はマスクの精度で決ま
るので活性路Ａと光導波路りを同一直線上に形成するこ
とは容易であり、同一直線上に設定することが望ましい
。 以上の説明したように本発明のレーザは２回の成長でキ
ャップ層まで形成されるため活性領域及びＤＢＲ領域の
積層構造は異なるが基本的に同じ要素で構成されている
ものである。 本発明のレーザの構造は第１図に示した構造ばかりでな
く種々のＤＢＲレーザとして構成することができる。 第３図に波長可変型のＤＢＲレーザの一例を示す。第３
図（ａ）において［Ｉ］、 ［ＩＩＩ］、 ［ｒＶ
］はそれぞれレーザ活性領域、 ＤＢＲ領域、波長調整
領域であり、第１図のレーザに比べ光導波路りの領域が
短く、このため波長調整路Ｔの領域が形成されているも
のである。 第３図（ｂ）は素子の概略図であるが、活性路Ａと光導
波路りと波長調整路Ｔが同一直線上に形成されている。 ここで［Ｉ］と（ｒＶ］の領域の構造は同じである。 本例の発振メカニズムは以下の通りである。活性路Ａに
キャリアの注入を行い発生した光はＤＢＲ領域りで反射
されなからＡ領域で増幅されていく。この場合り領域は
第１図の例に比べて短く設定しであるので、光の一部は
Ｔ領域に入り吸収される。ここで、Ｔ領域にキャリアを
注入し利得をもたせれば、Ａ領域の光るエネルギーと競
合し同調して利得が最大となるようになり、Ａ領域とＴ
領域の利得ピーク波長とＤＢＲモードでの選択波長とが
お互いに競合し、非常に安定な単一縦モードが発振する
ことになる。 そしてＴ領域へのキャリア注入量を変化させれば、利得
ピーク波長が変化して、単一縦モードの発振波長は変化
する。この場合の発振波長の変化はＡとＴ領域に注入す
る電流を適当に設定することにより１０ｍｍ程度までは
可能である。 尚、第３図に示したレーザは波長可変型レーザ素子とし
て使用する以外にも、超高速の通信用発光素子としても
使用できる。つまり、Ｔ領域に電流注入しない状態で、
Ａ領域への電流注入により発振閾状態に近づけておく。 そして、Ｔ領域へのわずかな電流注入により発振するよ
うに設定すれば超高速変調の電流注入によって発振波長
の安定なパルス光をとり出すことができる。 さらに本発明のレーザはそれを集積化することも可能で
ある。 第４図は、本発明のＤＢＲレーザを集積化しＹ字型の合
波導波路をもつ場合の例であり、基板１上にクラッド層
２、光導波層３を積層し、回折格子を形成した模式図で
ある。各々のＤＢＲレーザ（ｉ）。 （ｉ ｉ）は、ＤＢＲ領域［ｒＬＴ］の回折格子のピッ
チを異ならせてΔ８．Δ２とし、発振波長λ８．λ２と
なるように設定する。作製方法は、活性領域部［１１と
合波領域部［Ｖ］をマスキングしておき三光束干渉露光
法を２度行うことにより （ｉ）と（ｉ ｉ）の回折格
子をそれぞれ作製し、その後第４図に示すように、選択
エツチングにより導波路層を残して除去するればよい。 このように、複数のＤＢＲレーザを本例のように合波し
てモノリシックに形成したものは波長多重光通信用の光
源として応用することができる。 〔実施例〕 実施例１ 第１図及び第２図に示すレーザを下記の通り作製した。 まず、ｎ”ＧａＡｓ基板１上にＩ）−Ａｌｏ、 ５Ｇａ
ｏ、 ７ＡＳクラッドＷ１１．５μｍ ２ 、１−Ａｌ
ｏ、 ＋Ｇａｏ、 ｅＡｓ光導波層０．３μｍ３をエピ
タキシャル成長を行った。回折格子は、発振波長λ。＝
０．８５μｍに対応するよう、ピッチはΔ＝ ２ｘ８
５００／ （２ｘ３．５ ） ＝２４２９人とした。三
光束干渉露光法により、フォトリソ及びエツチング工程
により第２図（ａ）に示すように表面全部に形成した。 この際［Ｉ］部をマスキング、［ＩＩＩ］部のみに回折
格子が形成されるようにした。 回折格子形成後、第２図（ｂ）に示す通り、活性領域部
［Ｉ］は共振器の両側に電流狭窄となるように残し、Ｄ
ＢＲ部［ｍｌは光導波路とするために中央部を残し、選
択エツチングによりＮａＯＨ＋ Ｈ２０□をｐｌ（＝
ａ、 ４の下で基板までエツチングし作製し、［Ｉ］、
［ｍ）部はそれぞれ２００ｕｍ、 ６００μｍとし、１
１＝５μｍ、β２＝３μｍとした。 次に２回目の成長を行い、第１図に示す様、基板１上に
、ｎ−Ａｌｏ、 ５Ｇａｏ、 ７ＡＳクラッド層１．５
ｕｍ４、ｐ−ＧａＡｓ活性層０．１μｍ５、ｐ−Ａｌｏ
、 ５Ｇａｏ、 ｔＡｓクラッド層１．５μｍ６、ｐ”
−ＧａＡｓキャップ層０．３μｍを分子線エピタキシャ
ル法等により成膜した。 最後に電流注入窓を形成するために、Ｓｉｎｇ等の絶縁
膜８をＣＶＤ法により成膜し、第１図（ａ）図中Ａの部
分を除去し、ｎ側電極Ａｕ ９、ｎ側電極Ａｕ １０を
蒸着し分布ブラッグ反射型半導体レーザを作製した。 得られたレーザは０．８５μｍの波長で安定的に発振す
るものであった。 実施例２ 第３図に示す波長可変型のＤＢＲレーザを実施例１と同
様の方法により第３図（ｂ）に示す活性路Ａ、光導波路
り、波長調整路Ｔが同一直線上になるように作製した。 尚、第３図（ａ）においてレーザ活性領域（Ｉ］、ＤＢ
Ｒ領域［■］、波長調整領域［ＩＶ ）の長さはそれぞ
れ３００μｍ、 ３００μｍ。 １００μｍとし、光の導波する領域の幅は３μｍとした
。 得られたレーザはＡ領域とＴ領域の利得ピーク波長とＤ
ＢＲモードでの選択波長とがお互いに競合し、非常に安
定な単一縦モードが発振し、さらにＡとＴ領域に注入す
る電流を適当に設定することにより１０ｍｍ程度まで発
振波長が変化するものであった。 実施例３ 第４図に示すＤＢＲ型レーザを集積化しＹ字型の合波導
波路をもつレーザを実施例１と同様にして１回の成長で
基板１上にクラッド層２、光導波層３を積層し、回折格
子を形成した模式図である。 尚各々のｔｌＢＲレーザ（ｉ）、（ｉｉ）のＩ）ＢＲ領
領域ｍ】の回折格子のピッチはそれぞれ２３４３人、
２４００人とし、発振波長がそれぞれ０．８２μｍ、
０．８４μｍとなるようにした。回折格子は活性領域
部［Ｉ］と合波領域部［Ｖ］をマスキングしておき三光
束干渉露光法を２度行うことにより作製し、その後選択
エツチングにより導波路層を残して除去することにより
第４図に示す構造を作製した。尚
【Ｉ】。
［ＩＩＩ］、［Ｖ］部それぞれの長さは２００ｕ ｍ、
３００μｍ、 ５００μｍとした。 さらに第４図の構造のものに実施例１と同様に２回目の
成長を行い活性層等を積層した後レーザ（ｉ）と（ｉｆ
）が独立に駆動できるように電極を分離して形成してお
き、両者の間隔Ｄ＝＝１００μｍとした。さらに［Ｖ］
領領域合波して光を出射するために、［Ｉ］１部面の反
射率は高＜９０％程度にした。 得られたレーザを発振したところレーザ（ｉ）。 （ｉｉ）の回折格子により波長安定化された光が（Ｖｌ
領域で合波し出射された。 ［発明の効果］ 以上説明したように、１回目の成長で光導波路を形成し
、回折格子を切り、同時に活性領域の電流狭窄層を形成
するようメサ加工を行い、２回目の成長でその上に活性
層を積層し、活性路と光導波路を同一直線上に光学的結
合させることにより成る半導体レーザは、屈折率導波型
の安定な単一波長で発振するＤＢＲレーザであり、容易
に数少ない成長回数で作成することができるものである
。 又、本発明の半導体レーザを作製するにおいては、活性
路の水平方向の閉じ込めを容易に行うことができ、かつ
、光導波路とのスムーズな光学的結合が可能で、さらに
、光導波路は２回目の成長により、低屈折率のクラッド
層により埋込まれるので、効率の良いＤＢＲレーザとす
ることができる。 さらに活性層は２回目の成長時に作られ、その後の加工
プロセスを要せず、外気と接触しないので、劣化の恐れ
もなく、寿命の長いレーザとすることが可能である。
３００μｍ、 ５００μｍとした。 さらに第４図の構造のものに実施例１と同様に２回目の
成長を行い活性層等を積層した後レーザ（ｉ）と（ｉｆ
）が独立に駆動できるように電極を分離して形成してお
き、両者の間隔Ｄ＝＝１００μｍとした。さらに［Ｖ］
領領域合波して光を出射するために、［Ｉ］１部面の反
射率は高＜９０％程度にした。 得られたレーザを発振したところレーザ（ｉ）。 （ｉｉ）の回折格子により波長安定化された光が（Ｖｌ
領域で合波し出射された。 ［発明の効果］ 以上説明したように、１回目の成長で光導波路を形成し
、回折格子を切り、同時に活性領域の電流狭窄層を形成
するようメサ加工を行い、２回目の成長でその上に活性
層を積層し、活性路と光導波路を同一直線上に光学的結
合させることにより成る半導体レーザは、屈折率導波型
の安定な単一波長で発振するＤＢＲレーザであり、容易
に数少ない成長回数で作成することができるものである
。 又、本発明の半導体レーザを作製するにおいては、活性
路の水平方向の閉じ込めを容易に行うことができ、かつ
、光導波路とのスムーズな光学的結合が可能で、さらに
、光導波路は２回目の成長により、低屈折率のクラッド
層により埋込まれるので、効率の良いＤＢＲレーザとす
ることができる。 さらに活性層は２回目の成長時に作られ、その後の加工
プロセスを要せず、外気と接触しないので、劣化の恐れ
もなく、寿命の長いレーザとすることが可能である。
第１図（ａ）は本発明を実施したＤＢＲレーザの共振方
向断面図、 （ｂ）は本発明を実施したＤＢＲレーザの前端面図、 （ｃ）は本発明を実施したＤＢＲレーザの後端面図、 第２図は第１図ＤＢＲレーザの作製工程の模式図であり
、 （ａ）は１回目の成長後、回折格子を形成した図、 （ｂ）はメサ加工を行った図、 （ｃ）は素子完成図、 第３図は本発明を実施した波長可変型のＤＢＲレーザの
模式図で、 （ａ）は１回目の成長後、回折格子を形成した図、 （ｂ）は素子完成図、 第４図は本発明を実施したＤＢＲレーザを複数集積化し
、合波路をもつ半導体レーザ模式図で、１回成長後回折
格子を形成した図、 第５図は従来のＤＢＲレーザ構造図である。 １ 二基板 ２ ：クラッド層３ ：光導波層
４ ：下部クラッド層５ ：活性層 ６
：上部クラッド層７ ：キャップ層 ８ ：絶縁層 ９ ：上部電極 ｌＯ：下部電極 ［Ｉ］ ：活性領域 ［１１］ ・遷移領域［１１
１］：ＤＢＲ領域 〔■］ ：波長調整領域〔■〕
：光合波領域 Ａ ：活性路Ｄ ：光導波路 Ｔ
：波長調整路特許出願人 キャノン株式会社
向断面図、 （ｂ）は本発明を実施したＤＢＲレーザの前端面図、 （ｃ）は本発明を実施したＤＢＲレーザの後端面図、 第２図は第１図ＤＢＲレーザの作製工程の模式図であり
、 （ａ）は１回目の成長後、回折格子を形成した図、 （ｂ）はメサ加工を行った図、 （ｃ）は素子完成図、 第３図は本発明を実施した波長可変型のＤＢＲレーザの
模式図で、 （ａ）は１回目の成長後、回折格子を形成した図、 （ｂ）は素子完成図、 第４図は本発明を実施したＤＢＲレーザを複数集積化し
、合波路をもつ半導体レーザ模式図で、１回成長後回折
格子を形成した図、 第５図は従来のＤＢＲレーザ構造図である。 １ 二基板 ２ ：クラッド層３ ：光導波層
４ ：下部クラッド層５ ：活性層 ６
：上部クラッド層７ ：キャップ層 ８ ：絶縁層 ９ ：上部電極 ｌＯ：下部電極 ［Ｉ］ ：活性領域 ［１１］ ・遷移領域［１１
１］：ＤＢＲ領域 〔■］ ：波長調整領域〔■〕
：光合波領域 Ａ ：活性路Ｄ ：光導波路 Ｔ
：波長調整路特許出願人 キャノン株式会社
Claims (3)
- （１）半導体基板上に少なくとも活性層と、前記活性層
よりもエネルギーギャップが大きく、かつ、一方または
両方の共振面に周期がｌ・λ／２（ただし、ｌは整数、
λは前記活性層中の発振波長）の回折格子が形成されて
いる光導波路とを有する分布ブラッグ反射型半導体レー
ザにおいて、前記光導波路が１回目のエピタキシャル成
長後メサ加工を行うことにより形成され、２回目のエピ
タキシャル成長により作られる活性層のレーザ活性領域
における活性路と同一直線上に配置されていることを特
徴とする半導体レーザ。 - （２）１回目の成長により成膜されるクラッド層または
光導波層が基板の電導型と種類の異なる電導型であるか
または高抵抗であり、電流狭窄層としてレーザ活性領域
に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導
体レーザ。 - （３）半導体基板上に少なくとも活性層と、前記活性層
よりもエネルギーギャップが大きく、かつ、一方または
両方の共振面に周期がｌ・λ／２（ただし、ｌは整数、
λは前記活性層中の発振波長）の回折格子が形成されて
いる光導波路とを有する分布ブラッグ反射型半導体レー
ザの製造において、前記光導波路を１回目のエピタキシ
ャル成長後メサ加工を行うことにより形成し、次に２回
目のエピタキシャル成長によりレーザ活性領域における
活性路が前記光導波路と同一直線上に配置されるように
活性層を形成することを特徴とする半導体レーザの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20722888A JPH0256985A (ja) | 1988-08-23 | 1988-08-23 | 分布ブラッグ反射型半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20722888A JPH0256985A (ja) | 1988-08-23 | 1988-08-23 | 分布ブラッグ反射型半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0256985A true JPH0256985A (ja) | 1990-02-26 |
Family
ID=16536361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20722888A Pending JPH0256985A (ja) | 1988-08-23 | 1988-08-23 | 分布ブラッグ反射型半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0256985A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5823227A (en) * | 1994-11-14 | 1998-10-20 | Komatsu, Ltd. | Hydraulic pilot valve |
-
1988
- 1988-08-23 JP JP20722888A patent/JPH0256985A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5823227A (en) * | 1994-11-14 | 1998-10-20 | Komatsu, Ltd. | Hydraulic pilot valve |
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