JPH0266984A - ブラッグ反射形レーザおよびその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はブラッグ反射形レーザの特性改善に関する。本
発明は光通信や光計測の光源として利用するに適する。

〔概　要〕

本発明は、量子井戸構造が設けられたブラッグ反射形レ
ーザにおいて、 ブラッグ反射領域の導波路として量子井戸構造の延長部
を無秩序化した層を使用することにより、活性領域とブ
ラッグ反射領域との結合効率を増加させ、しかもブラッ
グ反射領域の導波路損失を減少させるものである。

〔従来の技術〕

単一モード性の優れたレーザとして、導波路に周期的な
構造をもたせた分布帰還形レーザ（ｄｉｓ−ｔｒｉｂｕ
ｔｅｄ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　１ａｓｅｒ）やブラッグ反
射形レーザ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ−ｒ
ｅｆｌｅｃｔｏｒ　１ａｓｅｒ）が期待されている。

分布帰還形レーザは、活性領域に沿って周期構造をもた
せ、これによるブラッグ反射を利用して光を分布的に帰
還させるものである。これに対してブラッグ反射形レー
ザは、活性領域の出射端に周期構造をもたせ、出射光を
ブラッグ反射させるものである。

分布帰還形レーザは、構造が単純で製造が容易である。

また、位相シフトを用いることにより、単一モード性を
向上させることができる。

しかし、共振器中に不均一な光強度分布が生じるため、
空間的ホールバーニングを生じる。このため高出力時の
動作が不安定となり、スペクトル線幅が増加する欠点が
あった。また、動作解析が複雑である欠点があった。

これに対してブラッグ反射形レーザは、動作が基本的に
ファブリ・ペロー形レーザと同じであり、空間的ホール
バーニングを生じることはない。また、動作が単純であ
り、解析および最適化が容易である。

ブラッグ反射形レーザに関する文献としては、（ｉ）　
　シゲル・ムラタ、イクオ・ミドおよびコラロウ・コバ
ヤシ、「スペクトル線 タリスティクス・フォー・ア・１．５μ［０ＤＢＲレー
デ・ウィズ・フリクエンシイ・チューニング・リージョ
ンＪ　、ＩＥＥＩＩ！ジャーナル・オブ・クラオンタム
・エレクトロニクス第叶−２３巻第６号１９８７年６月
（Ｓｈｉｇｅｒｕ　Ｍｕｒａｔａ、　　Ｉｋｕ。

Ｍｉｔｏ、　　ａｎｄ　　Ｋｏｈｒｏｈ　Ｋｏｂａｙａ
ｓｈｉ、　　”５ｐｅｃｔｒａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉ
ｓｔｉｃｓ　　ｆｏｒ　　　ａ　　１，５μｍ　　　Ｄ
ＢＲＬａｓｅｒｗｉｔｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｔｕｎ
ｉｎｇ　Ｒｅｇｉｏｎ　、　　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒ−ｎ
ａｌ　ｏｆ　　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ、　　Ｖｏｌ、　　Ｑε−２３゜Ｎｏ、６．　　Ｊｕ
ｎｅ　１９８７） （１１）ケイスケ・コジマ、ススム・ノダ、カズマサ・
ミッナガ、カズオ・キ二一マ、コーイチ・ハマナカ、タ
カシ・ナカヤマ、「エツジ・アンド・サーフェス・エミ
ッティング・デストリビューテッド・ブラッグ・リフレ
クタ・レーザ・ウィズ・マルチクラオンタム・ウェル・
アクティブ／パッシブ・ウニイブガイド」、アプライド
・フィジクス・レターズ第５０巻第５号１９８７年２月
２日（Ｋｅｉｓｕｋｅ　ｋｏｊｉｍａ、　Ｓｕｓｕ−ｍ
ｕ　Ｎｏｄａ、　ｋａｚｕｍａｓａ　Ｍｉｔｓｕｎａｇ
ａ、　Ｋａｚｕｏ　Ｋｙｕｍａ。

Ｋｏｉｃｈｉ　ｈａｍａｎａｋａ、　ａｎｄ　　Ｔａｋ
ａｓｈｉ　Ｎａｋａｙａｍａ。

”Ｂｄｇｅ−ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎ
ｇ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇ　ｒｅｆｌｅｃ
ｔｏｒ　１ａｓｅｒ　ｗｉｔｈ　ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔ
ｕｍｗｅｌｌ　ａｃｔｉｖｅ／ｐａｓｓｉｖｅ　ｗａｖ
ｅｇｕｉｄｅｓ’、　　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　５０（５）、　２　ＦｅｔＪｒ
ｕａｒｙ　１９８７）等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、ブラッグ反射形レーザは、構造が複雑で製造が
困難である。特に、活性領域とブラッグ反射領域との結
合効率を増加させ、しかもブラッグ反射領域の導波路損
失を減少させることが特性上重要である。ところが、こ
れらを両立させることが困難であった。

例えば、上述した（ｉ）の文献では、ブラッグ反射領域
の損失を低くするため、吸収の大きい活性層をエツチン
グしたブラッグ反射形レーザを提案している。しかし、
この素子は、活性領域とブラッグ反射領域とで導波路構
造が異なるため、結合効率が低下する。

また、（ｉｉ　）の文献では、結合効率を上げるため、
活性領域とブラッグ反射領域に同じ量子井戸構造を用い
た素子を提案している。これは、量子井戸構造の吸収が
比較的小さいことを利用するものである。しかし、結合
効率は高いが、導波路損失は残ってしまう。

本発明は、以上の問題点を解決し、活性領域とブラッグ
反射領域との結合効率が高く、しかもブラッグ反射領域
の導波路損失が低いブラッグ反射形レーザを提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のブラッグ反射形レーザは、ブラッグ反射領域に
、量子井戸構造の延長部が無秩序化された層を導波層と
して含むことを特徴とする。

この素子を製造するには、半導体基板上に量子井戸構造
を形成し、この量子井戸構造の一部を活性領域として残
すとともに、この活性領域以外の部分の量子井戸構造を
無秩序化し、無秩序化された領域に、活性領域の光出力
方向に沿ってブラッグ反射領域を形成する。

量子井戸構造を無秩序化するには、この量子井戸構造に
イオン注入し、その後に熱処理することが望ましい。

〔作　用〕

活性領域とブラッグ反射領域とを同じ量子井戸構造で製
造し、ブラッグ反射領域を無秩序化（ディスオーダリン
グ）する。無秩序化により量子井戸構造が破壊され、低
損失化される。また、活性領域とブラッグ反射領域とが
基本的に同じ構造であり、二つの領域の間の不整合がな
く、高い結合効率が得られる。したがって、スペクトル
線幅が狭く単一モード性に優れたブラッグ反射形レーザ
が得られる。

〔実施例〕

第１図は本発明第一実施例ブラッグ反射形レーザの各製
造工程における斜視図を示す。この図面では、素子の各
部および層構造を明確にするため、必要な部分を誇張し
て示している。

第１図（ａ）は、半導体基板１上に量子井戸構造を形成
する工程を示す。すなわち、基板１上にクラッド層２、
量子井戸層３、クラッド層４およびキャップ層５を順番
にエピタキシャル成長させる。

量子井戸層３は、単一量子井戸または多重量子井戸と、
その両側のＳＣＨ（Ｓｅｐｅｒａｔｅｄ　　Ｃｏｎｆｉ
ｎｅｍｅｎｔＨｅｔｅｒｏ−３ｔｒｕｃｔｕｒｅ）層と
を含む。量子井戸の厚さは２０〜数１００人であり、量
子井戸層３全体の厚さは２０００〜５０００人程度であ
る。

第人程（ｂ）および（Ｃ）は、量子井戸構造の一部を活
性領域として残すとともに、この活性領域以外の部分の
量子井戸構造を無秩序化する工程を示す。

この実施例では、第１図ら〕に示す工程で活性領域を形
成した後に、第１図（Ｃ）に示す工程で量子井戸構造を
無秩序化する。

すなわち、キャップ層５上にマスクを設け、活性領域以
外の部分についてキャップ層５とクラッド層４の一部と
をエツチングする。この後に、活性領域以外の部分にイ
オン注入を行い、その後に熱処理する。これにより、イ
オン注入された領域のｌ子井戸層３が破壊される。

第１図（ｄ）および（ｅ）は、無秩序化された領域に、
活性領域の光出力方向に沿ってブラッグ反射領域を形成
する工程を示す。この工程では、クラッド層４の露出し
た部分に、活性領域の長さ方向と山が直交する波型６を
形成し、続いて、活性領域の光出力方向に沿った領域を
残して波型６をエツチングする。

これにより、第１図（ｅ）に示したブラッグ反射形レー
ザが得られる。

第２図は第１図（ｅ）における線Ａ−Ａ’に沿った断面
図、すなわち活性領域およびブラッグ反射領域に沿った
断面図を示す。

この素子は、量子井戸構造が設けられた活性領域、すな
わちキャップ層５が設けられている領域と、この活性領
域からの出力光に含まれる特定波長の光を反射して活性
領域に帰還させるブラッグ反射領域、すなわち波型６が
設けられた領域とを備える。ブラッグ反射領域は、量子
井戸構造の延長部が無秩序化された層を導波層３′とし
て含む。

第３図は本発明第二実施例ブラッグ反射形レーザの各製
造工程における斜視図を示す。この図面も第１図と同様
に、素子の各部および層構造を明確にするため、必要な
部分を誇張して示している。

この実施例は、ブラッグ反射のための波型６がクラッド
層４と導波層３′との間に設けられていることが第一実
施例と異なる。

第３図（ａ）は、半導体基板１上に量子井戸構造を形成
する工程を示す。この実施例の場合には、量子井戸層３
上にガイド層９を成長させ、この段階ではクラッド層４
およびキャップ層５を成長させていないことが第一実施
例と異なる。

第３図（ｂ）は、量子井戸構造の一部を活性領域として
残すとともに、この活性領域以外の部分の量子井戸構造
を無秩序化する工程を示す。すなわち、活性領域を形成
しようとする領域にマスク７を設けてイオン注入を行い
、その後に熱処理を行う。

これにより、マスク７が設けられていない部分の量子井
戸構造が無秩序化される。この後にマスク７を除去する
。

第３図（Ｃ）は、無秩序化された領域に、活性領域の光
出力方向に沿ってブラッグ反射領域を形成する工程を示
す。すなわち、ブラッグ反射器となる部分のガイド層９
に波型６を形成する。

第３図（ｄ）に示す工程では、ガイド層９の上にクラッ
ド層４とキャップ層５をエピタキシャル成長させる。

第３図（ｅ）に示す工程では、活性領域とブラッグ反射
領域に導波路を形成する。すなわち、導波路となる領域
を残してエツチングする。

このよにして、第一実施例と同等のブラッグ反射形レー
ザが得られる。

以上の実施例では活性領域の両側にブラッグ反射領域を
設けた例について説明したが、活性領域の片側だけにブ
ラッグ反射領域を設けることもできる。

第４図、は本発明第三実施例ブラッグ反射形レーザの斜
視図を示し、第５図は第４図の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面
図を示す。この実施例は、可変周波数レーザに本発明を
実施したものである。

この素子は、量子井戸構造が設けられた活性領域と、こ
の活性領域からの出力光に含まれる特定波長の光を反射
して活性領域に帰還させるブラッグ反射領域と備え、さ
らに、活性領域とブラッグ反射領域との間に位相調整領
域を備える。

活性領域は、基板１、クラッド層２、量子井戸層３、ク
ラッド層４およびキャップ層５を備え、基板１の裏側と
キャップ層５の表面とに、それぞれ発振用の電極１１．
１２が設けられている。

位相調整領域は、基板１、クラッド層２、量子井戸層３
が無秩序化された導波層３′およびクラッド層４を備え
る。また、基板１の裏側とクラッド層４の表面とに、そ
れぞれ位相調整用の電極１３．１４が設けられている。

ブラッグ反射領域は、基板１、クラッド層２、量子井戸
層３が無秩序化された導波層３′およびクラッド層４を
備える。クラッド層４には波型６が設けられている。ま
た、基板１の裏側と波型６の表面とに、それぞれ波長掃
引用の電極１５．１６が設けられている。

以上の実施例では、導波路構造としてリッジ形を用いた
場合を例に説明したが、リブ形や埋め込み形でも本発明
を同様に実施できる。また、イオン注入を用いずに量子
井戸構造を無秩序化しても本発明を同様に実施できる。

イオン注入以外の方法としては、例えば熱拡散を用いる
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のブラッグ反射形レーザは
、活性領域とブラッグ反射領域との間の結合効率が高く
、しかもブラッグ反射領域の導波路損失が低い。このた
め、ブラッグ反射領域の反射率を高めることができると
ともに、波長選択性を高めることができる。これにより
、ブラッグ反射形レーザのスペクトル線幅を狭くするこ
とができ、単一モード性を向上させることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例ブラッグ反射形レーザの各製
造工程における斜視図。 第２図は第１図（ｅ）の線Ａ−Ａ’に沿った断面図。 第３図は本発明第二実施例ブラッグ反射形レーザの各製
造工程における斜視図。 第４図は本発明第三実施例ブラッグ反射形レーザの斜視
図。 第５図は第４図の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図。 １・・・基板、２・・・クラッド層、３・・・量子井戸
層、３′・・・導波層、４・・・クラッド層、５・・・
キャップ層、６・・・波型、７、訃・・マスク、９・・
・ガイド層、１１〜１６・・・電極。 特許出願人　光計測技術開発株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 を面図 右゛　２　口 肩 昂 回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、量子井戸構造が設けられた活性領域と、この活性領
   域からの出力光に含まれる特定波長の光を反射して上記
   活性領域に帰還させるブラッグ反射領域と を備えたブラッグ反射形レーザにおいて、 上記ブラッグ反射領域は、上記量子井戸構造の延長部が
   無秩序化された層を導波層として含むことを特徴とする
   ブラッグ反射形レーザ。 ２、半導体基板上に量子井戸構造を形成する工程と、 この量子井戸構造の一部を活性領域として残すとともに
   、この活性領域以外の部分の量子井戸構造を無秩序化す
   る工程と、 この工程により無秩序化された領域に、上記活性領域の
   光出力方向に沿ってブラッグ反射領域を形成する工程と を含むブラッグ反射形レーザの製造方法。 ３、量子井戸構造を無秩序化する工程は、 この量子井戸構造にイオン注入する工程と、この工程の
   後に熱処理する工程と を含む 請求項２記載のブラッグ反射形レーザの製造方法。