JPH036876A - 半導体レーザ - 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〕 この発明は、単一波長で発振する半導体レーザに関する
ものである。

〔従来の技術〕

第４図は、例えば５ｅｃｏｎｄ　０ｐｔｏｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ　Ｃｏ−ｎｆｅｒｎｅｅ　（ＯＥＣ’８８１
で報告されたバリア層構造を有する従来の単一波長半導
体レーザの断面図であり、乙の図において、１はｐ　−
Ｉ　ｎ　Ｐ基板、２はｐ−ＩｎＰｎツバ９フフ ４はｎ−ＩｎＰバリア層、５はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガ
イド層、６は−様な周期を持つ回折格子、７はｎ”Ｉｎ
Ｐクラッド層、８はｎ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、
９はｐ電極，１０はｎ電極　１１ａば並列ストライプ溝
である。

一般に回折格子６が−様な周期の場合、共振器片端面に
無反射膜もしくは低反射膜を施し、もう片端面に高反射
膜を施すことにより、単一波長発振を得ている。また、
回折格子６の中央部に位相シフト領域を持つ場合は、共
振器両端に無反射膜を施して単一波長発振を得ている。

次に動作について説明する。

ｐ電極９とｎ電極１０間に順バイアスを印加すると、活
性層３内で電子と正孔が再結合して光が起こる。活性層
３とバリア層４と光ガイド層５を屈折率の小さいクラッ
ド層７とバッファ層２で挾んだ導波路構造になっており
、光はこの導波路を平行に伝搬する。また、光ガイド層
５に回折格子６を形成することにより、実効的な屈折率
変化が生じ、導波路と伝搬する光はこの実効的な屈折率
の変化を受はブラッグ反射し、やがて発振する。

この時に発振波長は回折格子６のピッチによる。

バリア層構造を用いた導波路の場合、バリア層４の層厚
を薄くすると光は十分にしみ出し、回折格子６の影響を
受けやすくなる。また、回折格子６の深さは光ガイド層
５の層厚によって決めるため、回折格子６形成時のエツ
チングの影響を受けない。つまり、バリア層４と光ガイ
ド層５の層厚を制御することにより、結合定数を再現性
よく設計値に設定することができる。

一般に活性層３で発光した光が導波路を伝搬中、回折格
子６で反射される割合は結合定数によって決まり、結合
定数が大きいほど反射される割合が高い。−様な回折格
子の中央部に位相シフト領域を有するレーザの場合、光
強度分布は中央部分で高くなる。また、−様な回折格子
を有するレーザで単一発振歩留りを上げるために非対称
コーチ、イノグを施したレーザの場合、光強度分布は片
端面近傍で高くなる。特に、高注入時には光強度分布の
不均一からホールバーニングが生じ、多モード発振しや
すくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の単一波長レーザは、光ガイド層５と
バリア層４の層厚を制御することにより、素子全体に均
一な結合定数を持たせろことができるが、高出力時（高
注入時）には光強度分布に不均一が生じ、それに起因す
るホールバーニングにより多モード発振するという問題
があった。

この発明は、上記のような問題を解消するためになされ
たもので、高出力時においても、単一波長で発振する半
導体レーザを得ろことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

乙の発明に係る半導体レーザは、並列ストライプ溝の溝
幅を部分的に広くして結合定数の小さい領域を設けたも
のである。

〔作用〕

この発明においては、高注入時に光強度分布が高くなる
部分の結合定数を小さくすることにより、高注入時でも
光強度分布が均一となり、ホールバーニングが起こりに
くくなる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面について説明する。

第１図はこの発明の半導体レーザの一実施例を示す断面
図であり、また、第２図（ａ）〜（ｄ）は、第１図に示
した半導体し・−ザの製造方法を示す断面図である。こ
れらの図において、第４図と同一符号は同一のものを示
し、１１は前記回折格子６を形成するための並列ス１−
ライブ溝で、その溝幅は素子中央部で広く、両共振器端
面に向って狭くなっている。２１はレジストである。ま
た、Δは回折格子６の周期、又、は溝幅、１２は光ガイ
ド層残留物の幅を示す。

以下、その製造過程を述べろことによって構造を説明す
る。

まず、第２図（ａｌに示すように、ｐ　−Ｉ　ｎ　Ｐ基
板１上にｐ　−１ｎ　Ｐバッファ層２．ＩｎＧａＡｓＰ
活性層３．ｎ　　ＩｎＰバリア層４．ｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ光ガイド層５を順次成長させる。このとき結合定数が
設計値になるようにバリア層４と光ガイド層５の層厚を
あらかじめ制御して成長させておく。次にレジス１−２
１を塗布して、二光束干渉法等によって−様なパターン
を形成したのち、部分的にライトエツチングを施して第
２図（ｂ）に示すような素子中央部で幅の小さくなった
レジストパターンを形成する。次に第２図（Ｃ）に示す
ように化学エツチング等により、バリア層４まで到達す
る並列ストライプ溝１１を形成する。この時、レジスト
２１の大きさの違いにより、−様な周期へで、かつ溝幅
の異なる溝が形成される。そして、ｎ　−Ｉ　ｎ　Ｐク
ラッド層７　、　　ｎ　−１ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ　
ニルタクト を形成すれば、第１図，第２図（ｄ）のような素子がで
きる。

すなわち、このように素子中央部の領域で並列スＩ・ラ
イプ溝１１の溝幅Ｊ２ｔ　を広くすると、乙の部分の光
ガイド層残留物の＃ｆｆ１．が狭くなって素子中央部の
領域で結き定数が小さ（なり、高注入時にも光強度分布
を均一にしてホールバーニングを抑制できろ。

また、第３図（ａ　）、　（ｂ　）、　（Ｑ　）にはこ
の発明の他の実施例を示し、第３図（ａ　）、　（ｂ　
）は、−様な周期へをもつ回折格子６の場合で、特に第
３図（ａ）は均一の部分の結合定数が小さい場合（ｌＸ
Ｐ＞　、ｆｌ　ＩＮ。

１、、−ｆｌ、＾）、第３図（ｂ）は均一な部分の結合
定数が大きい場ｆｊ　（Ｊ２１Ｍ＜Ｊ２　ｓ＊、Ｊ２　
ｘｐ＝Ｊ、　ｉＭ）である。また、第３図（Ｃ）は中央
部に位相シフト領域１４をもつ回折格子６の場合である
。これらの図において、第１図と同一符号は同一のもの
を示し、１２は低反射膜、１３は高反射膜である。

第３図（ａ）の場合、出射＠石側、つまり低反射膜１２
側の溝幅Ｊ２　ｔＦが中央部の溝幅Ｊ２．−より広くな
っている場合であり、第３図（ｂ）は、逆に高反射膜１
３側の溝幅１２　Ｊｉｌｌが中央部のＦｆＩｔ幅Ｊ２　
ｒｓより広くなっている場合である。さらに、第３図（
Ｃ）は、中央部の溝幅Ｊ２　ｘＭが端面近傍の溝幅Ｊ２
　ｒｐまたはＪ２　ｒｐ＋より広くなっている場合であ
る。

以上のように、高注入時に光強度分布が不均一になる領
域（例えば第３図（ｅ）の場合、中央部）の結合定数を
、溝幅Ｊ２．を変えることにより小さくすれば、部分的
な光の閉じ込めがなくなり、光強度分布は均一となり、
高注入時においてもホールバーニングが起こりにくくな
り、安定に単一モド発振させることが可能になる。

また、バリア層構造を用いているので、結合定数は一様
で、溝幅を広げた領域のみを小さくすることが容易にで
きる。

なお、上記実施例は、ｐ−ｒ　ｎ　Ｐ基板を用いたが、
ｎ−Ｉ　ｎ　Ｐ基板、半絶縁基板でもよい。また、回折
格子６（よ活性層３の下に設けてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、バリア層構造を用いた
ことにより、バリア層、光ガイド層の層厚を制御するこ
とにより一様な結合定数をもつ回折格子を有する半導体
レーザが容易に得られ、かつ並列ストライプ溝の溝幅を
部分的に広くして結合定数の小さい領域を設けたので、
高注入時に光強度分布が高くなる領域の結合定数を小さ
くすることにより、高注入時においても光強度分布を均
一にでき、ホールバーニングのおこりにくい、安定に単
一モード発振する半導体レーザが得られるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体レーザの一実施例を示す断面
図、第２図は、第１図に示した半導体レーザの製造方法
を示す断面図、第３図は他の実施例を示す断面図、第４
図は従来の単一波長レーザを示す断面図である。 図において、１はｐ　−Ｉ　ｎ　Ｐ基板、２はｐＩｎＰ
バッファ層、３はＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｎ　−Ｉ
　ｎ　Ｐバリア層、５はｎ　−Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
Ｐ光ガイド層、６は回折格子、７はｎ　−Ｔ　ｎ　Ｐク
ラッド層、８はｎ　−Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ　：
ｌ　：、ｙクク）・層、９はｐ電極、１０はｎ電極、１
１は並列スＩ・ライプ溝、１２は低反射膜、１２は高反
射膜、１４は位相ンフト領域、２１はレレストである。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性層と、この活性層よりエネルギーギャップの大きい
   バリア層と、エネルギーギャップが前記活性層より大き
   く、かつ前記バリア層より小さい光ガイド層と、この光
   ガイド層上から前記バリア層まで到達するように形成さ
   れた所定周期の並列ストライプ溝と、この並列ストライ
   プ溝内および前記光ガイド層上に形成された前記バリア
   層と同一組成のクラッド層とを有する半導体レーザにお
   いて、前記並列ストライプ溝の溝幅を部分的に広くして
   結合定数の小さい領域を設けたことを特徴とする半導体
   レーザ。