JPH05136521A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH05136521A
JPH05136521A JP29615291A JP29615291A JPH05136521A JP H05136521 A JPH05136521 A JP H05136521A JP 29615291 A JP29615291 A JP 29615291A JP 29615291 A JP29615291 A JP 29615291A JP H05136521 A JPH05136521 A JP H05136521A
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JP
Japan
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diffraction grating
refractive index
resonator
semiconductor laser
width
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP29615291A
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English (en)
Inventor
Yuji Kotaki
裕二 小滝
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸方向ホールバーニングが抑制されたDFB
レーザに関し,結合定数分布を有す回折格子を,平面的
なリソグラフィで作成することを目的とする。 【構成】 回折格子内7の最大屈折率及び最小屈折率の
平均値である中心屈折率より大きな屈折率を有するライ
ン部5と,中心屈折率より小さな屈折率を有するスペー
ス部6とからなる回折格子7を有する分布帰還型半導体
レーザにおいて,回折格子7の深さ及び周期は,該半導
体レーザの共振器の全長にわたり均一であり,ライン部
5の幅と該スペース部6の幅との比が,共振器の中央部
付近で端部付近よりも1に近くなるように形成されてい
ることを特徴として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,光通信に用いられる軸
方向ホールバーニングが抑制された分布帰還型半導体レ
ーザ(以下DFBレーザという。)に関する。
【0002】今日、長距離光ファイバー通信に使用され
る単一波長の光源として,共振器内に回折格子を有する
DFBレーザが多く用いられている。しかし,DFBレ
ーザは軸方向ホールバーニング現象を発生して,波長安
定性を損なうことがある。
【0003】このため,ホールバーニングを抑制する構
造を有するDFBレーザが要求されている。
【0004】
【従来の技術】DFBレーザにおける軸方向ホールバー
ニングを抑制する方法として,共振器を構成する回折格
子を,結合定数が共振器の端部付近で小さく共振器の中
央部付近で大きくなるように製作する方法が知られてい
る。
【0005】回折格子は屈折率が異なるライン部とスペ
ース部とが交互に配置されてなる。かかる回折格子の結
合定数の空間的分布は,従来は,ライン部又はスペース
部の深さを,即ち回折格子の深さを場所の関数として変
えることにより結合定数に場所依存性を付与して実現さ
れていた。
【0006】例えば,半導体基板表面に,深い凹凸を共
振器の中央部に,浅い凹凸をその両側に形成した後,ガ
イド層を凹凸を埋込み表面が平坦になるように堆積し,
次いでガイド層上に活性層を堆積することにより,DF
Bレーザの活性層とガイド層を挟み結合して共振器を構
成する結合係数が空間的分布をもつ回折格子が製作され
る。
【0007】また,イオン注入の深さを場所により変え
て同様の回折格子を製作することもできる。しかし,半
導体装置に組み込まれる回折格子は,通常はリソグラフ
ィにエッチング又はイオン注入法を結合した平面的な蝕
刻方法により製造されるから,面内では一様な深さで製
作されるのが一般である。かかる平面的な蝕刻方法をも
って場所により深さの異なるライン部及びスペース部を
形成しても,加工深さを精密に制御することは難しく,
その結果精密な深さ分布を有する回折格子を製作するこ
とは困難である。加えて,回折格子の製造工程は複雑な
ものにならざるを得ない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法で
は,回折格子の結合定数に空間的分布を付与するため
に,回折格子のライン部及びスペース部を共振器の中央
とその周辺とでは異なる深さで形成していた。しかし平
面的なリソグラフによっては深さを精密に加工すること
が難しく,精密な結合定数の分布をもつ回折格子を製作
することができない。このため,軸方向ホールバーニン
グを発生せず発振波長が安定なDFBレーザを容易に製
造できないという欠点がある。
【0009】本発明は,DFBレーザに組み込まれる回
折格子の結合定数の分布を,リソグラフを用いる平面的
な加工によっても付与できる構造とすることにより,製
造が容易でかつ軸方向ホールバーニングが抑制された分
布帰還型半導体レーザを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図であり,図1(a)はDFBレーザの主要部の断面
を,図1(b)は図1(a)中の回折格子7の一部分の
屈折率分布を表している。
【0011】上述した課題を解決するために本発明の構
成は,図1を参照して,回折格子内7の最大屈折率及び
最小屈折率の平均値である中心屈折率より大きな屈折率
を有するライン部5と,該中心屈折率より小さな屈折率
を有するスペース部6とからなる該回折格子7を有する
分布帰還型半導体レーザにおいて,該回折格子7の深さ
及び周期は,該半導体レーザの共振器の全長にわたり均
一であり,該ライン部5の幅と該スペース部6の幅との
比が,該共振器の中央部付近で端部付近よりも1に近く
なるように形成されていることを特徴として構成する。
【0012】
【作用】回折格子は,その格子内の最大屈折率及び最小
屈折率の平均値である中心屈折率より大きな屈折率のラ
イン部と中心屈折率より小さな屈折率のスペース部とか
ら構成される。
【0013】かかる回折格子の結合定数は,図1(b)
を参照して,幅wL のライン部と幅wS のスペース部か
ら一定周期pの格子が形成されている場合,ライン部及
びスペース部の深さが一定であっても,ライン部とスペ
ース部の幅の比wL /wS により変化する。例えば,回
折格子内の屈折率分布が矩形波状であり,ライン部及び
スペース部内でそれぞれの屈折率が一定である回折格子
の場合は,結合定数はライン部の幅と回折格子の周期と
の比wL /pにより図1(c)に示すように変化する。
【0014】従って,回折格子の深さ(ライン部とスペ
ース部が形成されている層の深さである。)が一定で
も,周期を一定にしたままライン部とスペース部の幅の
比を変えることにより,回折格子の結合定数を変えるこ
とができる。このため,任意の結合定数の分布をもつ回
折格子を平面的な加工により製作することができる。
【0015】本発明はかかる原理に基づき考案された。
本発明の構成では,回折格子の深さは一定であり,ライ
ン部とスペース部との幅を場所的に変化する。このた
め,唯一回の通常のリソグラフィとエッチング又はイオ
ン注入による加工により回折格子を製作することができ
るのである。従って製造が容易である。
【0016】さらに,本発明の構成は,ライン部とスペ
ース部との幅の比wL /wS を,共振器の中央部でその
最大値1に近くなるように形成し,共振器端面に近い部
分では1からより小さく又はより大きく形成する。すな
わち,図1(c)を参照して,wL /pを中央部で0.
5に近くなるように構成する。かかる構成では,回折格
子の結合係数は共振器の中央で大きく,端面近くでは小
さくなるから,DFBレーザの軸方向ホールバーニング
を有効に防止できるのである。
【0017】なお,軸方向ホールバーニングを生ずるD
FB半導体レーザであれば,ストライプレーザに限ら
ず,他の構造のDFB半導体レーザにも本発明を適用す
ることができる。
【0018】
【実施例】本発明を実施例を参照して詳細に説明する。
図2は本発明の実施例断面図であり,図2(a)はDF
Bレーザの断面を,図2(b)〜(e)はその製造工程
を表している。
【0019】本実施例にかかる発振波長が1.5μm帯
にあるDFBレーザは,図2(a)を参照して,n型I
nP基板1とその表面に設けられたn型InGaAsP
からなる例えば厚さ0.15μmのガイド層2との界面
を矩形の凹凸に形成して,屈折率の高い基板1材料から
なる部分をライン部5とし,屈折率の低いガイド層2材
料からなる部分をスペース部として,回折格子7が構成
される。
【0020】ガイド層2上には,ガイド層2に接して厚
さ0.15μmのドープされないInGaAsPからな
る活性層3と,厚さ2.0μmのp型InPからなるク
ラッド層4,厚さ0.5μmのp型InGaAsPから
なるキャップ層14とが順次設けられ,キャップ層14
上に上部電極9が,基板の裏面に下部電極10が設けら
れる。
【0021】共振器は,DFBレーザの両端を平行な反
射面として回折格子を含むファブリペロー共振器を構成
してもよく,またかかる反射面がなく回折格子から構成
される共振器としても差支えない。
【0022】本発明の構成では,回折格子7の深さ,即
ち基板1とガイド層2との界面に形成される矩形の凹凸
の深さは,共振器の全体について一定,例えば30nm
である。さらに,回折格子7の周期pも,共振器の全
長,例えば300μmについて一定である。
【0023】回折格子7を構成するライン部の幅w
s は,共振器の中央部において,共振器長の3分の1の
長さにわたり回折格子の周期pの2分の1である。他
方,共振器の中央部の両側にそれぞれ残る共振器長の3
分の一の長さを有する共振器の端部においては,例えば
ライン部の幅ws は180nm,回折格子の周期pは2
40nmであり,ws /p=0.75である。
【0024】従って,図1(c)を参照して,共振器の
結合係数は中央で大きく,端部で小さい。このためDF
Bレーザの軸方向ホールバーニングを防止できるのであ
る。なお,共振器中央のws /pは必ずしも1/2であ
る必要はなく,端部より1/2に近い比であれば軸方向
ホールバーニングを防止する効果を奏する。
【0025】かかる本実施例の構造をもつレーザは,以
下の工程により製作することができる。先ず,図2
(b)を参照して,半導体基板1の表面にレジスト11
を塗布し,2つの入射光12の照射により生ずる干渉縞
をレジスト11に露光する。かかる露光において,共振
器の中央部と端部とで露光時間又は露光強度を変えるこ
とにより,ライン部とスペース部の幅の比を変えること
ができる。
【0026】次いで,図2(c)を参照して,レジスト
11を現像して干渉縞に応じたレジストパターンを形成
する。このレジストパターンは干渉縞と同じ一定の周期
を有し,かつレジストパターンの幅は露光量により変化
する。
【0027】次いで,図2(d)を参照して,レジスト
パターン11aをマスクとするエッチング,例えばイオ
ンエッチングにより回折格子の深さまで基板1をエッチ
ングする。
【0028】なお,等方性エッチングにより正弦状の断
面を形成してもよい。また,斜め入射のイオンエッチン
グにより鋸歯状の断面を形成することもできる。次い
で,図2(e)を参照して,ガイド層2の材料,例えば
n型InGaAsPを,上記エッチングされた基板1表
面の凹凸を埋込み堆積する。
【0029】次いで,活性層3,クラッド層4,キャッ
プ層14を順次堆積する。かかる半導体層の堆積には,
通常半導体レーザで使用されるCVD法,液相エピタキ
シャル成長法又はMBE法を使用することができる。
【0030】最後に,図2(a)を参照して,上部電極
9及び下部電極10を形成して,本実施例にかかるDF
Bレーザを完成する。なお,本発明に係る回折格子は,
矩形のみならず,通常回折格子の製作に用いられる形
状,及び方法,例えば鋸歯状,上下非対象な正弦波状の
形状,不純物拡散,電界を印加する方法によって製作さ
れてもよい。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば,厚さ一定の回折格子の
結合定数を回折格子の平面的パターンにより変えるの
で,DFBレーザに組み込まれる回折格子の結合定数の
分布を,リソグラフを用いる平面的な加工により付与す
ることができ,製造が容易でかつ軸方向ホールバーニン
グが抑制された分布帰還型半導体レーザを提供すること
ができるので,光通信装置の性能向上に寄与するところ
が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の実施例断面図
【符号の説明】
1 基板 2 ガイド層 3 活性層 4 クラッド層 5 ライン部 6 スペース部 7 回折格子 8 共振器端面 9 上部電極 10 下部電極 11 レジスト 11a レジストパターン 12 入射光 13 凹凸パターン 14 キャップ層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回折格子内(7)の最大屈折率及び最小
    屈折率の平均値である中心屈折率より大きな屈折率を有
    するライン部(5)と,該中心屈折率より小さな屈折率
    を有するスペース部(6)とからなる該回折格子(7)
    を有する分布帰還型半導体レーザにおいて, 該回折格子(7)の深さ及び周期は,該半導体レーザの
    共振器の全長にわたり均一であり, 該ライン部(5)の幅と該スペース部(6)の幅との比
    が,該共振器の中央部付近で端部付近よりも1に近くな
    るように形成されていることを特徴とする半導体レー
    ザ。
JP29615291A 1991-11-13 1991-11-13 半導体レーザ Withdrawn JPH05136521A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0732783A1 (en) * 1995-03-17 1996-09-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser and a method of producing the same
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Effective date: 19990204