JPH05235465A - 半導体分布帰還型レーザ装置 - Google Patents
半導体分布帰還型レーザ装置Info
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- JPH05235465A JPH05235465A JP3220792A JP3220792A JPH05235465A JP H05235465 A JPH05235465 A JP H05235465A JP 3220792 A JP3220792 A JP 3220792A JP 3220792 A JP3220792 A JP 3220792A JP H05235465 A JPH05235465 A JP H05235465A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ光軸に沿って周期的に吸収層が設けら
れた半導体分布帰還型レーザ装置において、非線型動作
をできるだけ抑制し、低しきい値電流動作と高出力を可
能にする。 【構成】 周期的な吸収層６にキャリアのライフタイム
を短縮する不純物を添加しておく。 【効果】 吸収層６へのキャリアの蓄積を防止でき、キ
ャリアの蓄積によって生じる吸収の飽和や出力特性のヒ
ステリシスを小さくできる。
れた半導体分布帰還型レーザ装置において、非線型動作
をできるだけ抑制し、低しきい値電流動作と高出力を可
能にする。 【構成】 周期的な吸収層６にキャリアのライフタイム
を短縮する不純物を添加しておく。 【効果】 吸収層６へのキャリアの蓄積を防止でき、キ
ャリアの蓄積によって生じる吸収の飽和や出力特性のヒ
ステリシスを小さくできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気光変換素子として利
用する半導体分布帰還型レーザ装置に関する。本発明
は、長距離大容量光通信装置、光情報処理装置、光記録
装置、光応用計測装置、その他光電子装置の光源として
利用するに適する。
用する半導体分布帰還型レーザ装置に関する。本発明
は、長距離大容量光通信装置、光情報処理装置、光記録
装置、光応用計測装置、その他光電子装置の光源として
利用するに適する。
【０００２】
【従来の技術】活性層の近傍に設けた回折格子により活
性層に光の分布帰還を施して誘導放出光を発生させる半
導体分布帰還型レーザ装置は、一般に、比較的簡単な構
成により優れた発振スペクトル特性の誘導放出光が得ら
れるので、従来から幾多の研究開発が進められており、
長距離大容量光通信、光情報処理および記録、光応用計
測などに用いる好適な光源装置としてその有用性が期待
されている。
性層に光の分布帰還を施して誘導放出光を発生させる半
導体分布帰還型レーザ装置は、一般に、比較的簡単な構
成により優れた発振スペクトル特性の誘導放出光が得ら
れるので、従来から幾多の研究開発が進められており、
長距離大容量光通信、光情報処理および記録、光応用計
測などに用いる好適な光源装置としてその有用性が期待
されている。
【０００３】このような半導体分布帰還型レーザ装置で
は、活性層を透明なヘテロ接合半導体層などにより囲
み、効率よく誘導放出光を発生させる光導波路構造が採
られている。特に、活性層にごく近接した透明な導波路
層の活性層から遠い側の界面に例えば三角波状の断面形
状をもつ回折格子を形成し、導波路屈折率を周期的に変
化させることにより光分布帰還を施す方向の研究開発が
専ら進められている。
は、活性層を透明なヘテロ接合半導体層などにより囲
み、効率よく誘導放出光を発生させる光導波路構造が採
られている。特に、活性層にごく近接した透明な導波路
層の活性層から遠い側の界面に例えば三角波状の断面形
状をもつ回折格子を形成し、導波路屈折率を周期的に変
化させることにより光分布帰還を施す方向の研究開発が
専ら進められている。
【０００４】しかし、このような屈折率結合による光分
布帰還においては、光導波路層の層厚変化の周期に対応
して反射するブラッグ波長の光に対して、光位相につい
ての適正な帰還が行われない。このため、安定なレーザ
発振が得られず、ブラッグ波長から上下に対称に離隔し
た二つの波長の縦モード発振が同時に生じる可能性が高
い。また、このような二つの波長の縦モード発振のうち
の一方のみが生じる場合にも、二つの波長のうちのいず
れの波長の縦モード発振を行わせるかをあらかじめ選定
することが困難であるため、発振波長設定の精度が著し
く損なわれることになる。
布帰還においては、光導波路層の層厚変化の周期に対応
して反射するブラッグ波長の光に対して、光位相につい
ての適正な帰還が行われない。このため、安定なレーザ
発振が得られず、ブラッグ波長から上下に対称に離隔し
た二つの波長の縦モード発振が同時に生じる可能性が高
い。また、このような二つの波長の縦モード発振のうち
の一方のみが生じる場合にも、二つの波長のうちのいず
れの波長の縦モード発振を行わせるかをあらかじめ選定
することが困難であるため、発振波長設定の精度が著し
く損なわれることになる。
【０００５】すなわち、光導波路層における屈折率の周
期的摂動に基づく屈折率結合を利用した光分布帰還で
は、原理的に、二波長縦モード発振縮重の問題が生じて
しまい、これを避けることは困難である。
期的摂動に基づく屈折率結合を利用した光分布帰還で
は、原理的に、二波長縦モード発振縮重の問題が生じて
しまい、これを避けることは困難である。
【０００６】もちろん、このような困難を解決する手段
も従来から種々検討されている。しかし、例えば回折格
子のほぼ中央で４分の１波長分だけ位相シフトさせる構
造など、いずれも、レーザ装置の構造を複雑化し、縮重
解消のためのみの製造工程を付加する必要があり、その
上、レーザ素子端面に反射防止膜を形成する必要があっ
た。
も従来から種々検討されている。しかし、例えば回折格
子のほぼ中央で４分の１波長分だけ位相シフトさせる構
造など、いずれも、レーザ装置の構造を複雑化し、縮重
解消のためのみの製造工程を付加する必要があり、その
上、レーザ素子端面に反射防止膜を形成する必要があっ
た。
【０００７】一方、上述のように屈折率結合により光分
布帰還を行うとブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じ
るが、利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光
分布帰還を行えば、発振阻止帯域の出現を抑えて完全に
単一波長の縦モード発振が得られるはずであるとの原理
的な理論が、コゲルニック他、「分布帰還レーザの結合
波理論」、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジク
ス、１９７２年、第４３巻、第２３２７頁から第２３３
５頁("Coupled-Wave Theory of Distributed Feedback
Lasers", Journal of AppliedPhysics, 1972 Vol.43, p
p.2327-2335)に示されている。この論文はあくまでも原
理的な検討結果であって、具体的な構造については示さ
れていない。
布帰還を行うとブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じ
るが、利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光
分布帰還を行えば、発振阻止帯域の出現を抑えて完全に
単一波長の縦モード発振が得られるはずであるとの原理
的な理論が、コゲルニック他、「分布帰還レーザの結合
波理論」、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジク
ス、１９７２年、第４３巻、第２３２７頁から第２３３
５頁("Coupled-Wave Theory of Distributed Feedback
Lasers", Journal of AppliedPhysics, 1972 Vol.43, p
p.2327-2335)に示されている。この論文はあくまでも原
理的な検討結果であって、具体的な構造については示さ
れていない。
【０００８】本願発明者らは、上記コゲルニック他の基
礎理論を適用した新しい半導体レーザ装置を発明し、い
くつかの特許を出願した。これらの発明は、大きく分類
すると、活性層の利得を周期的に変化させるものと、吸
収性回折格子を利用するものとがある。後者の例として
は、 （１）特願昭６３−１８９５９３、昭和６３年７月３０
日出願 活性層の近傍に半導体の不透明層を設け、その不透明層
に回折格子を形成することにより、その不透明層の利得
係数または損失係数に周期的摂動に基づく分布帰還を施
す構造およびその製造方法。 （２）特願平２−２８２６９８、平成２年１０月１９日
出願 回折格子の周期に相応する凹凸形状の各頂部に光吸収層
を設け、その上に緩衝層を介して活性層を成長させるこ
とにより、利得の周期分布と光吸収の周期的分布とを組
み合わせた構造。 などがある。
礎理論を適用した新しい半導体レーザ装置を発明し、い
くつかの特許を出願した。これらの発明は、大きく分類
すると、活性層の利得を周期的に変化させるものと、吸
収性回折格子を利用するものとがある。後者の例として
は、 （１）特願昭６３−１８９５９３、昭和６３年７月３０
日出願 活性層の近傍に半導体の不透明層を設け、その不透明層
に回折格子を形成することにより、その不透明層の利得
係数または損失係数に周期的摂動に基づく分布帰還を施
す構造およびその製造方法。 （２）特願平２−２８２６９８、平成２年１０月１９日
出願 回折格子の周期に相応する凹凸形状の各頂部に光吸収層
を設け、その上に緩衝層を介して活性層を成長させるこ
とにより、利得の周期分布と光吸収の周期的分布とを組
み合わせた構造。 などがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの出願
に示した構造では、吸収層に飽和状態が生じ、レーザの
非線型動作を引き起こしてしまう可能性がある。
に示した構造では、吸収層に飽和状態が生じ、レーザの
非線型動作を引き起こしてしまう可能性がある。
【００１０】本発明は、この課題を解決し、注入電流に
対して実質的に線型に動作する新しい構造の半導体分布
帰還型レーザ装置を提供することを目的とする。
対して実質的に線型に動作する新しい構造の半導体分布
帰還型レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体分布帰還
型レーザ装置は、活性層に平行なレーザ光軸に沿って周
期的に、活性層が発生した誘導放出光に対し吸収性の組
成で形成された吸収層を備え、この吸収層が、キャリア
のライフタイムを短縮する不純物元素（以下「キャリア
キラー」という）が添加された層であることを特徴とす
る。
型レーザ装置は、活性層に平行なレーザ光軸に沿って周
期的に、活性層が発生した誘導放出光に対し吸収性の組
成で形成された吸収層を備え、この吸収層が、キャリア
のライフタイムを短縮する不純物元素（以下「キャリア
キラー」という）が添加された層であることを特徴とす
る。
【００１２】具体的には、活性層を挟んで互いに導電性
の異なる二つの半導体層を設け、この二つの半導体層の
少なくとも一方に、キャリアキラーがドープされた回折
格子を埋め込む。キャリアキラーとしては、例えば、Ｓ
ｉ、Ｃｄ、Ｚｎなどを用いる。添加量としては、１０18
〜１０19ｃｍ-3程度がよい。
の異なる二つの半導体層を設け、この二つの半導体層の
少なくとも一方に、キャリアキラーがドープされた回折
格子を埋め込む。キャリアキラーとしては、例えば、Ｓ
ｉ、Ｃｄ、Ｚｎなどを用いる。添加量としては、１０18
〜１０19ｃｍ-3程度がよい。
【００１３】このような構造を得る一つの方法として
は、活性層の上に、障壁層を挟んで、その活性層と実質
的に同一の組成でキャリアキラーがドープされた半導体
層を設け、その半導体層をエッチングして回折格子を形
成する。
は、活性層の上に、障壁層を挟んで、その活性層と実質
的に同一の組成でキャリアキラーがドープされた半導体
層を設け、その半導体層をエッチングして回折格子を形
成する。
【００１４】また、もう一つの方法として、回折格子の
周期に相応する凹凸形状が印刻された半導体層にその凹
凸形状に相応する周期的な形状が上面に残るように緩衝
層を成長させ、その上にその上面の周期的な形状に相応
する厚みの変化が生じるように活性層を成長させるとき
に、前記半導体層の凹凸形状の各頂部に、キャリアキラ
ーがドープされた吸収性を有する半導体層を設けておい
てもよい。すなわち、回折格子がレーザ光軸方向に沿っ
て周期的な凹凸形状に形成され、この凹凸形状の頂部に
吸収性の組成を有する半導体層が配置され、この凹凸形
状に対応して活性層の厚みに周期的変化が設けられる。
この場合の緩衝層は、回折格子印刻時に基板やエピタキ
シャル成長層に導入された各種の結晶欠陥が活性層に伝
搬することを防止するためのものである。
周期に相応する凹凸形状が印刻された半導体層にその凹
凸形状に相応する周期的な形状が上面に残るように緩衝
層を成長させ、その上にその上面の周期的な形状に相応
する厚みの変化が生じるように活性層を成長させるとき
に、前記半導体層の凹凸形状の各頂部に、キャリアキラ
ーがドープされた吸収性を有する半導体層を設けておい
てもよい。すなわち、回折格子がレーザ光軸方向に沿っ
て周期的な凹凸形状に形成され、この凹凸形状の頂部に
吸収性の組成を有する半導体層が配置され、この凹凸形
状に対応して活性層の厚みに周期的変化が設けられる。
この場合の緩衝層は、回折格子印刻時に基板やエピタキ
シャル成長層に導入された各種の結晶欠陥が活性層に伝
搬することを防止するためのものである。
【００１５】回折格子の近傍には、その回折格子による
屈折率の周期分布を相殺する屈折率分布相殺構造を備え
ることが望ましい。また、これとは別に、回折格子の凹
凸に対応して活性層の厚みに周期的変化が設けられてい
る場合には、回折格子による屈折率の周期分布が活性層
の厚み分布による屈折率の周期分布と相殺されるよう
に、回折格子および活性層の材料および形状を選択する
ことが望ましい。
屈折率の周期分布を相殺する屈折率分布相殺構造を備え
ることが望ましい。また、これとは別に、回折格子の凹
凸に対応して活性層の厚みに周期的変化が設けられてい
る場合には、回折格子による屈折率の周期分布が活性層
の厚み分布による屈折率の周期分布と相殺されるよう
に、回折格子および活性層の材料および形状を選択する
ことが望ましい。
【００１６】本明細書において「上」とは、製造時の結
晶成長の方向、すなわち基板から離れる方向をいう。
晶成長の方向、すなわち基板から離れる方向をいう。
【００１７】
【作用】誘導放出光を発生させる活性層の上または下
に、キャリアキラーがドープされた吸収層を周期的に設
ける。これにより、（１）共振器軸方向に伝搬する光波
に対する利得係数が回折格子の周期に一致した周期で変
化し、利得結合による分布帰還が実現され、（２）吸収
によって生じるキャリアのライフタイムを短縮したた
め、レーザの非線型動作を抑えることができ、高出力時
にも利得結合の利点を発揮できる。
に、キャリアキラーがドープされた吸収層を周期的に設
ける。これにより、（１）共振器軸方向に伝搬する光波
に対する利得係数が回折格子の周期に一致した周期で変
化し、利得結合による分布帰還が実現され、（２）吸収
によって生じるキャリアのライフタイムを短縮したた
め、レーザの非線型動作を抑えることができ、高出力時
にも利得結合の利点を発揮できる。
【００１８】また、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のレーザ
装置、すなわちＧａＡｓに格子整合させた構造の装置の
場合には、回折格子をＡｌ組成の少ない材料で形成で
き、その上に再成長する結晶の品質が高められる。
装置、すなわちＧａＡｓに格子整合させた構造の装置の
場合には、回折格子をＡｌ組成の少ない材料で形成で
き、その上に再成長する結晶の品質が高められる。
【００１９】
【実施例】図１は本発明第一実施例の半導体分布帰還型
レーザ装置の構造を示す斜視図である。
レーザ装置の構造を示す斜視図である。
【００２０】この実施例は活性層の上に周期的な吸収構
造を設けたものであり、基板１上にはバッファ層２、ク
ラッド層３、活性層４および障壁層５がエピタキシャル
に形成され、障壁層５の上には回折格子７が設けられ
る。回折格子７の上にはさらに、クラッド層８およびコ
ンタクト層９がエピタキシャルに形成される。コンタク
ト層９は絶縁層１０に開けられた窓を通して電極層１１
に接続される。基板１の裏面には電極層１２が設けられ
る。
造を設けたものであり、基板１上にはバッファ層２、ク
ラッド層３、活性層４および障壁層５がエピタキシャル
に形成され、障壁層５の上には回折格子７が設けられ
る。回折格子７の上にはさらに、クラッド層８およびコ
ンタクト層９がエピタキシャルに形成される。コンタク
ト層９は絶縁層１０に開けられた窓を通して電極層１１
に接続される。基板１の裏面には電極層１２が設けられ
る。
【００２１】回折格子７は、活性層４が発生した誘導放
出光に対し吸収性の組成の吸収層６を活性層４に平行な
レーザ光軸に沿って周期的に配置して形成される。すな
わち、レーザ光軸方向に沿って、吸収係数が回折格子７
の周期で変化するようになっている。
出光に対し吸収性の組成の吸収層６を活性層４に平行な
レーザ光軸に沿って周期的に配置して形成される。すな
わち、レーザ光軸方向に沿って、吸収係数が回折格子７
の周期で変化するようになっている。
【００２２】ここで本実施例の特徴とするところは、回
折格子７を構成する吸収層６が、キャリアのライフタイ
ムを短縮する不純物元素（キャリアキラー）が添加され
た層であることにある。
折格子７を構成する吸収層６が、キャリアのライフタイ
ムを短縮する不純物元素（キャリアキラー）が添加され
た層であることにある。
【００２３】このレーザ装置を製造するには、基板１上
にダブルヘテロ接合構造の半導体レーザ素子の各層を二
段階に分けて連続的にエピタキシャル成長させる。すな
わち、基板１上にバッファ層２、クラッド層３、活性層
４、障壁層５およびキャリアキラーをドープした吸収層
６をこの順にエピタキシャル成長させる。キャリアキラ
ーとしては、例えばＳｉ、Ｃｄ、Ｚｎなどを用いる。添
加量としては、１０18〜１０19ｃｍ-3程度がよい。続い
て、干渉露光法と選択エッチング可能なドライエッチン
グとを適用し、成長層の最上層である吸収層６に回折格
子７を印刻する。このとき、エッチング部分では吸収層
６が完全に除去されることが望ましい。続いて、回折格
子７を印刻した吸収層６上に上部クラッド層８およびコ
ンタクト層９をこの順にエピタキシャル成長させ、ダブ
ルヘテロ接合構造を完成させる。この後、コンタクト層
９の上面に絶縁層１０を堆積させ、ストライプ状の窓を
形成し、次いで負側の電極層１１を全面に蒸着する。ま
た、基板１の裏面には正側の電極層１２を蒸着する。最
後に、このようにして製造された半導体ブロックを劈開
して、個々の半導体レーザ素子を完成する。
にダブルヘテロ接合構造の半導体レーザ素子の各層を二
段階に分けて連続的にエピタキシャル成長させる。すな
わち、基板１上にバッファ層２、クラッド層３、活性層
４、障壁層５およびキャリアキラーをドープした吸収層
６をこの順にエピタキシャル成長させる。キャリアキラ
ーとしては、例えばＳｉ、Ｃｄ、Ｚｎなどを用いる。添
加量としては、１０18〜１０19ｃｍ-3程度がよい。続い
て、干渉露光法と選択エッチング可能なドライエッチン
グとを適用し、成長層の最上層である吸収層６に回折格
子７を印刻する。このとき、エッチング部分では吸収層
６が完全に除去されることが望ましい。続いて、回折格
子７を印刻した吸収層６上に上部クラッド層８およびコ
ンタクト層９をこの順にエピタキシャル成長させ、ダブ
ルヘテロ接合構造を完成させる。この後、コンタクト層
９の上面に絶縁層１０を堆積させ、ストライプ状の窓を
形成し、次いで負側の電極層１１を全面に蒸着する。ま
た、基板１の裏面には正側の電極層１２を蒸着する。最
後に、このようにして製造された半導体ブロックを劈開
して、個々の半導体レーザ素子を完成する。
【００２４】各層の導電型、組成、厚さの例を以下に示
す。 基板１ ｐ+ −ＧａＡｓ バッファ層２ ｐ+ −ＧａＡｓ、厚さ０．５μｍ クラッド層３ ｐ−ＡｌＧａＡｓ、厚さ１μｍ 活性層４ ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＳＱＷ 障壁層５ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、厚さ０．１μｍ キャリアキラーをドープした吸収層６ Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ａｓ、厚さ０．１μｍ 回折格子７ 周期２６０ｎｍ クラッド層８ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、厚さ１μｍ コンタクト層９ ｎ+ −ＧａＡｓ、厚さ０．５μｍ 絶縁層１０ ＳｉＯ2 （ストライプ状の窓の幅約１０μｍ） 電極層１１ Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅ 電極層１２ Ａｕ／Ｃｒ
す。 基板１ ｐ+ −ＧａＡｓ バッファ層２ ｐ+ −ＧａＡｓ、厚さ０．５μｍ クラッド層３ ｐ−ＡｌＧａＡｓ、厚さ１μｍ 活性層４ ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＳＱＷ 障壁層５ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、厚さ０．１μｍ キャリアキラーをドープした吸収層６ Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ａｓ、厚さ０．１μｍ 回折格子７ 周期２６０ｎｍ クラッド層８ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、厚さ１μｍ コンタクト層９ ｎ+ −ＧａＡｓ、厚さ０．５μｍ 絶縁層１０ ＳｉＯ2 （ストライプ状の窓の幅約１０μｍ） 電極層１１ Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅ 電極層１２ Ａｕ／Ｃｒ
【００２５】この実施例では活性層４として単一量子井
戸を用いる場合について示したが、多重量子井戸やバル
ク結晶を用いてもよい。この実施例の構造は活性層４が
平坦であり、単一量子井戸や多重量子井戸を用いてその
利点を有効に利用できる。また、基板１を含めてすべて
の半導体層の導電型を反転させても本発明を実施でき
る。ここでは示さなかったが、クラッド層８には回折格
子７による屈折率の周期分布を相殺する屈折率分布相殺
構造が設けられることが望ましい。このような構造とし
ては、本願出願人による特許出願、特願平３−１８１２
０９に示されたように、屈折率の異なる層を組み合わせ
た構造を用いることができる。
戸を用いる場合について示したが、多重量子井戸やバル
ク結晶を用いてもよい。この実施例の構造は活性層４が
平坦であり、単一量子井戸や多重量子井戸を用いてその
利点を有効に利用できる。また、基板１を含めてすべて
の半導体層の導電型を反転させても本発明を実施でき
る。ここでは示さなかったが、クラッド層８には回折格
子７による屈折率の周期分布を相殺する屈折率分布相殺
構造が設けられることが望ましい。このような構造とし
ては、本願出願人による特許出願、特願平３−１８１２
０９に示されたように、屈折率の異なる層を組み合わせ
た構造を用いることができる。
【００２６】図２は光吸収の飽和を説明する図であり、
吸収層のバンド構造を示す。
吸収層のバンド構造を示す。
【００２７】吸収層のバンドギャップは活性層とほぼ同
じに設定されており、図２（ａ）に示すように、活性層
から放射された光子を吸収し、キャリア（電子正孔対）
を生成する。キャリアのとりうる状態数には限度がある
が、キャリアが再結合により消滅するので、あらたな光
子を吸収できるようになる。しかし、キャリアのライフ
タイムが長いと、図２（ｂ）に示すように、再結合がほ
とんどなく吸収のみとなる。この状態では、キャリアの
消滅する速度に比較して多量の光子が吸収層に入射する
と、キャリアのとりうる状態に空きがなくなり、それ以
上には光子を吸収できずに吸収が飽和することになる。
じに設定されており、図２（ａ）に示すように、活性層
から放射された光子を吸収し、キャリア（電子正孔対）
を生成する。キャリアのとりうる状態数には限度がある
が、キャリアが再結合により消滅するので、あらたな光
子を吸収できるようになる。しかし、キャリアのライフ
タイムが長いと、図２（ｂ）に示すように、再結合がほ
とんどなく吸収のみとなる。この状態では、キャリアの
消滅する速度に比較して多量の光子が吸収層に入射する
と、キャリアのとりうる状態に空きがなくなり、それ以
上には光子を吸収できずに吸収が飽和することになる。
【００２８】また、光吸収の飽和に伴って、図３に示す
ように注入電流対光出力特性にヒステリシスが生じる。
ように注入電流対光出力特性にヒステリシスが生じる。
【００２９】このような光吸収の飽和やそれに伴う注入
電流対光出力特性上のヒステリシスを防止するため、本
発明では、吸収層にキャリアキラーをドープし、キャリ
アの非発光再結合を促進させる。これにより、吸収が飽
和することなく高出力まで利得結合が得られ、ヒステリ
シスの問題も大幅に改善できる。すなわち、レーザ装置
を線型に動作させることができる。
電流対光出力特性上のヒステリシスを防止するため、本
発明では、吸収層にキャリアキラーをドープし、キャリ
アの非発光再結合を促進させる。これにより、吸収が飽
和することなく高出力まで利得結合が得られ、ヒステリ
シスの問題も大幅に改善できる。すなわち、レーザ装置
を線型に動作させることができる。
【００３０】図４は本発明第二実施例の半導体分布帰還
型レーザ装置の構造を示す斜視図である。
型レーザ装置の構造を示す斜視図である。
【００３１】この実施例は周期的なキャリアキラー吸収
構造に活性層の厚みの周期的変化を組み合わせたもので
あり、基板２１上にはバッファ層２２、クラッド層２
３、パターン供給層３３、３４がエピタキシャルに形成
され、パターン供給層３３、３４には溝の底部がパター
ン供給層３３に達するような、すなわちパターン供給層
３４を切断するような凹凸形状が回折格子の周期で形成
される。この凹凸形状の上には、その凹凸形状に相応す
る周期的な形状を上面に残して緩衝層２５が形成され、
その上に、緩衝層２５の上面の周期的な形状に相応する
厚みの変化をもつ活性層２４が形成される。活性層２４
の上には、クラッド層２８およびコンタクト層２９がエ
ピタキシャルに形成される。コンタクト層２９は絶縁層
３０に開けた窓を通して電極層３１に接続される。基板
２１の裏面には電極層３２が設けられる。
構造に活性層の厚みの周期的変化を組み合わせたもので
あり、基板２１上にはバッファ層２２、クラッド層２
３、パターン供給層３３、３４がエピタキシャルに形成
され、パターン供給層３３、３４には溝の底部がパター
ン供給層３３に達するような、すなわちパターン供給層
３４を切断するような凹凸形状が回折格子の周期で形成
される。この凹凸形状の上には、その凹凸形状に相応す
る周期的な形状を上面に残して緩衝層２５が形成され、
その上に、緩衝層２５の上面の周期的な形状に相応する
厚みの変化をもつ活性層２４が形成される。活性層２４
の上には、クラッド層２８およびコンタクト層２９がエ
ピタキシャルに形成される。コンタクト層２９は絶縁層
３０に開けた窓を通して電極層３１に接続される。基板
２１の裏面には電極層３２が設けられる。
【００３２】ここで本実施例の特徴とするところは、パ
ターン供給層３４が、キャリアキラーをドープした吸収
層により形成されたことにある。すなわち、パターン供
給層３４にはキャリアキラーがドープされ、しかもこの
パターン供給層３４の組成が活性層２４からの誘導放出
光を吸収するように設定されている。また、パターン供
給層３４がエッチングされて形成された回折格子による
屈折率の周期分布が活性層２４の厚み分布による屈折率
の周期分布と相殺されるように、パターン供給層３３、
３４および活性層２４、さらには緩衝層２５の組成およ
び形状が選択される。
ターン供給層３４が、キャリアキラーをドープした吸収
層により形成されたことにある。すなわち、パターン供
給層３４にはキャリアキラーがドープされ、しかもこの
パターン供給層３４の組成が活性層２４からの誘導放出
光を吸収するように設定されている。また、パターン供
給層３４がエッチングされて形成された回折格子による
屈折率の周期分布が活性層２４の厚み分布による屈折率
の周期分布と相殺されるように、パターン供給層３３、
３４および活性層２４、さらには緩衝層２５の組成およ
び形状が選択される。
【００３３】以上の実施例ではＧａＡｓ系で本発明を実
施した場合について説明したが、本発明はＩｎＰ系など
他の材料系の場合にも同様に実施できる。第一実施例の
構造をＩｎＰ系で実施する場合の各層の導電型、組成、
厚さの例を以下に示す。 基板１ （１００）ｎ−ＩｎＰ バッファ層２、クラッド層３ ｎ−ＩｎＰ、厚さ０．５μｍ 活性層４ ＩｎＧａＡｓとＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．３μｍ）との 多重量子井戸構造（等価的なλg ＝１．５５μｍ） 障壁層５ ｐ−ＩｎＰ、厚さ０．１μｍ キャリアキラーをドープした吸収層６ ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．５５μｍ）、厚さ０．１μｍ クラッド層８ ｐ−ＩｎＰ、厚さ１μｍ コンタクト層９ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓ、厚さ０．５μｍ ただし、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰはＩｎＰに格子
整合している。λg は禁制帯幅に対応する光の波長を表
す。
施した場合について説明したが、本発明はＩｎＰ系など
他の材料系の場合にも同様に実施できる。第一実施例の
構造をＩｎＰ系で実施する場合の各層の導電型、組成、
厚さの例を以下に示す。 基板１ （１００）ｎ−ＩｎＰ バッファ層２、クラッド層３ ｎ−ＩｎＰ、厚さ０．５μｍ 活性層４ ＩｎＧａＡｓとＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．３μｍ）との 多重量子井戸構造（等価的なλg ＝１．５５μｍ） 障壁層５ ｐ−ＩｎＰ、厚さ０．１μｍ キャリアキラーをドープした吸収層６ ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．５５μｍ）、厚さ０．１μｍ クラッド層８ ｐ−ＩｎＰ、厚さ１μｍ コンタクト層９ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓ、厚さ０．５μｍ ただし、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰはＩｎＰに格子
整合している。λg は禁制帯幅に対応する光の波長を表
す。
【００３４】ＩｎＰ系の場合にも、基板を含むすべての
半導体層の導電型を入れ換えて本発明を実施できる。ま
た、活性層にバルク混晶を用いることもできる。
半導体層の導電型を入れ換えて本発明を実施できる。ま
た、活性層にバルク混晶を用いることもできる。
【００３５】
【発明の効果】利得結合による光分布帰還を利用した半
導体分布帰還型レーザ装置は、従来の屈折率結合型半導
体分布帰還型レーザ装置とは異なり、完全に単一の波長
の縦モード発振が行われ、従来装置におけるような発振
波長の不確定性も見られないと考えられる。もっとも、
従来の半導体分布帰還型レーザ装置でも完全単一縦モー
ド化は可能であるが、いずれも半導体レーザ装置の構成
が複雑化し、その上、レーザ素子端面への反射防止膜形
成が必要など、その製造工程数が増大するのに対し、本
発明装置では、従来の製造工程をほとんど変えることな
く、反射防止措置も要らずに簡単に完全単一縦モード化
を実現できる。また、利得結合によって光分布帰還を達
成すると、近端あるいは遠端からの反射戻り光などによ
って誘起される干渉雑音が生じたとしても、従来の屈折
率結合による場合に比較して格段に小さくなることが期
待される。
導体分布帰還型レーザ装置は、従来の屈折率結合型半導
体分布帰還型レーザ装置とは異なり、完全に単一の波長
の縦モード発振が行われ、従来装置におけるような発振
波長の不確定性も見られないと考えられる。もっとも、
従来の半導体分布帰還型レーザ装置でも完全単一縦モー
ド化は可能であるが、いずれも半導体レーザ装置の構成
が複雑化し、その上、レーザ素子端面への反射防止膜形
成が必要など、その製造工程数が増大するのに対し、本
発明装置では、従来の製造工程をほとんど変えることな
く、反射防止措置も要らずに簡単に完全単一縦モード化
を実現できる。また、利得結合によって光分布帰還を達
成すると、近端あるいは遠端からの反射戻り光などによ
って誘起される干渉雑音が生じたとしても、従来の屈折
率結合による場合に比較して格段に小さくなることが期
待される。
【００３６】特に本発明の半導体分布帰還型レーザ装置
は、周期的な光吸収層にキャリアキラーをドープしたた
め、非線型動作を大幅に抑えることができ、高出力時に
おいても利得結合の利点を発揮できる。
は、周期的な光吸収層にキャリアキラーをドープしたた
め、非線型動作を大幅に抑えることができ、高出力時に
おいても利得結合の利点を発揮できる。
【００３７】また、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系で実施す
る場合には、再成長界面のアルミ組成を低減でき、結晶
品質を改善できる。
る場合には、再成長界面のアルミ組成を低減でき、結晶
品質を改善できる。
【００３８】したがって本発明の半導体分布帰還型レー
ザ装置は、長距離光通信用、波長多重光通信用などに必
要な高性能光源として有望であるばかりでなく、光情報
処理や光情報記録、光応用計測、高速光学現象の光源な
どの分野で従来用いられていた気体レーザ装置や固体レ
ーザ装置に代替し得る高性能かつ小型の光源として用い
られることが見込まれる。
ザ装置は、長距離光通信用、波長多重光通信用などに必
要な高性能光源として有望であるばかりでなく、光情報
処理や光情報記録、光応用計測、高速光学現象の光源な
どの分野で従来用いられていた気体レーザ装置や固体レ
ーザ装置に代替し得る高性能かつ小型の光源として用い
られることが見込まれる。
【図１】本発明第一実施例の半導体分布帰還型レーザ装
置の構造を示す斜視図。
置の構造を示す斜視図。
【図２】光吸収の飽和を説明する図。
【図３】注入電流に対するレーザ光出力のヒステリシス
特性を示す模式図。
特性を示す模式図。
【図４】本発明第二実施例の半導体分布帰還型レーザ装
置の構造を示す斜視図。
置の構造を示す斜視図。
１、２１ 基板 ２、２２ バッファ層 ３、８、２３、２８ クラッド層 ４、２４ 活性層 ５ 障壁層 ６ キャリアキラーをドープした吸
収層 ７ 回折格子 ９、２９ コンタクト層 １１、１２、３１、３２ 電極層 １０、３０ 絶縁層 ２５ 緩衝層 ３３、３４ パターン供給層
収層 ７ 回折格子 ９、２９ コンタクト層 １１、１２、３１、３２ 電極層 １０、３０ 絶縁層 ２５ 緩衝層 ３３、３４ パターン供給層
Claims (4)
- 【請求項１】 誘導放出光を発生する活性層と、 この活性層に沿って配置されこの活性層が発生した誘導
放出光に光分布帰還を施す周期構造とを備え、 この周期構造は、前記活性層が発生した誘導放出光に対
し吸収性の組成で形成された吸収層を前記活性層に平行
なレーザ光軸に沿って周期的に含む半導体分布帰還型レ
ーザ装置において、 前記吸収層はキャリアのライフタイムを短縮する不純物
元素が添加された層であることを特徴とする半導体分布
帰還型レーザ装置。 - 【請求項２】 周期構造はレーザ光軸方向に沿って周期
的な凹凸形状が形成された回折格子を含み、 吸収層はこの回折格子の頂部に設けられ、 活性層にはこの回折格子の凹凸形状に対応して厚みの周
期的変化が設けられた請求項１記載の半導体分布帰還型
レーザ装置。 - 【請求項３】 回折格子の近傍にはその回折格子による
屈折率の周期分布を相殺する屈折率分布相殺構造が設け
られた請求項２記載の半導体分布帰還型レーザ装置。 - 【請求項４】 回折格子による屈折率の周期分布が活性
層の厚み分布による屈折率の周期分布と相殺されるよう
に前記回折格子および前記活性層の材料および形状が選
択された請求項２記載の半導体分布帰還型レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03220792A JP3215477B2 (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03220792A JP3215477B2 (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235465A true JPH05235465A (ja) | 1993-09-10 |
| JP3215477B2 JP3215477B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=12352466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03220792A Expired - Fee Related JP3215477B2 (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3215477B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0661571A (ja) * | 1992-08-05 | 1994-03-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布光反射器及びそれを用いた半導体レーザ |
| WO2001024332A1 (fr) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Laser a semi-conducteur a retroaction repartie et a coulage de gain |
| WO2001065649A1 (fr) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Dispositif laser a semiconducteur |
-
1992
- 1992-02-19 JP JP03220792A patent/JP3215477B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0661571A (ja) * | 1992-08-05 | 1994-03-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布光反射器及びそれを用いた半導体レーザ |
| WO2001024332A1 (fr) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Laser a semi-conducteur a retroaction repartie et a coulage de gain |
| US6493369B2 (en) | 1999-09-29 | 2002-12-10 | The Furukawa Electrical Co., Ltd. | Gain-coupling distributed feedback type semiconductor laser device |
| WO2001065649A1 (fr) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Dispositif laser a semiconducteur |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3215477B2 (ja) | 2001-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |