JPH05343789A - 半導体分布帰還型レーザ装置および半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体分布帰還型レーザ装置および半導体素子の製造方法Info
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- JPH05343789A JPH05343789A JP32894791A JP32894791A JPH05343789A JP H05343789 A JPH05343789 A JP H05343789A JP 32894791 A JP32894791 A JP 32894791A JP 32894791 A JP32894791 A JP 32894791A JP H05343789 A JPH05343789 A JP H05343789A
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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
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 周期的な光吸収層による光分布帰還を得る構
造の半導体分布帰還型レーザ装置において、平均吸収損
失をできるだけ小さくしながら十分な分布帰還を得る。 【構成】 周期的な光吸収層を光伝搬領域に沿ったスト
ライプ状の領域の外側に配置する。
造の半導体分布帰還型レーザ装置において、平均吸収損
失をできるだけ小さくしながら十分な分布帰還を得る。 【構成】 周期的な光吸収層を光伝搬領域に沿ったスト
ライプ状の領域の外側に配置する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光伝搬方向に沿って周期
構造が設けられた半導体素子に関する。特に、伝搬光を
その伝搬方向に周期的に吸収することにより光分布帰還
を得る構造に関する。本発明は、半導体分布帰還型レー
ザ装置として利用するに適する。
構造が設けられた半導体素子に関する。特に、伝搬光を
その伝搬方向に周期的に吸収することにより光分布帰還
を得る構造に関する。本発明は、半導体分布帰還型レー
ザ装置として利用するに適する。
【０００２】
【従来の技術】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（Gain-Coupled Distributed
Feedback Laser Diode 、以下「ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ」
という）は、完全単一縦モード性が良好なこと、戻り光
誘起雑音に強いことなど、様々な優れた特徴をもってい
る。利得結合を得る方法としては二つの方法が考えられ
る。その一つは周期的に吸収変化を設けてレーザの等価
的な利得を周期的に変化させる方法であり、もう一つは
活性層そのものの利得を周期的に変調する方法である。
前者の方法については、例えば、本発明者らの一部によ
る次の文献に詳しく説明されている。
導体分布帰還型レーザ装置（Gain-Coupled Distributed
Feedback Laser Diode 、以下「ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ」
という）は、完全単一縦モード性が良好なこと、戻り光
誘起雑音に強いことなど、様々な優れた特徴をもってい
る。利得結合を得る方法としては二つの方法が考えられ
る。その一つは周期的に吸収変化を設けてレーザの等価
的な利得を周期的に変化させる方法であり、もう一つは
活性層そのものの利得を周期的に変調する方法である。
前者の方法については、例えば、本発明者らの一部によ
る次の文献に詳しく説明されている。
【０００３】〔文献１〕羅毅、中野義昭、多田邦雄、第
２０回インターナショナル・コンファレンス・オン・ソ
リッド・ステート・デバイセズ・アンド・マテリアルズ
のエクステンディド・アブストラクツ第３２７頁から第
３３０頁 （Y.Luo, Y.Nakano and K.Tada, "Fabrication and
Characteristics of aGain-Coupled Distributed Fee
dback Laser Diode", Extended Abstracts ofthe 20th
(1988 International) Conference on the Solid Stat
e Devices andMaterials, Tokyo, pp.327-330）
２０回インターナショナル・コンファレンス・オン・ソ
リッド・ステート・デバイセズ・アンド・マテリアルズ
のエクステンディド・アブストラクツ第３２７頁から第
３３０頁 （Y.Luo, Y.Nakano and K.Tada, "Fabrication and
Characteristics of aGain-Coupled Distributed Fee
dback Laser Diode", Extended Abstracts ofthe 20th
(1988 International) Conference on the Solid Stat
e Devices andMaterials, Tokyo, pp.327-330）
【０００４】この文献には、周期的な光吸収層が設けら
れた構造が示され、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの完全単一縦モ
ード性が説明され、さらに、実験結果によりその優れた
単一縦モード性が示されている。
れた構造が示され、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの完全単一縦モ
ード性が説明され、さらに、実験結果によりその優れた
単一縦モード性が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の文献に
示された構造では、周期的に存在する吸収のフーリエ展
開によって表される平均吸収損失が避けられない問題が
ある。すなわち、平均吸収損失のために発振しきい値が
大きくなってしまう。
示された構造では、周期的に存在する吸収のフーリエ展
開によって表される平均吸収損失が避けられない問題が
ある。すなわち、平均吸収損失のために発振しきい値が
大きくなってしまう。
【０００６】また、横方向の電流注入狭窄と基本横モー
ド動作とを実現するためには特別の工夫が必要となる。
ド動作とを実現するためには特別の工夫が必要となる。
【０００７】本発明は、周期的な光吸収層による平均吸
収損失をできるだけ小さくでき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し、さら
に、横方向の電流注入狭窄と基本横モード動作とを容易
に実現できる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。
収損失をできるだけ小さくでき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し、さら
に、横方向の電流注入狭窄と基本横モード動作とを容易
に実現できる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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は半
導体分布帰還型レーザ装置であり、複数の半導体層によ
り形成された光導波路構造を備え、この光導波路構造の
少なくとも一つの層には電流注入により誘導放出光を発
生する活性層が設けられ、この活性層に近接する層には
その活性層からの誘導放出光を周期的に吸収することに
よりその誘導放出光に光分布帰還を施す光吸収層が設け
られた半導体分布帰還型レーザ装置において、光吸収層
が誘導放出光の伝搬方向に沿ったストライプ状の領域の
外側に設けられたことを特徴とする。ここで光導波路構
造とは、光を伝搬させるための構造だけでなく、それに
付随した構造、例えば光を発生させる構造、光を閉じ込
める構造、電流注入または電圧印加のための構造などを
含むものをいう。
導体分布帰還型レーザ装置であり、複数の半導体層によ
り形成された光導波路構造を備え、この光導波路構造の
少なくとも一つの層には電流注入により誘導放出光を発
生する活性層が設けられ、この活性層に近接する層には
その活性層からの誘導放出光を周期的に吸収することに
よりその誘導放出光に光分布帰還を施す光吸収層が設け
られた半導体分布帰還型レーザ装置において、光吸収層
が誘導放出光の伝搬方向に沿ったストライプ状の領域の
外側に設けられたことを特徴とする。ここで光導波路構
造とは、光を伝搬させるための構造だけでなく、それに
付随した構造、例えば光を発生させる構造、光を閉じ込
める構造、電流注入または電圧印加のための構造などを
含むものをいう。
【０００９】本発明はレーザ光源としての利用に特に適
しているが、半導体光増幅素子として利用することもで
きる。また、電流注入または電圧印加により光学特性が
変化する素子、例えば波長可変光フィルタや光変調器と
して利用することもできる。
しているが、半導体光増幅素子として利用することもで
きる。また、電流注入または電圧印加により光学特性が
変化する素子、例えば波長可変光フィルタや光変調器と
して利用することもできる。
【００１０】ストライプの幅は、光吸収層によって生じ
る平均吸収損失が小さく、それでいて利得結合が十分に
得られる程度に設定する。具体的には、０．１μｍ〜２
０μｍの幅がよい。ただし、最適値については、活性層
の寸法、活性層との層間距離、光吸収係数、光伝搬領域
の屈折率分布、その他の多くの要因を考慮して決定する
必要がある。ストライプの外側には、活性層への電流注
入に対して高抵抗となる層、例えばｐｎの導電型が周囲
の層と異なる導電性反転層を含むことがよい。高抵抗と
なる層は光吸収層をその一部の層として含むことが望ま
しく、光吸収層と活性層との間に配置された層をさらに
含むことが望ましい。場合によっては、高抵抗となる層
として、光吸収層と活性層との間に配置された層だけ用
いることもできる。
る平均吸収損失が小さく、それでいて利得結合が十分に
得られる程度に設定する。具体的には、０．１μｍ〜２
０μｍの幅がよい。ただし、最適値については、活性層
の寸法、活性層との層間距離、光吸収係数、光伝搬領域
の屈折率分布、その他の多くの要因を考慮して決定する
必要がある。ストライプの外側には、活性層への電流注
入に対して高抵抗となる層、例えばｐｎの導電型が周囲
の層と異なる導電性反転層を含むことがよい。高抵抗と
なる層は光吸収層をその一部の層として含むことが望ま
しく、光吸収層と活性層との間に配置された層をさらに
含むことが望ましい。場合によっては、高抵抗となる層
として、光吸収層と活性層との間に配置された層だけ用
いることもできる。
【００１１】本発明の第二の観点は上記の半導体分布帰
還型レーザ装置を製造するのに特に適した半導体素子の
製造方法であり、半導体層の表面を周期パターンにした
がってエッチングする第一のエッチング工程と、この半
導体層をさらに導波路パターンにしたがってエッチング
する第二のエッチング工程とを含む半導体素子の製造方
法において、周期パターンと導波路パターンとを同一の
マスクに形成し、このマスクを用いて、第一のエッチン
グ工程では半導体層の特定の結晶面でエッチングが停止
する条件のエッチングを行い、このエッチングと同時に
第二のエッチング工程を実行することを特徴とする。
還型レーザ装置を製造するのに特に適した半導体素子の
製造方法であり、半導体層の表面を周期パターンにした
がってエッチングする第一のエッチング工程と、この半
導体層をさらに導波路パターンにしたがってエッチング
する第二のエッチング工程とを含む半導体素子の製造方
法において、周期パターンと導波路パターンとを同一の
マスクに形成し、このマスクを用いて、第一のエッチン
グ工程では半導体層の特定の結晶面でエッチングが停止
する条件のエッチングを行い、このエッチングと同時に
第二のエッチング工程を実行することを特徴とする。
【００１２】第一のエッチング工程においてエッチング
される層が光吸収層であれば、本発明の第一の観点によ
る半導体分布帰還型レーザ装置が製造される。
される層が光吸収層であれば、本発明の第一の観点によ
る半導体分布帰還型レーザ装置が製造される。
【００１３】
【作用】光伝搬領域に沿ったストライプの部分には光吸
収層を設けず、その周囲に周期的な光吸収層を設ける。
半導体分布帰還型レーザ装置として用いる場合には、こ
の光吸収層によるストライプ両側での吸収の分布帰還が
施され、利得結合が実現される。このとき、ストライプ
の幅を広くすれば平均損失と結合係数とが小さくなり、
狭くすれば平均吸収損失と結合係数とが大きくなる。こ
の原理を利用すれば、平均吸収損失を実用的な限界まで
制御することができるとともに、利得結合係数の制御も
できる。また、ストライプの領域内には光吸収層がない
ので、光の横方向分布がこの領域に集中する傾向があ
り、光吸収層による横モード制御を実現できる。
収層を設けず、その周囲に周期的な光吸収層を設ける。
半導体分布帰還型レーザ装置として用いる場合には、こ
の光吸収層によるストライプ両側での吸収の分布帰還が
施され、利得結合が実現される。このとき、ストライプ
の幅を広くすれば平均損失と結合係数とが小さくなり、
狭くすれば平均吸収損失と結合係数とが大きくなる。こ
の原理を利用すれば、平均吸収損失を実用的な限界まで
制御することができるとともに、利得結合係数の制御も
できる。また、ストライプの領域内には光吸収層がない
ので、光の横方向分布がこの領域に集中する傾向があ
り、光吸収層による横モード制御を実現できる。
【００１４】また、ストライプの外側に電流注入に対し
て高抵抗となる層を設けると、電流をストライプの領域
に集中させることができ、注入電流の横方向狭窄ができ
る。
て高抵抗となる層を設けると、電流をストライプの領域
に集中させることができ、注入電流の横方向狭窄ができ
る。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の第一実施例を示す斜視図であ
り、構造を明らかにするためその一部を切り欠いて示
す。以下の説明において「上」とは、製造時における結
晶成長の方向、すなわち基板から離れる方向をいう。
り、構造を明らかにするためその一部を切り欠いて示
す。以下の説明において「上」とは、製造時における結
晶成長の方向、すなわち基板から離れる方向をいう。
【００１６】この半導体分布帰還型レーザ装置は、複数
の半導体層により形成された光導波路構造として、基板
１上にバッファ層２、下部クラッド層３および活性層４
を備え、活性層４の上にはキャリアブロック層５、下部
導波路層６および光吸収層７を備え、さらにその上には
上部導波路層９および上部クラッド層１０を備える。光
吸収層７および下部導波路層６は活性層４のレーザ発振
方向に沿って周期的な形状であり、活性層４の発生する
誘導放出光に光分布帰還を施す回折格子を構成する。上
部クラッド１０の上にはコンタクト層１１および絶縁層
１２が設けられ、コンタクト層１１には絶縁層１２に開
けられた窓を通して電極層１３が接続される。基板１の
裏面には電極層１４が設けられる。
の半導体層により形成された光導波路構造として、基板
１上にバッファ層２、下部クラッド層３および活性層４
を備え、活性層４の上にはキャリアブロック層５、下部
導波路層６および光吸収層７を備え、さらにその上には
上部導波路層９および上部クラッド層１０を備える。光
吸収層７および下部導波路層６は活性層４のレーザ発振
方向に沿って周期的な形状であり、活性層４の発生する
誘導放出光に光分布帰還を施す回折格子を構成する。上
部クラッド１０の上にはコンタクト層１１および絶縁層
１２が設けられ、コンタクト層１１には絶縁層１２に開
けられた窓を通して電極層１３が接続される。基板１の
裏面には電極層１４が設けられる。
【００１７】ここで本実施例の特徴とするところは、光
吸収層７が光伝搬領域に沿ったストライプの外側に設け
られたことにある。この実施例では、下部導波路層６も
光吸収層７と同様にストライプの外側に設けられる。
吸収層７が光伝搬領域に沿ったストライプの外側に設け
られたことにある。この実施例では、下部導波路層６も
光吸収層７と同様にストライプの外側に設けられる。
【００１８】この実施例の製造方法について、各層の組
成およびその厚さの例を示しながら説明する。この方法
は、基板１として高濃度砒化ガリウム（ｎ+ −ＧａＡ
ｓ）を用い、この基板１の上に、ダブルヘテロ接合構造
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
せるものである。
成およびその厚さの例を示しながら説明する。この方法
は、基板１として高濃度砒化ガリウム（ｎ+ −ＧａＡ
ｓ）を用い、この基板１の上に、ダブルヘテロ接合構造
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
せるものである。
【００１９】すなわち、第一段階のエピタキシャル成長
として、基板１上に、厚さ０．５μｍの高濃度ｎ型砒化
ガリウム（ｎ+ −ＧａＡｓ）バッファ層２、厚さ１μｍ
のｎ型砒化アルミニウムガリウム（ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓ）下部クラッド層３、厚さ０．０９μｍの不純
物無添加砒化アルミニウムガリウム（アンドープＡｌＧ
ａＡｓ）活性層４、厚さ０．１５μｍのｐ型砒化アルミ
ニウムガリウム（ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）キャリア
ブロック層５、厚さ０．１５μｍのｐ型砒化アルミニウ
ムガリウム（ｐ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ）下部導波路層
６、および厚さ０．０５μｍのｐ型砒化ガリウム（ｐ−
ＧａＡｓ）光吸収材料層を有機金属気相エピタキシによ
り連続的に成長させる。
として、基板１上に、厚さ０．５μｍの高濃度ｎ型砒化
ガリウム（ｎ+ −ＧａＡｓ）バッファ層２、厚さ１μｍ
のｎ型砒化アルミニウムガリウム（ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓ）下部クラッド層３、厚さ０．０９μｍの不純
物無添加砒化アルミニウムガリウム（アンドープＡｌＧ
ａＡｓ）活性層４、厚さ０．１５μｍのｐ型砒化アルミ
ニウムガリウム（ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）キャリア
ブロック層５、厚さ０．１５μｍのｐ型砒化アルミニウ
ムガリウム（ｐ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ）下部導波路層
６、および厚さ０．０５μｍのｐ型砒化ガリウム（ｐ−
ＧａＡｓ）光吸収材料層を有機金属気相エピタキシによ
り連続的に成長させる。
【００２０】続いて、干渉露光法と通常のマスク露光と
を用いて同一のマスクに周期パターンとストライプ状の
導波路パターンとを形成し、選択エッチングが可能なド
ライエッチングにより光吸収材料層をエッチングし、周
期２５５ｎｍの回折格子と、光吸収材料層のないストラ
イプ部分とを得る。このときのエッチングは、下部導波
路層６に達するまで行う。
を用いて同一のマスクに周期パターンとストライプ状の
導波路パターンとを形成し、選択エッチングが可能なド
ライエッチングにより光吸収材料層をエッチングし、周
期２５５ｎｍの回折格子と、光吸収材料層のないストラ
イプ部分とを得る。このときのエッチングは、下部導波
路層６に達するまで行う。
【００２１】この後、光吸収層７の上に平均厚さ０．１
μｍのｐ型砒化アルミニウムガリウム（ｐ−Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ａｓ）上部導波路層９、厚さ１μｍのｐ型砒化ア
ルミニウムガリウム（ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）上部
クラッド層１０、厚さ０．５μｍの高濃度ｐ型砒化ガリ
ウム（ｐ+ −ＧａＡｓ）コンタクト層１１を連続してエ
ピタキシャル成長させる。
μｍのｐ型砒化アルミニウムガリウム（ｐ−Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ａｓ）上部導波路層９、厚さ１μｍのｐ型砒化ア
ルミニウムガリウム（ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）上部
クラッド層１０、厚さ０．５μｍの高濃度ｐ型砒化ガリ
ウム（ｐ+ −ＧａＡｓ）コンタクト層１１を連続してエ
ピタキシャル成長させる。
【００２２】このようにしてダブルヘテロ接合構造が完
成した後、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）絶縁層１２をコン
タクト層１１の上面に堆積させ、幅が約１０μｍのスト
ライプ状の窓を形成し、クロムと金とを全面に蒸着して
正側の電極層１３とする。また、基板１の裏面には、金
と金・ゲルマニウムとを蒸着して負側の電極層１４とす
る。さらに、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得る。
成した後、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）絶縁層１２をコン
タクト層１１の上面に堆積させ、幅が約１０μｍのスト
ライプ状の窓を形成し、クロムと金とを全面に蒸着して
正側の電極層１３とする。また、基板１の裏面には、金
と金・ゲルマニウムとを蒸着して負側の電極層１４とす
る。さらに、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得る。
【００２３】各層の組成および厚さを以下にまとめて示
す。
す。
【００２４】 基板１ ｎ+ −ＧａＡｓ バッファ層２ ｎ+ −ＧａＡｓ 、０．
５μｍ 下部クラッド層３ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μ
ｍ 活性層４ アンドープＧａＡｓ 、０．
０９μｍ キャリアブロック層５ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、
０．１５μｍ 下部導波路層６ ｐ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ、０．
１５μｍ 光吸収層７ ｐ−ＧａＡｓ 、０．
０５μｍ 上部導波路層９ ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ、０．
１μｍ（平均） 上部クラッド層１０ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μ
ｍ コンタクト層１１ ｐ+ −ＧａＡｓ 、０．
５μｍ 絶縁層１２ ＳｉＯ2 電極層１３ Ａｕ／Ｃｒ 電極層１４ Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅ
５μｍ 下部クラッド層３ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μ
ｍ 活性層４ アンドープＧａＡｓ 、０．
０９μｍ キャリアブロック層５ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、
０．１５μｍ 下部導波路層６ ｐ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ、０．
１５μｍ 光吸収層７ ｐ−ＧａＡｓ 、０．
０５μｍ 上部導波路層９ ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ、０．
１μｍ（平均） 上部クラッド層１０ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μ
ｍ コンタクト層１１ ｐ+ −ＧａＡｓ 、０．
５μｍ 絶縁層１２ ＳｉＯ2 電極層１３ Ａｕ／Ｃｒ 電極層１４ Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅ
【００２５】図２は本発明の第二実施例を示す斜視図で
あり、図１と同様にその一部を切り欠いて示す。この実
施例は、下部導波路層６および光吸収層７の導電性が反
転しており、回折格子を有する領域の下部導波路層６は
ほとんどエッチングされていないことが第一実施例と構
造的に大きく異なる。
あり、図１と同様にその一部を切り欠いて示す。この実
施例は、下部導波路層６および光吸収層７の導電性が反
転しており、回折格子を有する領域の下部導波路層６は
ほとんどエッチングされていないことが第一実施例と構
造的に大きく異なる。
【００２６】製造方法は第一実施例とほぼ同等である
が、光吸収層７をエッチングする方法が異なる。すなわ
ち、第一実施例の場合には周期パターンと導波路パター
ンとを同等にエッチングしていたのに対し、第二実施例
の場合にはエッチングの深さに差をつける必要がある。
そこで、同一のマスクに周期パターンと導波路パターン
とを形成しておき、エッチング速度に結晶面依存性のあ
る化学エッチングにより、特定の結晶面でエッチングが
停止する条件で光吸収層７に回折格子を印刻する。さら
に、このエッチングと同時にストライプ部分を回折格子
より深く印刻する。回折格子の印刻は光吸収層７を完全
に貫通するように、すなわち下部導波路層６が露出する
ように行う。ただし、下部導波路層６までが完全に貫通
されることのないようにする。ストライプ部分について
は、下部導波路層６を完全に貫通させる。
が、光吸収層７をエッチングする方法が異なる。すなわ
ち、第一実施例の場合には周期パターンと導波路パター
ンとを同等にエッチングしていたのに対し、第二実施例
の場合にはエッチングの深さに差をつける必要がある。
そこで、同一のマスクに周期パターンと導波路パターン
とを形成しておき、エッチング速度に結晶面依存性のあ
る化学エッチングにより、特定の結晶面でエッチングが
停止する条件で光吸収層７に回折格子を印刻する。さら
に、このエッチングと同時にストライプ部分を回折格子
より深く印刻する。回折格子の印刻は光吸収層７を完全
に貫通するように、すなわち下部導波路層６が露出する
ように行う。ただし、下部導波路層６までが完全に貫通
されることのないようにする。ストライプ部分について
は、下部導波路層６を完全に貫通させる。
【００２７】この実施例において、回折格子の形状のエ
ッチング条件が満たされる範囲ならば、各層の組成およ
び厚さを第一実施例と同等にすることもできるが、ここ
では少し異なる例について以下に示す。
ッチング条件が満たされる範囲ならば、各層の組成およ
び厚さを第一実施例と同等にすることもできるが、ここ
では少し異なる例について以下に示す。
【００２８】 基板１ ｎ+ −ＧａＡｓ バッファ層２ ｎ+ −ＧａＡｓ 、０．
５μｍ 下部クラッド層３ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μ
ｍ 活性層４ アンドープＡｌＧａＡｓ 、０．
０９μｍ キャリアブロック層５ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、
０．１５μｍ 下部導波路層６ ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ、０．
１５μｍ 光吸収層７ ｎ−ＧａＡｓ 、０．
１μｍ 上部導波路層９ ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ、０．
１μｍ（平均） 上部クラッド層１０ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μ
ｍ コンタクト層１１ ｐ+ −ＧａＡｓ 、０．
５μｍ 絶縁層１２ ＳｉＯ2 電極層１３ Ａｕ／Ｃｒ 電極層１４ Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅ
５μｍ 下部クラッド層３ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μ
ｍ 活性層４ アンドープＡｌＧａＡｓ 、０．
０９μｍ キャリアブロック層５ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、
０．１５μｍ 下部導波路層６ ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ、０．
１５μｍ 光吸収層７ ｎ−ＧａＡｓ 、０．
１μｍ 上部導波路層９ ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ、０．
１μｍ（平均） 上部クラッド層１０ ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、１μ
ｍ コンタクト層１１ ｐ+ −ＧａＡｓ 、０．
５μｍ 絶縁層１２ ＳｉＯ2 電極層１３ Ａｕ／Ｃｒ 電極層１４ Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅ
【００２９】図３は本発明の第三実施例を示す斜視図で
あり、エッチング終了後の状態を示す図である。
あり、エッチング終了後の状態を示す図である。
【００３０】第二実施例では、ストライプの部分以外の
光吸収層７の全面に回折格子が設けられていた。これに
対して第三実施例では、ストライプの両側の限定された
幅の領域、例えば０．１μｍないし２０μｍの幅の領域
にそれぞれ回折格子が設けられる。
光吸収層７の全面に回折格子が設けられていた。これに
対して第三実施例では、ストライプの両側の限定された
幅の領域、例えば０．１μｍないし２０μｍの幅の領域
にそれぞれ回折格子が設けられる。
【００３１】このような構造を形成するには、第二実施
例における干渉露光ではなく電子ビーム露光法を利用す
る。すなわち、電子ビーム露光法により周期パターンと
導波路パターンとを形成し、エッチング速度が結晶面依
存性を有する化学エッチングにより、光吸収層７の一部
の領域、すなわち導波路パターンの両側の実質的に一定
の幅の領域に、その光吸収層７だけを貫通するように回
折格子を形成する。さらに、二つの導電性が反転した
層、すなわち光吸収層７と下部導波路層６とを貫通する
ように、導波路パターンにしたがってストライプを形成
する。エッチング後には、ストライプの部分とその両側
の実質的に一定の幅の領域とを除いて、二つの導電性が
反転した層がそのまま残される。
例における干渉露光ではなく電子ビーム露光法を利用す
る。すなわち、電子ビーム露光法により周期パターンと
導波路パターンとを形成し、エッチング速度が結晶面依
存性を有する化学エッチングにより、光吸収層７の一部
の領域、すなわち導波路パターンの両側の実質的に一定
の幅の領域に、その光吸収層７だけを貫通するように回
折格子を形成する。さらに、二つの導電性が反転した
層、すなわち光吸収層７と下部導波路層６とを貫通する
ように、導波路パターンにしたがってストライプを形成
する。エッチング後には、ストライプの部分とその両側
の実質的に一定の幅の領域とを除いて、二つの導電性が
反転した層がそのまま残される。
【００３２】図４は本発明の第四実施例を示す斜視図で
あり、図３と同様にエッチング終了後の状態を示す図で
ある。
あり、図３と同様にエッチング終了後の状態を示す図で
ある。
【００３３】この実施例は、キャリアブロック層５の上
に直接に導電性反転された光吸収層７を設けたことが第
三実施例と構造的に異なる。この場合には、電子ビーム
露光法により同一のマスクに周期パターンと導波路パタ
ーンとを形成し、そのマスクを用いて等方性エッチング
が可能なドライエッチングを行う。このとき、光吸収層
７を貫通するようにエッチングを行って、ストライプ
と、周期的なパターンとを形成する。
に直接に導電性反転された光吸収層７を設けたことが第
三実施例と構造的に異なる。この場合には、電子ビーム
露光法により同一のマスクに周期パターンと導波路パタ
ーンとを形成し、そのマスクを用いて等方性エッチング
が可能なドライエッチングを行う。このとき、光吸収層
７を貫通するようにエッチングを行って、ストライプ
と、周期的なパターンとを形成する。
【００３４】この場合の周期的なパターンは、周期的な
光吸収により分布帰還を生じるだけでなく、注入電流の
分布の周期的変化ももたらす。
光吸収により分布帰還を生じるだけでなく、注入電流の
分布の周期的変化ももたらす。
【００３５】以上の実施例では特定の導電性、半導体組
成および構造について示したが、これらについて変更し
ても本発明を同様に実施できる。は容易に変更できる。
例えば、導電性を反転させた基板を用てもよく、ＩｎＰ
系などの他の材料を用いてもよい。また、単一量子井戸
あるいは多重量子井戸活性層を利用しても本発明を同様
に実施できる。
成および構造について示したが、これらについて変更し
ても本発明を同様に実施できる。は容易に変更できる。
例えば、導電性を反転させた基板を用てもよく、ＩｎＰ
系などの他の材料を用いてもよい。また、単一量子井戸
あるいは多重量子井戸活性層を利用しても本発明を同様
に実施できる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体分
布帰還型レーザ装置は、平均吸収損失を最小限に抑えな
がら、結合係数を制御できる。すなわち、ストライプ両
側の光吸収層により利得結合が実現され、平均損失を実
用限界まで抑えながら利得接合係数を制御できる。ま
た、光の横方向分布をストライプの領域に集中させ、光
吸収層による横モード制御を実現できる。さらに、スト
ライプ状の領域の外側に電流注入に対して高抵抗となる
層を設けると、注入電流の横方向狭窄ができる。
布帰還型レーザ装置は、平均吸収損失を最小限に抑えな
がら、結合係数を制御できる。すなわち、ストライプ両
側の光吸収層により利得結合が実現され、平均損失を実
用限界まで抑えながら利得接合係数を制御できる。ま
た、光の横方向分布をストライプの領域に集中させ、光
吸収層による横モード制御を実現できる。さらに、スト
ライプ状の領域の外側に電流注入に対して高抵抗となる
層を設けると、注入電流の横方向狭窄ができる。
【００３７】また、本発明の半導体分布帰還型レーザ装
置は、製造プロセスが簡単であり、高歩留りでの製造が
可能である。
置は、製造プロセスが簡単であり、高歩留りでの製造が
可能である。
【００３８】本発明の半導体分布帰還型レーザ装置は、
従来の屈折率結合を利用したものと異なり、完全に単一
の波長で縦モード発振が行われ、発振波長の不確定性も
ない。しかも、従来の半導体分布帰還型レーザ装置で完
全単一縦モードを得るためには、構造が複雑化し、レー
ザ端面への反射防止膜を形成する必要もあって製造工程
数が増加していたのに対し、本発明のレーザ装置では、
従来の製造工程がほとんど複雑化することなく、反射防
止膜を設ける必要もなしに簡単に完全単一縦モードを実
現できる。
従来の屈折率結合を利用したものと異なり、完全に単一
の波長で縦モード発振が行われ、発振波長の不確定性も
ない。しかも、従来の半導体分布帰還型レーザ装置で完
全単一縦モードを得るためには、構造が複雑化し、レー
ザ端面への反射防止膜を形成する必要もあって製造工程
数が増加していたのに対し、本発明のレーザ装置では、
従来の製造工程がほとんど複雑化することなく、反射防
止膜を設ける必要もなしに簡単に完全単一縦モードを実
現できる。
【００３９】また、本発明を利用すれば、利得結合によ
って光分布帰還を達成できるので、近端あるいは遠端か
らの反射戻り光によって誘起される干渉性ノイズは、生
じたとしても従来の屈折率結合による場合に比べて格段
に小さくなると考えられる。
って光分布帰還を達成できるので、近端あるいは遠端か
らの反射戻り光によって誘起される干渉性ノイズは、生
じたとしても従来の屈折率結合による場合に比べて格段
に小さくなると考えられる。
【００４０】したがって本発明の半導体分布帰還型レー
ザ装置は、長距離光通信や波長多重通信などに必要な高
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、高速光学現象の実験などの分
野における光源として、従来から用いられている気体レ
ーザ装置や固体レーザ装置に代替し得る高性能の小型光
源として利用できる。
ザ装置は、長距離光通信や波長多重通信などに必要な高
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、高速光学現象の実験などの分
野における光源として、従来から用いられている気体レ
ーザ装置や固体レーザ装置に代替し得る高性能の小型光
源として利用できる。
【図１】本発明の第一実施例を示す斜視図であり、その
一部を切り欠いて示す図。
一部を切り欠いて示す図。
【図２】本発明の第二実施例を示す斜視図であり、その
一部を切り欠いて示す図。
一部を切り欠いて示す図。
【図３】本発明の第三実施例を示す斜視図であり、エッ
チング終了後の状態を示す図。
チング終了後の状態を示す図。
【図４】本発明の第四実施例を示す斜視図であり、エッ
チング終了後の状態を示す図。
チング終了後の状態を示す図。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ 下部クラッド層 ４ 活性層 ５ キャリアブロック層 ６ 下部導波路層 ７ 光吸収層 ９ 上部導波路層 １０ 上部クラッド層 １１ コンタクト層 １２ 絶縁層 １３、１４ 電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多田 邦雄 埼玉県浦和市南浦和２丁目13番９号 (72)発明者 中野 義昭 東京都世田谷区松原６丁目７番９号
Claims (8)
- 【請求項１】 複数の半導体層により形成された光導波
路構造を備え、 この光導波路構造の少なくとも一つの層には電流注入に
より誘導放出光を発生する活性層が設けられ、 この活性層に近接する層にはその活性層からの誘導放出
光を周期的に吸収することによりその誘導放出光に光分
布帰還を施す光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、 前記光吸収層は、前記誘導放出光の伝搬方向に沿ったス
トライプ状の領域の外側に設けられたことを特徴とする
半導体分布帰還型レーザ装置。 - 【請求項２】 ストライプ状の領域の幅は、光吸収層に
よって生じる平均吸収損失が小さく、それでいて利得結
合が十分に得られる程度に設定された請求項１記載の半
導体分布帰還型レーザ装置。 - 【請求項３】 ストライプ状の領域の幅は０．１〜２０
μｍである請求項３記載の半導体分布帰還型レーザ装
置。 - 【請求項４】 ストライプ状の領域の外側には活性層へ
の電流注入に対して高抵抗となる層が設けられた請求項
１ないし３のいずれか記載の半導体分布帰還型レーザ装
置。 - 【請求項５】 高抵抗となる層はｐｎの導電型が周囲の
層と異なる導電性反転層を含む請求項４記載の半導体分
布帰還型レーザ装置。 - 【請求項６】 高抵抗となる層は光吸収層をその一部の
層として含む請求項４または５記載の半導体分布帰還型
レーザ装置。 - 【請求項７】 高抵抗となる層は光吸収層と活性層との
間に配置された層を含む請求項４ないし６のいずれか記
載の半導体分布帰還型レーザ装置。 - 【請求項８】 半導体層の表面を周期パターンにしたが
ってエッチングする第一のエッチング工程と、 この半導体層をさらに導波路パターンにしたがってエッ
チングする第二のエッチング工程とを含む半導体素子の
製造方法において、 前記周期パターンと前記導波路パターンとを同一のマス
クに形成し、 このマスクを用いて、前記第一のエッチング工程では前
記半導体層の特定の結晶面でエッチングが停止する条件
のエッチングを行い、このエッチングと同時に前記第二
のエッチング工程を実行することを特徴とする半導体素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3328947A JPH0770788B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 半導体分布帰還型レーザ装置および半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3328947A JPH0770788B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 半導体分布帰還型レーザ装置および半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343789A true JPH05343789A (ja) | 1993-12-24 |
| JPH0770788B2 JPH0770788B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=18215880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3328947A Expired - Lifetime JPH0770788B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 半導体分布帰還型レーザ装置および半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770788B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998038711A1 (de) * | 1997-03-01 | 1998-09-03 | Deutsche Telekom Ag | Wellenlängenabstimmbares optoelektronisches bauelement |
| KR100324203B1 (ko) * | 1999-09-18 | 2002-02-16 | 오길록 | 순수 이득결합 분포 궤환형 반도체 레이저 및 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0240984A (ja) * | 1988-07-30 | 1990-02-09 | Tokyo Univ | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
-
1991
- 1991-12-12 JP JP3328947A patent/JPH0770788B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0240984A (ja) * | 1988-07-30 | 1990-02-09 | Tokyo Univ | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998038711A1 (de) * | 1997-03-01 | 1998-09-03 | Deutsche Telekom Ag | Wellenlängenabstimmbares optoelektronisches bauelement |
| US6208793B1 (en) | 1997-03-01 | 2001-03-27 | Deutsche Telekom Ag | Wavelength-tunable optoelectronic apparatus |
| KR100324203B1 (ko) * | 1999-09-18 | 2002-02-16 | 오길록 | 순수 이득결합 분포 궤환형 반도체 레이저 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0770788B2 (ja) | 1995-07-31 |
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