JPH0555686A - 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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- JPH0555686A JPH0555686A JP21092491A JP21092491A JPH0555686A JP H0555686 A JPH0555686 A JP H0555686A JP 21092491 A JP21092491 A JP 21092491A JP 21092491 A JP21092491 A JP 21092491A JP H0555686 A JPH0555686 A JP H0555686A
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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】 利得結合による分布帰還を利用した半導体分
布帰還型レーザ装置の利得結合係数を大きくするととも
に電流利用効率を高め、低しきい値電流動作を可能にす
る。 【構成】 導電性が周期的に変化し、かつこの周期的変
化と同一周期で吸収係数が変化する回折格子７を活性層
４の近傍に設ける。
布帰還型レーザ装置の利得結合係数を大きくするととも
に電流利用効率を高め、低しきい値電流動作を可能にす
る。 【構成】 導電性が周期的に変化し、かつこの周期的変
化と同一周期で吸収係数が変化する回折格子７を活性層
４の近傍に設ける。
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。主なものとしては、 （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）特開平３−３４４８９（特願平１−１６８７２
９、平成１年６月３０日出願） 回折格子パターン上の成長を利用して活性層の厚みに周
期的な変動を設けた構造およびその製造方法。 （３）特願平２−２３５２３５、平成２年９月５日出願 活性層近傍に導電性を周期的に変化させた層を設けるこ
とにより利得の周期分布を得る構造。 （４）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。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。主なものとしては、 （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）特開平３−３４４８９（特願平１−１６８７２
９、平成１年６月３０日出願） 回折格子パターン上の成長を利用して活性層の厚みに周
期的な変動を設けた構造およびその製造方法。 （３）特願平２−２３５２３５、平成２年９月５日出願 活性層近傍に導電性を周期的に変化させた層を設けるこ
とにより利得の周期分布を得る構造。 （４）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。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
に示した構造にもいくらかの解決すべき課題が残ってい
た。例えば（１）の出願に示した構造では、吸収層の付
加によって、しきい値電流の増加が見られる。（２）の
出願に示した構造では、利得結合係数がしきい値電流密
度によって決められるため、ある程度以上に大きな結合
係数を得ることは困難である。（３）の出願に示した構
造のように周期的な導電性反転だけでは、低注入で動作
させる場合には十分な利得結合を得ることが困難であ
る。さらに、（４）の出願に示した構造では、全面均一
電流注入により電流利用効率が低くなる可能性があり、
低しきい値電流動作が困難と考えられる。
に示した構造にもいくらかの解決すべき課題が残ってい
た。例えば（１）の出願に示した構造では、吸収層の付
加によって、しきい値電流の増加が見られる。（２）の
出願に示した構造では、利得結合係数がしきい値電流密
度によって決められるため、ある程度以上に大きな結合
係数を得ることは困難である。（３）の出願に示した構
造のように周期的な導電性反転だけでは、低注入で動作
させる場合には十分な利得結合を得ることが困難であ
る。さらに、（４）の出願に示した構造では、全面均一
電流注入により電流利用効率が低くなる可能性があり、
低しきい値電流動作が困難と考えられる。
【００１０】本発明は、以上の課題を解決した新しい構
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。
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方向に沿っ
て導電性が周期的に変化し、かつこの周期的変化と同一
周期で活性層の発生する誘導放出光に対する吸収係数が
変化する構造を備えたことを特徴とする。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、その半
導体層と異なる導電性の回折格子を埋め込む。
型レーザ装置は、活性層に平行なレーザ光軸方向に沿っ
て導電性が周期的に変化し、かつこの周期的変化と同一
周期で活性層の発生する誘導放出光に対する吸収係数が
変化する構造を備えたことを特徴とする。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、その半
導体層と異なる導電性の回折格子を埋め込む。
【００１２】このような構造を得る一つの方法として
は、活性層の上に緩衝層を挟んでその活性層と実質的に
同一の組成の半導体層を設け、その半導体層をエッチン
グして回折格子を形成する。回折格子を形成した半導体
層の導電性は、これを埋め込む層の導電性と異なるよう
にする。これにより、吸収性と導電性とが同時に周期的
に変化する。
は、活性層の上に緩衝層を挟んでその活性層と実質的に
同一の組成の半導体層を設け、その半導体層をエッチン
グして回折格子を形成する。回折格子を形成した半導体
層の導電性は、これを埋め込む層の導電性と異なるよう
にする。これにより、吸収性と導電性とが同時に周期的
に変化する。
【００１３】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、周囲の層と導
電性が異なりかつ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、周囲の層と導
電性が異なりかつ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。
【００１４】回折格子は、その回折格子を埋め込む半導
体層と導電性の異なる層が周期的に切断された形状であ
ることがよい。回折格子は、ｐまたはｎの導電型がその
回折格子を埋め込む半導体層の導電型と異なることが望
ましい。
体層と導電性の異なる層が周期的に切断された形状であ
ることがよい。回折格子は、ｐまたはｎの導電型がその
回折格子を埋め込む半導体層の導電型と異なることが望
ましい。
【００１５】回折格子を埋め込む半導体層には、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。
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。
【００１６】導電性の変化と導電性の変化とを一つの層
で実現することもできるが、互いに接する二つの層ない
し近接する二つの層で実現することもできる。
で実現することもできるが、互いに接する二つの層ない
し近接する二つの層で実現することもできる。
【００１７】導電性に周期的変化を与えるには、周囲と
導電性の異なる層で凹凸形状を形成する他に、イオン注
入や拡散を用いることもできる。
導電性の異なる層で凹凸形状を形成する他に、イオン注
入や拡散を用いることもできる。
【００１８】本明細書において「上」とは、結晶成長の
方向、すなわち基板から離れる方向をいう。
方向、すなわち基板から離れる方向をいう。
【００１９】
【作用】誘導放出光を発生させる活性層の上または下
に、その活性層の発生した光を吸収するとともに活性層
に注入される電流を阻止する層を周期的に設けることに
より、 （１）活性層に電流密度の分布すなわちキャリア密度の
分布が生じるとともに、光吸収係数の周期分布も生じ
る。 （２）また、活性層に厚み分布をもたせる場合には、そ
の厚みの変化による利得係数の周期的変化も得られる。 （３）したがって、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る、 （４）これらの利得結合発生のメカニズムを総合的に組
み合わせることにより、より強い利得結合性を得ること
ができ、さらに、電流利用効率が高められ、より低しき
い値電流動作が期待できる。
に、その活性層の発生した光を吸収するとともに活性層
に注入される電流を阻止する層を周期的に設けることに
より、 （１）活性層に電流密度の分布すなわちキャリア密度の
分布が生じるとともに、光吸収係数の周期分布も生じ
る。 （２）また、活性層に厚み分布をもたせる場合には、そ
の厚みの変化による利得係数の周期的変化も得られる。 （３）したがって、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る、 （４）これらの利得結合発生のメカニズムを総合的に組
み合わせることにより、より強い利得結合性を得ること
ができ、さらに、電流利用効率が高められ、より低しき
い値電流動作が期待できる。
【００２０】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。
【００２１】
【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。
【００２２】この実施例は活性層の上に周期的な電流阻
止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および緩衝層５がエピタキ
シャルに形成され、緩衝層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。
止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および緩衝層５がエピタキ
シャルに形成され、緩衝層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。
【００２３】ここで本実施例の特徴とするところは、回
折格子７が吸収性電流阻止層６により形成され、活性層
４に平行なレーザ光軸方向に沿って導電性が回折格子７
の周期で変化し、かつこの周期的変化と同一周期で活性
層４の発生する誘導放出光に対する吸収係数が変化する
ことにある。
折格子７が吸収性電流阻止層６により形成され、活性層
４に平行なレーザ光軸方向に沿って導電性が回折格子７
の周期で変化し、かつこの周期的変化と同一周期で活性
層４の発生する誘導放出光に対する吸収係数が変化する
ことにある。
【００２４】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、緩衝層５および吸収性電流阻止層６をこの順にエピ
タキシャル成長させる。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
上層である吸収性電流阻止層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性電流阻止層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を印刻した吸収性電流阻止層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１０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、緩衝層５および吸収性電流阻止層６をこの順にエピ
タキシャル成長させる。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
上層である吸収性電流阻止層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性電流阻止層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を印刻した吸収性電流阻止層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１０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。
【００２５】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 緩衝層５ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、厚さ０．１μｍ 吸収性電流阻止層６ ｐ−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 緩衝層５ ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ、厚さ０．１μｍ 吸収性電流阻止層６ ｐ−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
【００２６】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。
【００２７】図２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。
【００２８】この実施例は周期的な電流阻止構造に活性
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２３、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。
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２３、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。
【００２９】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が吸収性電流阻止層により形成された
ことにある。すなわち、パターン吸収層３４の導電型が
基板２１ないしパターン供給層３３の導電型と異なって
設定され、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が吸収性電流阻止層により形成された
ことにある。すなわち、パターン吸収層３４の導電型が
基板２１ないしパターン供給層３３の導電型と異なって
設定され、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。
【００３０】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） 緩衝層５ ｐ−ＩｎＰ、厚さ０．１μｍ 吸収性電流阻止層６ ｎ−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） 緩衝層５ ｐ−ＩｎＰ、厚さ０．１μｍ 吸収性電流阻止層６ ｎ−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。
【００３１】ＩｎＰ系の場合にも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。
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。
【００３２】以上の実施例では吸収性電流阻止層６とし
て周囲の層とｐ、ｎの導電型が異なる場合について説明
したが、単に電気抵抗が異なるだけでも、場合によって
は導電型が異なる場合に近い効果が得られる。例えばＩ
ｎＰ系の場合であれば、Ｆｅドープにより高抵抗化され
たＩｎＧａＡｓＰを吸収性電流阻止層として用いること
ができる。
て周囲の層とｐ、ｎの導電型が異なる場合について説明
したが、単に電気抵抗が異なるだけでも、場合によって
は導電型が異なる場合に近い効果が得られる。例えばＩ
ｎＰ系の場合であれば、Ｆｅドープにより高抵抗化され
たＩｎＧａＡｓＰを吸収性電流阻止層として用いること
ができる。
【００３３】
【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。さらに、共振器が電流注入によって生じる利
得の周期分布に起因するため、高速電流変調において超
短パルス発生が可能であり、かつ発振波長のチャーピン
グも小さいと期待される。
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。さらに、共振器が電流注入によって生じる利
得の周期分布に起因するため、高速電流変調において超
短パルス発生が可能であり、かつ発振波長のチャーピン
グも小さいと期待される。
【００３４】特に本発明の半導体分布帰還型レーザ装置
は、周期的な光吸収層を設けるとともに、導電性に周期
性をもたせて電界の腹の部分に選択的にキャリアを注入
するので、十分に大きな利得結合を得ることができる。
また、注入電流の無駄が少ないので、高効率が期待でき
る。
は、周期的な光吸収層を設けるとともに、導電性に周期
性をもたせて電界の腹の部分に選択的にキャリアを注入
するので、十分に大きな利得結合を得ることができる。
また、注入電流の無駄が少ないので、高効率が期待でき
る。
【００３５】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。
【００３６】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】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、２５ 緩衝層 ６ 吸収性電流阻止層 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 ３３、３４ パターン供給層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 武史 東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光計 測技術開発株式会社内 (72)発明者 土橋 万知夫 東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光計 測技術開発株式会社内
Claims (7)
- 【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た半導体分
布帰還型レーザ装置において、 前記周期構造は、前記活性層に平行なレーザ光軸方向に
沿って導電性が周期的に変化し、かつこの周期的変化と
同一周期で前記活性層の発生する誘導放出光に対する吸
収係数が変化する構造を含む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】 活性層を挟んで互いに導電性の異なる二
つの半導体層を備え、 前記周期構造はこの二つの半導体層の少なくとも一方に
埋め込まれたその一方の半導体層と異なる導電性の回折
格子を含む請求項１記載の半導体分布帰還型レーザ装
置。 - 【請求項３】 回折格子は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を
含み、 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】 回折格子はその回折格子を埋め込む半導
体層と導電性の異なる層が周期的に切断された形状であ
る請求項２または３記載の半導体分布帰還型レーザ装
置。 - 【請求項５】 回折格子はｐまたはｎの導電型がその回
折格子を埋め込む半導体層の導電型と異なる請求項２な
いし４のいずれかに記載の半導体分布帰還型レーザ装
置。 - 【請求項６】 回折格子を埋め込む半導体層にはその回
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７】 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３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 |
|---|---|---|---|
| JP3210924A JPH07118563B2 (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3210924A JPH07118563B2 (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555686A true JPH0555686A (ja) | 1993-03-05 |
| JPH07118563B2 JPH07118563B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=16597333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3210924A Expired - Lifetime JPH07118563B2 (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07118563B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05145175A (ja) * | 1991-11-21 | 1993-06-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体分布帰還形レーザ装置 |
| JPH0685402A (ja) * | 1991-12-12 | 1994-03-25 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 分布帰還レーザ含有製品 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0335581A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1991
- 1991-08-22 JP JP3210924A patent/JPH07118563B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0335581A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05145175A (ja) * | 1991-11-21 | 1993-06-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体分布帰還形レーザ装置 |
| JPH0685402A (ja) * | 1991-12-12 | 1994-03-25 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 分布帰還レーザ含有製品 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07118563B2 (ja) | 1995-12-18 |
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