JPH0582886A - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element

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JPH0582886A
JPH0582886A JP23982491A JP23982491A JPH0582886A JP H0582886 A JPH0582886 A JP H0582886A JP 23982491 A JP23982491 A JP 23982491A JP 23982491 A JP23982491 A JP 23982491A JP H0582886 A JPH0582886 A JP H0582886A
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JP
Japan
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layer
type
semiconductor laser
laser device
light
Prior art date
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Application number
JP23982491A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Yagi
克己 八木
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a distributed feedback semiconductor laser element having the current of a small lasing threshold value which lases in a single vertical mode. CONSTITUTION:A semiconductor laser element has a double hetero structure wherein an active layer which generates guided emission rays is placed between an n-type clad layer 3 and first and second p-type clad layers 5 and 8. A high resistive layer 6 of a rattan blind type having a cycle corresponding to the diffraction grating is formed between the first and second p-type clad layers 5 and 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】単一縦モードで発振可能な半導体
レーザ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device capable of oscillating in a single longitudinal mode.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、光分布帰還形半導体レーザ装置
は、長距離大容量光通信、光情報処理、光記録、光応用
計測等に好適な光源装置として活発に研究が行われてい
る。斯る半導体レーザ装置は、一般に透明なクラッド層
間に活性層を狭持したヘテロ接合により、効率よく誘導
放出光を発生させる光導波路構造を持ち、該活性層に近
接した透明な光導波層の界面に鋸歯形状の回折格子を形
成して光導波層の屈折率を周期的に変化させることによ
る光分布帰還を活性層に施す、所謂屈折率結合による光
分布帰還が行われている。
2. Description of the Related Art Currently, an optical distributed feedback type semiconductor laser device is being actively researched as a light source device suitable for long-distance and large-capacity optical communication, optical information processing, optical recording, optical applied measurement and the like. Such a semiconductor laser device generally has an optical waveguide structure for efficiently generating stimulated emission light by a heterojunction in which an active layer is sandwiched between transparent clad layers, and an interface of the transparent optical waveguide layer close to the active layer. Light distribution feedback is performed by so-called refractive index coupling, in which a saw-toothed diffraction grating is formed on the active layer to periodically change the refractive index of the optical waveguide layer.

【0003】しかしながら、上記半導体レーザ装置は、
ブラッグ反射条件近傍の二つの縦モードのどちらのモー
ドで発振が起こるか不確定であり、更には二つのモード
が同時に発振する場合もあるといった問題があった。
However, the above semiconductor laser device is
It is uncertain which of the two longitudinal modes near the Bragg reflection condition will oscillate, and there is also the problem that the two modes may oscillate at the same time.

【0004】この問題を解決する半導体レーザ装置とし
ては、図7に示すように、光損失を伴う損失係数もしく
は利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分布
帰還を行って、単一縦モードで発振可能とする光分布帰
還形半導体レーザ装置が Appl. Phys. Lett. 55(1989)
P1606〜P1608に開示されている。
As a semiconductor laser device for solving this problem, as shown in FIG. 7, optical distribution feedback is performed by gain coupling based on a periodic perturbation of a loss coefficient or gain coefficient accompanied by optical loss, and a single longitudinal mode is obtained. Appl. Phys. Lett. 55 (1989) is an optical distributed feedback semiconductor laser device that can oscillate at
It is disclosed in P1606 to P1608.

【0005】図中、51はn+形GaAs基板である。
前記n+形GaAs基板51上には、n形GaAlAs
クラッド層52、GaAlAs活性層53、p形GaA
lAsバリア層54がこの順に形成されている。
In the figure, 51 is an n + type GaAs substrate.
On the n + type GaAs substrate 51, n type GaAlAs is formed.
Cladding layer 52, GaAlAs active layer 53, p-type GaA
The 1As barrier layer 54 is formed in this order.

【0006】前記p形GaAlAsバリア層54上に
は、2次の回折格子(周期240nm)形状をもつp形
GaAlAs光吸収層55が形成されている。
On the p-type GaAlAs barrier layer 54, a p-type GaAlAs light absorption layer 55 having a second-order diffraction grating (period 240 nm) shape is formed.

【0007】前記p形GaAlAs光吸収層55上に
は、p形GaAlAsクラッド層56、p+GaAsコ
ンタクト層57がこの順に形成され、該p+GaAsコ
ンタクト層57の両端上面にSiO2からなる挿入層5
8が形成されている。
A p-type GaAlAs clad layer 56 and ap + GaAs contact layer 57 are formed in this order on the p-type GaAlAs light absorption layer 55, and SiO 2 is inserted on the upper surfaces of both ends of the p + GaAs contact layer 57. Layer 5
8 is formed.

【0008】前記p+GaAsコンタクト層57及び挿
入層58上面、前記n+形GaAs基板51下面には、
それぞれAu−Znからなるp形電極59、Au−Ge
からなるn形電極60が形成されて半導体レーザ素子が
構成されている。
On the upper surface of the p + GaAs contact layer 57 and the insertion layer 58 and on the lower surface of the n + type GaAs substrate 51,
The p-type electrode 59 and Au-Ge made of Au-Zn, respectively.
A semiconductor laser device is formed by forming an n-type electrode 60 of.

【0009】斯かる半導体レーザ素子は、以下のように
製造される。
Such a semiconductor laser device is manufactured as follows.

【0010】最初に、第1回目の液相エピタキシャル
(LPE)法により、n+形GaAs基板51上にn形
GaAlAsクラッド層52、GaAlAs活性層5
3、p形GaAlAsバリア層54、及びp形GaAl
As光吸収層55をこの順に形成する。
First, the n-type GaAlAs clad layer 52 and the GaAlAs active layer 5 are formed on the n + -type GaAs substrate 51 by the first liquid phase epitaxial (LPE) method.
3, p-type GaAlAs barrier layer 54, and p-type GaAl
The As light absorption layer 55 is formed in this order.

【0011】次に、前記p形GaAlAs光吸収層55
上にレジスト膜を塗布した後、フォログラフィ干渉露光
法により露光、現像してパターン化する。その後、前記
パターン化したレジスト膜をマスクとして、反応性イオ
ンエッチング(RIE)法により、前記p形GaAlA
s光吸収層55を2次の回折格子(周期240nm)状
に形成する。
Next, the p-type GaAlAs light absorption layer 55 is formed.
After applying a resist film thereon, it is exposed and developed by a holographic interference exposure method to form a pattern. Then, using the patterned resist film as a mask, the p-type GaAlA is formed by reactive ion etching (RIE).
s The light absorption layer 55 is formed in the shape of a secondary diffraction grating (period 240 nm).

【0012】続いて、第2回目のLPE法ににより、上
記回折格子状に形成したp形GaAlAs光吸収層55
上に、p形GaAlAsクラッド層56、p+形GaA
sコンタクト層57をこの順に形成する。
Then, by the second LPE method, the p-type GaAlAs light absorption layer 55 formed in the above-mentioned diffraction grating shape.
On top, a p-type GaAlAs clad layer 56, ap + -type GaA
The s contact layer 57 is formed in this order.

【0013】最後に、前記p+形GaAsコンタクト層
57の両端上面にSiO2からなる挿入層58を形成し
た後、前記p+コンタクト層57及び挿入層58上面、
前記n+形GaAs基板51下面に、それぞれAu−Z
nからなるp形電極59、Au−Geからなるn形電極
60を形成して、図7に示す半導体レーザ素子を形成す
るのである。
Finally, after the insertion layers 58 made of SiO 2 are formed on the upper surfaces of both ends of the p + -type GaAs contact layer 57, the upper surfaces of the p + contact layer 57 and the insertion layer 58,
On the lower surface of the n + type GaAs substrate 51, Au-Z
The p-type electrode 59 made of n and the n-type electrode 60 made of Au—Ge are formed to form the semiconductor laser device shown in FIG.

【0014】斯る半導体レーザ装置は、光分布帰還が利
得の周期的変化により行われるので、単一縦モードで発
振し、且つ単一縦モード性がへき界端面反射に影響され
ないという特性をもつ。
Such a semiconductor laser device has a characteristic that since the distributed light feedback is performed by the periodical change of the gain, the semiconductor laser device oscillates in a single longitudinal mode, and the single longitudinal mode property is not influenced by the reflection at the end facet of the field. ..

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造では、GaAlAs活性層53に近接してp
形GaAlAs光吸収層55を形成するので、GaAl
As活性層53内の特定波長の光も吸収されるため、レ
ーザ発振をするために必要な閾値電流は通常の5〜6
倍、即ち300mAという高い値が必要であった。
However, in the structure as described above, p is located close to the GaAlAs active layer 53.
Since the GaAlAs light absorption layer 55 is formed,
Since the light of a specific wavelength in the As active layer 53 is also absorbed, the threshold current required for laser oscillation is usually 5 to 6
A double value, that is, a high value of 300 mA was required.

【0016】本発明は、斯る問題を鑑みなされたもので
あり、低いレーザ発振閾値電流をもつ単一縦モード発振
の半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device of single longitudinal mode oscillation having a low laser oscillation threshold current.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】分布帰還型半導体レーザ
素子において、誘導放出光を発生させる活性層の近傍
に、回折格子に対応する周期をもつ簾状の光吸収を行わ
ない高抵抗層を設けることを特徴とする。
In a distributed feedback semiconductor laser device, a high resistance layer which does not absorb light like a blind having a period corresponding to a diffraction grating is provided in the vicinity of an active layer for generating stimulated emission light. It is characterized by

【0018】[0018]

【作用】本発明の半導体レーザ素子によると、簾状の高
抵抗層が回折格子に対応する周期をもつので、該回折格
子の周期に一致して活性層に電流が流れ、該活性層中に
周期性をもつ電流分布が生じるため、共振器の軸方向に
伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数が、前記
周期で変化することになり、利得結合による分布帰還が
なされるので、単一縦モードのみが発振し、且つ高抵抗
層で光吸収が起こらないので発振閾値が小さくできるの
である。
According to the semiconductor laser device of the present invention, since the blind-shaped high resistance layer has a period corresponding to that of the diffraction grating, a current flows through the active layer in accordance with the period of the diffraction grating to cause a current to flow in the active layer. Since a current distribution having a periodicity is generated, the net gain coefficient of the light wave propagating in the axial direction of the resonator with respect to the electromagnetic field changes in the period, and distributed feedback by gain coupling is performed. Since only the longitudinal mode oscillates and light absorption does not occur in the high resistance layer, the oscillation threshold can be reduced.

【0019】[0019]

【実施例】図面を参照しつつ本発明の各実施例について
説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0020】図1と図2はそれぞれ本発明に係る第1実
施例の半導体レーザ装置の側方断面を示す断面図、光放
出側端面を示す正面図である。
1 and 2 are a sectional view showing a lateral section and a front view showing a light emitting side end face of a semiconductor laser device of a first embodiment according to the present invention, respectively.

【0021】図中、1はn形GaAs基板である。この
基板1上には、n形GaAsバッファ層2、n形Al
0.4Ga0.6Asクラッド層3、アンドープ形GaAs活
性層4、第1のp形Al0.4Ga0.6Asクラッド層5が
順次次形成されている。
In the figure, 1 is an n-type GaAs substrate. On this substrate 1, an n-type GaAs buffer layer 2 and an n-type Al are formed.
A 0.4 Ga 0.6 As clad layer 3, an undoped GaAs active layer 4, and a first p-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 5 are successively formed.

【0022】前記第1のp形Al0.4Ga0.6Asクラッ
ド層5上のうち、一部には例えば幅1500Å、周期3
770Åをもつ簾状のp形GaAs酸化防止層6が形成
されており、残余部には3次回折格子に対応する幅22
70Å、周期3770Åをもつ簾状のAl23等のAl
系酸化物からなる光吸収を行わない高抵抗層7が形成さ
れている。尚、前記p形GaAs酸化防止層6はその層
厚が活性層で発生する誘導放出光の波長に対応して、例
えば約10〜100Åと非常に薄く設定されるため、量
子効果が生じて光吸収を行わない。
A portion of the first p-type Al 0.4 Ga 0.6 As cladding layer 5 has, for example, a width of 1500Å and a period of 3
A blind-shaped p-type GaAs antioxidant layer 6 having 770Å is formed, and a width 22 corresponding to the third-order diffraction grating is formed in the remaining portion.
70Å, Al such as Al 2 O 3 in the shape of a blind with a period of 3770Å
A high resistance layer 7 made of a system oxide that does not absorb light is formed. The p-type GaAs anti-oxidation layer 6 is set to have a very thin thickness, for example, about 10 to 100 Å, which corresponds to the wavelength of the stimulated emission light generated in the active layer. Does not absorb.

【0023】前記p形GaAs酸化防止層6と光吸収を
行わない高抵抗層7上には、リッジ部9を有する第2の
p形Al0.4Ga0.6Asクラッド層8が形成され、該リ
ッジ部9上面にはp形GaAsキャップ層10が形成さ
れている。
A second p-type Al 0.4 Ga 0.6 As cladding layer 8 having a ridge portion 9 is formed on the p-type GaAs anti-oxidation layer 6 and the high resistance layer 7 which does not absorb light, and the ridge portion 9 is formed. A p-type GaAs cap layer 10 is formed on the upper surface of the substrate 9.

【0024】前記第2のp形Al0.4Ga0.6Asクラッ
ド層8及びp形GaAsキャップ層10上には、p形G
aAsキャップ層10の上面を略除いて、SiO2、S
3 4等の絶縁層11が形成されている。
The second p-type Al0.4Ga0.6As Crush
The p-type G is formed on the p-type GaAs cap layer 10 and the p-type GaAs cap layer 10.
Except for the upper surface of the aAs cap layer 10, SiO 22, S
i3N FourAnd the like insulating layer 11 is formed.

【0025】前記絶縁層11が形成されていないp形G
aAsキャップ層10の上面には、Au−Cr等のp形
電極15が形成されており、前記n形GaAs基板1の
下面には、Au−Sn等のn形電極16が形成されてい
る。
A p-type G in which the insulating layer 11 is not formed
A p-type electrode 15 of Au—Cr or the like is formed on the upper surface of the aAs cap layer 10, and an n-type electrode 16 of Au—Sn or the like is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 1.

【0026】斯る半導体レーザ装置の製造方法について
説明する。
A method of manufacturing such a semiconductor laser device will be described.

【0027】最初に、n形GaAs基板1を準備し、そ
の(100)結晶方位面上に分子線エピタキシー(MB
E)法により、該基板温度650℃、成長速度1.2μ
m/hの条件で、n形キャリア濃度1×1018cm-3
層厚0.5μmのSiがドープされたn形GaAsバッ
ファ層2、n形キャリア濃度3×1017〜5×1017
-3,層厚1μmのSiがドープされたn形Al0.4
0.6Asクラッド層3、層厚0.05μmのドープし
ないアンドープ形GaAs活性層4、p形キャリア濃度
2×1017〜3×1017cm-3,層厚800ÅのBeが
ドープされた第1のp形Al0.4Ga0.6Asクラッド層
5、p形キャリア濃度5×1017〜7×1017cm-3
層厚50ÅのBeがドープされたp形GaAs酸化防止
層6をこの順序に形成する(第1工程)。
First, an n-type GaAs substrate 1 is prepared, and molecular beam epitaxy (MB) is formed on its (100) crystal orientation plane.
According to the method E), the substrate temperature is 650 ° C. and the growth rate is 1.2 μm.
Under the condition of m / h, the n-type carrier concentration is 1 × 10 18 cm −3 ,
Si-doped n-type GaAs buffer layer 2 having a layer thickness of 0.5 μm, n-type carrier concentration 3 × 10 17 to 5 × 10 17 c
m −3 , layer thickness 1 μm, Si-doped n-type Al 0.4 G
a 0.6 As clad layer 3, undoped undoped GaAs active layer 4 having a layer thickness of 0.05 μm, p-type carrier concentration of 2 × 10 17 to 3 × 10 17 cm −3 , first layer of Be doped with a layer thickness of 800 Å P-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 5, p-type carrier concentration 5 × 10 17 to 7 × 10 17 cm −3 ,
A Be-doped p-type GaAs antioxidant layer 6 having a layer thickness of 50 Å is formed in this order (first step).

【0028】次に、スピンコート法により、前記p形G
aAs酸化防止層6の上面全域に0.4μm厚のレジス
ト膜を形成する。その後、このレジスト膜を二光束干渉
露光法により露光、現像して、周期3770Åの簾状に
パターン化する(第2工程)。
Then, the p-type G is formed by spin coating.
A resist film having a thickness of 0.4 μm is formed on the entire upper surface of the aAs oxidation preventing layer 6. Then, this resist film is exposed and developed by a two-beam interference exposure method to form a blind pattern with a period of 3770Å (second step).

【0029】続いて、前記パターン化したレジスト膜を
マスクとして、p形GaAs酸化防止層6をリン酸系エ
ッチャント(例えば、モル比がH3PO4:H22:H2
O=4:6:20である溶液)で約2秒間エッチングし
て、該p形GaAs酸化防止層6を完全に除去し、更に
p形Al0.4Ga0.6Asクラッド層5を深さ100Å迄
除去する(第3工程)。
Then, using the patterned resist film as a mask, the p-type GaAs anti-oxidation layer 6 is treated with a phosphoric acid-based etchant (for example, a molar ratio of H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2).
O = 4: 6: 20) for about 2 seconds to completely remove the p-type GaAs antioxidant layer 6 and further remove the p-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 5 to a depth of 100 Å. (Third step).

【0030】次に、酸素プラズマにより、前記レジスト
膜を除去してp形GaAs酸化防止層6を露出すると共
に、前記第1のp形Al0.4Ga0.6Asクラッド層5の
表面を酸化してAl23等のAl系酸化物を形成して3
次の回折格子に対応する周期3770Åをもつ簾状の高
抵抗層7を作成する。尚、前記酸素プラズマにより、G
a、As系酸化物も生成されるが、これら酸化物は次の
結晶成長前に昇華することができるため、p形GaAs
酸化防止層6上の酸化層は実質的に問題にならない(第
4工程)。
Then, the resist film is removed by oxygen plasma to expose the p-type GaAs oxidation preventing layer 6, and the surface of the first p-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 5 is oxidized to form Al. forming an Al-based oxides such as 2 O 3 3
A blind-shaped high resistance layer 7 having a period of 3770Å corresponding to the next diffraction grating is formed. By the oxygen plasma, G
Although a and As-based oxides are also generated, these oxides can be sublimated before the next crystal growth, so that p-type GaAs is used.
The oxide layer on the antioxidant layer 6 does not substantially pose a problem (fourth step).

【0031】続いて、MBE法により、上記同様の条件
で、p形キャリア濃度8×1017〜1×1018cm-3
層厚1μmのBeがドープされた第2のp形Al0.4
0.6Asクラッド層8、p形キャリア濃度1×1019
cm-3,層厚0.5μmのBeがドープされたp形Ga
Asキャップ層10をこの順序に形成する(第5工
程)。
Subsequently, the p-type carrier concentration is 8 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 by the MBE method under the same conditions as above.
Second p-type Al 0.4 G doped with Be having a layer thickness of 1 μm
a 0.6 As clad layer 8, p-type carrier concentration 1 × 10 19
cm −3 , Be-doped p-type Ga having a layer thickness of 0.5 μm
The As cap layer 10 is formed in this order (fifth step).

【0032】続いて、前記p形GaAsキャップ層10
上にレジスト膜をスピンコート法により形成した後、該
レジスト膜を幅約4μmのストライプ状にパターン化す
る。前記パターン化したレジスト膜をマスクとして、リ
ン酸系エッチャント(例えば、モル比がH3PO4:H2
2:H2O=3:1:1の溶液)により、第2のp形A
0.4Ga0.6Asクラッド層8、p形GaAsキャップ
層10を幅約4μmのリッジ状に形成した後、前記レジ
スト膜を除去する。従って、第2のp形Al0. 4Ga0.6
Asクラッド層8にリッジ部9が形成されるのである
(第6工程)。
Subsequently, the p-type GaAs cap layer 10 is formed.
After forming a resist film thereon by spin coating, the resist film is patterned into stripes having a width of about 4 μm. Using the patterned resist film as a mask, a phosphoric acid-based etchant (for example, a molar ratio of H 3 PO 4 : H 2
O 2 : H 2 O = 3: 1: 1) to give the second p-type A
After forming the 0.4 Ga 0.6 As cladding layer 8 and the p-type GaAs cap layer 10 in a ridge shape with a width of about 4 μm, the resist film is removed. Accordingly, the second p-type Al 0. 4 Ga 0.6
The ridge portion 9 is formed on the As clad layer 8 (sixth step).

【0033】次に、第2のp形Al0.4Ga0.6Asクラ
ッド層8及びp形GaAsキャップ層10上に、層厚
0.2〜0.5μmのSiO2、Si34等の絶縁層1
1を熱CVD法、スパッタリング法等により形成する。
続いて、該p形GaAsキャップ層10の上面に形成さ
れた絶縁層11を除去した後、p形GaAsキャップ層
10上面にAu−Crからなるp形電極15を形成する
とともにn形GaAs層1下面にAu−Snからなるn
形電極16を形成して、素子形成ウエハーを作成する。
その後、前記素子形成ウエハーを分断して、図1及び図
2に示すような共振器長300μmからなる半導体レー
ザ素子を完成するのである(第7工程)。
Next, on the second p-type Al 0.4 Ga 0.6 As cladding layer 8 and the p-type GaAs cap layer 10, an insulating layer of SiO 2 , Si 3 N 4 or the like having a layer thickness of 0.2 to 0.5 μm is formed. 1
1 is formed by a thermal CVD method, a sputtering method, or the like.
Then, after removing the insulating layer 11 formed on the upper surface of the p-type GaAs cap layer 10, a p-type electrode 15 made of Au—Cr is formed on the upper surface of the p-type GaAs cap layer 10 and the n-type GaAs layer 1 is formed. N made of Au-Sn on the lower surface
The shaped electrode 16 is formed to form a device formation wafer.
After that, the element-formed wafer is divided to complete a semiconductor laser element having a cavity length of 300 μm as shown in FIGS. 1 and 2 (seventh step).

【0034】図3は斯る半導体レーザ素子の印加電流8
0mAを周波数500MHzで±10mA変調した際の
スペクトル特性である。この図から単一縦モードの発振
が良好に保持されていることが判る。
FIG. 3 shows an applied current 8 of such a semiconductor laser device.
It is a spectrum characteristic when 0 mA is ± 10 mA modulated at a frequency of 500 MHz. From this figure, it can be seen that single longitudinal mode oscillation is well maintained.

【0035】又、図4に斯る半導体レーザ素子の電流−
光出力特性を示す。但し、光放出する端面にはコーティ
ング膜等は施していない。
Further, the current of the semiconductor laser device shown in FIG.
The optical output characteristics are shown. However, no coating film or the like is applied to the end surface that emits light.

【0036】図4からレーザ発振をするために必要な閾
値電流は60mAと非常に小さく、従来の利得結合を利
用した分布帰還型半導体レーザ装置に比べて大幅に改善
されたことが判る。
It can be seen from FIG. 4 that the threshold current required for laser oscillation is as small as 60 mA, which is a significant improvement over the conventional distributed feedback semiconductor laser device utilizing gain coupling.

【0037】上述のような構成にすると、回折格子に対
応する周期をもつ簾状の高抵抗層により該回折格子の周
期に略一致した周期で活性層に電流が流れ、該活性層中
に周期性をもつ電流分布が生じるため、共振器の軸方向
に伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数が、前
記周期で変化することになり、利得結合による分布帰還
がなされるので、単一縦モードのみが発振し、又従来の
利得結合型の分布帰還型半導体レーザ装置のように光吸
収層を用いず、光吸収を行わない高抵抗層を使用するの
で、発振閾値が小さくできるのである。
With the above-mentioned structure, the current flows through the active layer at a period substantially corresponding to the period of the diffraction grating due to the high resistance layer in the shape of a blind, which has a period corresponding to the period of the diffraction grating. Since a current distribution having a characteristic is generated, the net gain coefficient for the electromagnetic field of the light wave propagating in the axial direction of the resonator changes in the above period, and distributed feedback by gain coupling is performed. Only the mode oscillates, and unlike the conventional gain-coupled distributed feedback semiconductor laser device, the light absorption layer is not used and a high resistance layer that does not absorb light is used. Therefore, the oscillation threshold can be reduced.

【0038】次に、図5に本発明に係る第2実施例の半
導体レーザ装置を示す。尚、第1実施例と同一部分には
同一符号を付してその説明は割愛する。
Next, FIG. 5 shows a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0039】図中、16はp形GaAs酸化防止層であ
り、周期3770Åをもつ簾状の光吸収を行わない高抵
抗層17が該p形GaAs酸化防止層16を貫入し、第
1のp形Al0.4Ga0.6Asクラッド層5も一部貫入し
た状態で形成されている。前記p形GaAs酸化防止層
16及び高抵抗層17上には、第2のp形Al0.4Ga
0.6Asクラッド層8が形成されている。
In the figure, 16 is a p-type GaAs antioxidant layer, and a high resistance layer 17 having a period of 3770Å that does not absorb light in the form of a blind penetrates the p-type GaAs antioxidant layer 16 to form a first p-type. The Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 5 is also formed so as to partially penetrate. A second p-type Al 0.4 Ga layer is formed on the p-type GaAs oxidation prevention layer 16 and the high resistance layer 17.
A 0.6 As clad layer 8 is formed.

【0040】次に、斯る半導体レーザ装置の製造方法に
ついて説明する。
Next, a method of manufacturing such a semiconductor laser device will be described.

【0041】まず、第1実施例の第2工程と同様に行っ
た後、前記パターン化したレジスト膜をマスクとして、
例えば加速電圧10KeVの条件でN2 +イオンをイオン
注入法により、p形キャリア濃度5×1017〜7×10
17cm-3,層厚50ÅのBeがドープされたp形GaA
s酸化防止層16に注入し、更に該p形GaAs酸化防
止層16下のp形キャリア濃度2×1017〜3×1017
cm-3,層厚800ÅのBeがドープされた第1のp形
Al0.4Ga0.6Asクラッド層5に深さ250Åまで注
入し、N2 +イオンを含有するp形GaAs酸化防止層1
6及びp形Al 0.4Ga0.6Asクラッド層5の部分の結
晶性を劣化させて高抵抗にすることにより光吸収を行わ
ない高抵抗層17を形成する。
First, the same process as the second step of the first embodiment is performed.
After that, using the patterned resist film as a mask,
For example, if the acceleration voltage is 10 KeV, N2 +Ion to ion
P-type carrier concentration 5 × 10 by injection method17~ 7 × 10
17cm-3, Be-doped p-type GaA with a layer thickness of 50Å
The p-type GaAs anti-oxidation layer is injected into the anti-oxidation layer 16.
The p-type carrier concentration under the stop layer 16 is 2 × 10.17~ 3 x 1017
cm-3, Be-doped first p-type with a layer thickness of 800Å
Al0.4Ga0.6Fill the As clad layer 5 to a depth of 250Å
Enter, N2 +P-type GaAs antioxidation layer containing ions 1
6 and p-type Al 0.4Ga0.6Connection of As clad layer 5
Absorbs light by deteriorating crystallinity and increasing resistance
The high resistance layer 17 is formed.

【0042】その後、第1実施例の第3工程〜第7工程
と同様の工程を行い、図5に示す半導体レーザ装置を完
成するのである。
After that, the same steps as the third to seventh steps of the first embodiment are performed to complete the semiconductor laser device shown in FIG.

【0043】斯る半導体レーザ装置は、単一縦モードの
みが発振し、電流−光出力特性の測定結果は、閾値電流
が55mAと小さく、第1実施例と略同等である。
In such a semiconductor laser device, only a single longitudinal mode oscillates, and the measurement result of the current-optical output characteristics shows that the threshold current is as small as 55 mA, which is substantially the same as that of the first embodiment.

【0044】又、図6は光放出側両端面にそれぞれSi
2等からなる反射率10%のコート層と、反射率70
%のコート層を形成した本実施例の半導体レーザ装置の
電流−光出力特性の測定結果を示す図である。
Further, FIG. 6 shows that Si is formed on both end faces of the light emitting side.
A coating layer having a reflectance of 10%, such as O 2, and a reflectance of 70
FIG. 5 is a diagram showing measurement results of current-light output characteristics of the semiconductor laser device of the present example in which a coating layer of 10% was formed.

【0045】図6から、光放出する端面を非対称コート
した本実施例の半導体レーザ装置においても、従来のG
aAs系分布帰還型レーザ素子の光出力10mW程度に
比べて、2倍近い光出力20mWが得られることが判
る。
From FIG. 6, even in the semiconductor laser device of this embodiment in which the light emitting end face is asymmetrically coated, the conventional G
It can be seen that a light output of 20 mW, which is almost double that of the aAs system distributed feedback laser device, is obtained.

【0046】上記本実施例の半導体レーザ装置も第一実
施例と同様に回折格子に対応する周期をもつ簾状の光吸
収を行わない高抵抗層が形成されているので、単一縦モ
ードのみが低発振閾値で発振することができるのであ
る。
In the semiconductor laser device of the present embodiment as well, as in the first embodiment, a high resistance layer which does not absorb light in the form of a blind is formed with a period corresponding to that of the diffraction grating. Can oscillate with a low oscillation threshold.

【0047】尚、上記実施例では、高抵抗層7がp形A
0.4Ga0.6Asクラッド層5の一部まで貫入した構成
になっているが、該クラッド層5を貫通する構造として
もよいし、全く貫入しなくともよい。
In the above embodiment, the high resistance layer 7 is p-type A.
Although the structure is such that a part of the l 0.4 Ga 0.6 As clad layer 5 is penetrated, the structure may penetrate the clad layer 5 or the clad layer 5 may not be penetrated at all.

【0048】上記各実施例では、高抵抗層をp形Al
0.4Ga0.6Asクラッド層内に設けたが、アンドープ形
GaAs活性層の近傍に形成されていればよく、例えば
n形Al0.4Ga0.6Asクラッド層に設けてもよく、更
にはアンドープ形GaAs活性層に接するように形成し
てもよい。
In each of the above embodiments, the high resistance layer is made of p-type Al.
Although it is provided in the 0.4 Ga 0.6 As clad layer, it may be provided in the vicinity of the undoped GaAs active layer, for example, it may be provided in the n-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer, and further in the undoped GaAs active layer. You may form so that it may contact.

【0049】又、活性層に近接してイオン注入により高
抵抗層を設ける場合は、注入するイオンはN2 +イオン以
外のものでもよいが、質量の大きい方が内部まで注入さ
れにくいのでより望ましい。
When the high resistance layer is provided in the vicinity of the active layer by ion implantation, the ions to be implanted may be other than N 2 + ions, but it is more desirable that the mass is larger because it is hard to be implanted inside. ..

【0050】又、上記実施例では、MBE法を用いて結
晶成長を行っていたが、有機金属化学気相成長法(MO
CVD法)、液相エピタキシー法等の種々の方法で行っ
てもよい。
In the above embodiment, the crystal growth was carried out by using the MBE method. However, the metal organic chemical vapor deposition method (MO
CVD method), liquid phase epitaxy method or the like may be used.

【0051】又、上記実施例では、高抵抗層が3次回折
格子に対応する周期で形成されているが、他の次数の回
折格子に対応する周期で形成するようにしてもよい。但
し、活性層中において電流が共振器長さ方向に拡散する
恐れがあるため、高抵抗層は周期の広い例えば3次回折
格子に対応するように形成するほうが、活性層中の電流
分布が良好な周期性をもつので望ましい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the high resistance layer is formed in the cycle corresponding to the third-order diffraction grating, but it may be formed in the cycle corresponding to the diffraction gratings of other orders. However, since the current may diffuse in the cavity length direction in the active layer, it is better to form the high resistance layer so as to correspond to, for example, a third-order diffraction grating having a wide period so that the current distribution in the active layer is good. It has desirable periodicity and is desirable.

【0052】更に、本発明はAlGaAs半導体からな
る半導体レーザ素子に限定されることなく、他の半導体
レーザ素子においても活性層近傍に回折格子に対応する
周期をもつ高抵抗層を形成すると、該回折格子の周期に
略一致した周期で活性層に電流が流れるため、共振器の
軸方向に伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数
が、前記周期で変化することになり、利得結合による分
布帰還がなされるので、単一縦モードのみが発振し、且
つ発振閾値が小さくできるのである。
Furthermore, the present invention is not limited to a semiconductor laser device made of an AlGaAs semiconductor, and in other semiconductor laser devices, when a high resistance layer having a period corresponding to the diffraction grating is formed near the active layer, the Since the current flows in the active layer at a period that substantially matches the period of the lattice, the net gain coefficient for the electromagnetic field of the light wave propagating in the axial direction of the resonator will change at the period, and distributed feedback by gain coupling will occur. Therefore, only the single longitudinal mode oscillates and the oscillation threshold can be reduced.

【0053】尚、上記高抵抗層及び酸化防止層が光吸収
を行わないとは、少なくとも誘導放出光を吸収しないこ
とを示し、殆ど光吸収を行わない場合も含む。
The fact that the high resistance layer and the antioxidant layer do not absorb light means that they do not absorb at least stimulated emission light, and includes the case where they hardly absorb light.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明の分布帰還型半導体レーザ素子
は、光吸収を行わない簾状の高抵抗層が回折格子に対応
する周期をもつので、該回折格子の周期に一致して活性
層に電流が流れ、該活性層中に周期性をもつ電流分布が
生じるため、共振器の軸方向に伝搬する光波の電磁界に
対する正味の利得係数が、前記周期で変化することにな
り、利得結合による分布帰還がなされるので、単一縦モ
ードのみが発振し、且つ発振閾値が小さくできる。
In the distributed feedback semiconductor laser device of the present invention, since the blind high resistance layer which does not absorb light has a period corresponding to that of the diffraction grating, the active layer is formed in accordance with the period of the diffraction grating. Since a current flows and a current distribution having a periodicity is generated in the active layer, the net gain coefficient with respect to the electromagnetic field of the light wave propagating in the axial direction of the resonator is changed in the above period, which results from the gain coupling. Since distributed feedback is performed, only a single longitudinal mode oscillates and the oscillation threshold can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る第1実施例の半導体レーザ素子の
中央を分断した側方断面を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lateral cross section obtained by dividing a center of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記半導体レーザ素子の光放出側端面を示す正
面図である。
FIG. 2 is a front view showing a light emitting side end face of the semiconductor laser device.

【図3】上記半導体レーザ素子の発光スペクトルを示す
スペクトル図である。
FIG. 3 is a spectrum diagram showing an emission spectrum of the semiconductor laser device.

【図4】上記半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示
す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing current-light output characteristics of the semiconductor laser device.

【図5】本発明に係る第2実施例の半導体レーザ素子の
中央を分断した側方断面を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a lateral cross section obtained by cutting the center of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】上記半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示
す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing current-light output characteristics of the semiconductor laser device.

【図7】従来例の半導体レーザ素子を示す斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view showing a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 n形クラッド層 4 活性層 5 第1のp形クラッド層 8 第2のp形クラッド層 7 高抵抗層 17 高抵抗層 3 n-type clad layer 4 active layer 5 first p-type clad layer 8 second p-type clad layer 7 high resistance layer 17 high resistance layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘導放出光を発生させる活性層の近傍
に、回折格子に対応する周期をもつ簾状の光吸収を行わ
ない高抵抗層を設けることを特徴とする分布帰還型半導
体レーザ素子。
1. A distributed feedback semiconductor laser device, characterized in that a high resistance layer which does not absorb light in a blind shape having a period corresponding to a diffraction grating is provided in the vicinity of an active layer for generating stimulated emission light.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003069144A (en) * 2001-08-28 2003-03-07 Furukawa Electric Co Ltd:The Distributed feedback semiconductor laser element
KR100663589B1 (en) * 2004-11-24 2007-01-02 삼성전자주식회사 Method for manufacturing distributed feedback semiconductor laser

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