JPH0595165A - Dfb laser diode and its manufacture - Google Patents

Dfb laser diode and its manufacture

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JPH0595165A
JPH0595165A JP2025592A JP2025592A JPH0595165A JP H0595165 A JPH0595165 A JP H0595165A JP 2025592 A JP2025592 A JP 2025592A JP 2025592 A JP2025592 A JP 2025592A JP H0595165 A JPH0595165 A JP H0595165A
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JP
Japan
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layer
region
laser diode
quantum well
active layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2025592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Shoji
元 小路
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH0595165A publication Critical patent/JPH0595165A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a laser diode in which the frequency can vary covering a wide range by forming an active layer in the direction of a resonator in order from the first region to the third region, and making the second region have a line width enlargement factor smaller than those of the first and third regions. CONSTITUTION:In a lambda/4 shift type DFB laser diode, an active layer 13 is made in the direction of a resonator in order of the first region 13a, the second region 13B, and the third region 13C. And the second region 13B is made to correspond to a lambda/4 phase shift point, and the second region 13B has a line width enlargement factor alpha smaIler than those of the first and third regions 13A and 13C. For example, the regions 13A and 13C of the active layer 13 are made so that the lengths L1 and L3 may be 300mum respectively, and the length L2 of the region 13B is set to 600mum. And, while the regions 13A and 13C are made of bulk crystals of nondoped InGaAsP, the region 13B has multilayer quantum well structure.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体装置に関わ
り、特に広い範囲で周波数を変化させることのできるD
FBレーザダイオードに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a semiconductor device, and in particular, it is possible to change the frequency in a wide range.
FB laser diode.

【0002】高速大容量の光通信システムでは、レーザ
ダイオードはコヒーレント光を発生する必須の素子であ
る。特に、レーザダイオードは単一の周波数で発振し、
狭いスペクトルを有することが要求される。さらに、情
報を変調光ビームの形で伝送するために、レーザダイオ
ードは電気情報信号に応じて周波数を変化できることが
要求される。これにより、FSK変調が可能になる。ま
た、かかる波長可変レーザダイオードは周波数多重通信
システムを構築するのに有用である。
In a high-speed and large-capacity optical communication system, a laser diode is an essential element for generating coherent light. In particular, laser diodes oscillate at a single frequency,
It is required to have a narrow spectrum. Furthermore, in order to transmit information in the form of a modulated light beam, the laser diode is required to be able to change frequency in response to the electrical information signal. This enables FSK modulation. Further, such a wavelength tunable laser diode is useful for constructing a frequency multiplexing communication system.

【0003】[0003]

【従来の技術】かかる光通信システムに使われるレーザ
ダイオードとして、特願平1−184144号、1−2
35929号、1−235930号、1−235928
号、およびこれらに対応する米国特許出願S.N.55
2,116号及び欧州特許出願第90307626.3
号は、波長可変レーザダイオードを記載している。
2. Description of the Related Art As a laser diode used in such an optical communication system, Japanese Patent Application No. 1-184144 and 1-2
35929, 1-235930, 1-235928.
And corresponding US patent application S. N. 55
2,116 and European Patent Application No. 90307626.3.
The publication describes a tunable laser diode.

【0004】上記の提案になるDFBレーザダイオード
では、レーザ長手方向に非一様な光放射の強度分布が形
成され、レーザの長手軸ないし共振器方向略中央部にお
いて、光強度が最大になる。かかる光強度が最大の部分
では、強いキャリアの枯渇が生じており、このような部
分に変調電流を選択的に注入することにより広い範囲で
レーザの発振周波数を変化させることが可能になる。こ
の従来のDFBレーザダイオードでは、DFBレーザに
おいてブラッグ反射を形成するために使われる回折格子
の長手軸方向略中央部にλ/4位相シフト点が形成さ
れ、非一様な光強度分布をわざと作り出している。この
ような、レーザダイオードの長手軸方向中央部に生じる
キャリアの枯渇を「軸方向ホールバーニング」と称す
る。
In the DFB laser diode proposed above, a non-uniform intensity distribution of optical radiation is formed in the longitudinal direction of the laser, and the optical intensity is maximized at the longitudinal axis of the laser or substantially in the center of the cavity. In the portion where the light intensity is maximum, strong carrier depletion occurs, and by selectively injecting the modulation current into such a portion, it becomes possible to change the oscillation frequency of the laser in a wide range. In this conventional DFB laser diode, a λ / 4 phase shift point is formed in the approximate center of the diffraction grating used to form the Bragg reflection in the DFB laser in the longitudinal axis direction to intentionally create a non-uniform light intensity distribution. ing. Such depletion of carriers occurring at the central portion in the longitudinal axis direction of the laser diode is referred to as "axial hole burning".

【0005】図12は導波層上に形成された回折格子上
にλ/4位相シフト点を有するDFBレーザダイオード
の構造を示す概略図である。この従来のDFBレーザダ
イオードにおいて、本発明の発明者は注入電流の変化に
伴って生じる周波数変化が注入電流から期待されるほど
大きくないことを見出した。以下では、この問題を図1
2〜15を参照しながら詳細に吟味する。簡単のため、
説明は長手軸方向に単一の電極を有する素子について行
う。
FIG. 12 is a schematic view showing the structure of a DFB laser diode having a λ / 4 phase shift point on a diffraction grating formed on a waveguiding layer. In the conventional DFB laser diode, the inventor of the present invention has found that the frequency change caused by the change of the injection current is not so large as expected from the injection current. In the following, this problem is illustrated in FIG.
Examine in detail with reference to 2-15. For simplicity,
The description will be given for an element having a single electrode in the longitudinal direction.

【0006】図12を参照するに、従来のDFBレーザ
ダイオードはInP等の化合物半導体材料よりなるn型
基板1を有し、基板1上には別のn型化合物半導体材料
よりなる導波層2が形成される。基板1と導波層2との
境界にはブラッグ反射を生じる回折格子1A がレーザダ
イオードの長手方向に沿って形成されている。さらに、
回折格子1A の長手軸方向の略中央部には、レーザダイ
オード長手軸中央部に光放射を集中させるλ/4位相シ
フト点1B が形成されている。すなわち、この位相シフ
ト点1B において規則正しい回折格子の凹凸のくりかえ
しが中断され、点1B の右側では左側よりも回折格子の
位相がλ/4だけずれている。ただし、ラムダは回折格
子の凹凸の波長をあらわす。導波層2上には、非ドープ
活性層3が形成され、さらに活性層3上にはp型化合物
半導体材料よりなるクラッド層4が形成されている。ま
た、クラッド層4上には電極5が形成され、さらに基板
1の下面には別の電極6が形成されている。
Referring to FIG. 12, a conventional DFB laser diode has an n-type substrate 1 made of a compound semiconductor material such as InP, and a waveguide layer 2 made of another n-type compound semiconductor material on the substrate 1. Is formed. At the boundary between the substrate 1 and the waveguide layer 2, a diffraction grating 1A which causes Bragg reflection is formed along the longitudinal direction of the laser diode. further,
A .lamda. / 4 phase shift point 1B for concentrating the light radiation at the central portion of the laser diode longitudinal axis is formed substantially at the central portion in the longitudinal axis direction of the diffraction grating 1A. That is, the repeating of the irregularities of the regular diffraction grating is interrupted at the phase shift point 1B, and the phase of the diffraction grating on the right side of the point 1B is shifted by λ / 4 from the left side. However, lambda represents the wavelength of the unevenness of the diffraction grating. An undoped active layer 3 is formed on the waveguide layer 2, and a clad layer 4 made of a p-type compound semiconductor material is further formed on the active layer 3. An electrode 5 is formed on the cladding layer 4, and another electrode 6 is formed on the lower surface of the substrate 1.

【0007】動作時には、電極5,6を介して駆動電流
が注入され、活性層3中に誘導放出が生じる。その結果
形成された光ビームは回折格子により生じる屈折率の周
期的な変化を感じながら導波路中を導波される。その
際、光ビームはブラッグ反射により前後に回折される。
During operation, a drive current is injected through the electrodes 5 and 6 to cause stimulated emission in the active layer 3. The light beam formed as a result is guided in the waveguide while feeling the periodic change in the refractive index generated by the diffraction grating. At that time, the light beam is diffracted back and forth by Bragg reflection.

【0008】図13は図12の素子の活性層3中に形成
される光放射の長手軸方向への強度分布を示す。図中に
実線で示したように、光強度はλ/4位相シフト点に対
応して最大になる。
FIG. 13 shows the intensity distribution in the longitudinal axis direction of the light radiation formed in the active layer 3 of the device of FIG. As indicated by the solid line in the figure, the light intensity becomes maximum corresponding to the λ / 4 phase shift point.

【0009】図13の光強度分布に対応して、図14に
示すようにキャリア密度にも分布が生じ、この場合は光
強度最大の位置に対応してキャリア密度の落ち込みない
し谷が形成される。さらに、図14のキャリア密度分布
に対応して、図15に示すように屈折率の長手軸方向へ
の分布が生じる。
Corresponding to the light intensity distribution of FIG. 13, the carrier density also has a distribution as shown in FIG. 14. In this case, a drop or a valley of the carrier density is formed corresponding to the position of the maximum light intensity. .. Further, a distribution of the refractive index in the longitudinal axis direction is generated as shown in FIG. 15 corresponding to the carrier density distribution of FIG.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者
は、キャリア密度を変化させて屈折率変化を誘起し、こ
れにより周波数変調を行おうとする際に、この目的のた
め駆動電流を変化させても所望の屈折率分布の全体的な
変位はそれほど大きくなく、図14,15に示したよう
な分布プロファイルの変化が主に生じてしまうことを見
出した。
By the way, the present inventor changes the drive current for this purpose when frequency modulation is performed by changing the carrier density to induce the change in refractive index. However, it has been found that the desired displacement of the refractive index distribution is not so large as a whole, and the change of the distribution profile as shown in FIGS.

【0011】より具体的に説明すると、注入電流が増加
するとレーザダイオードの両長手方向端ではキャリア密
度は増加するものの、λ/4位相シフト点1Bが形成さ
れている長手軸方向上の中央部ではキャリアの枯渇がよ
り著しくなってしまう。これは、光強度が増加する結果
再結合が促進されてしまうためと考えられる。
More specifically, although the carrier density increases at both longitudinal ends of the laser diode when the injection current increases, at the central portion on the longitudinal axis where the λ / 4 phase shift point 1B is formed. Carrier depletion becomes more pronounced. It is considered that this is because the recombination is promoted as a result of the increase in the light intensity.

【0012】このように、レーザダイオードの長手方向
上略中央部においてキャリア密度が減少する結果、長手
軸方向に平均化した屈折率は注入電流から予期されるほ
どには変化しない。単に屈折率分布プロファイルが図1
5に示すように変化しただけでは、所望の大幅な発振周
波数の変化は得られない。
As described above, as a result of the decrease in carrier density in the substantially central portion in the longitudinal direction of the laser diode, the refractive index averaged in the longitudinal axis direction does not change as expected from the injection current. Only the refractive index profile is shown in Figure 1.
A desired large change in the oscillation frequency cannot be obtained only by the change shown in FIG.

【0013】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
ので、広い範囲にわたり周波数を変移させることのでき
る、新規で有用なDFBレーザダイオードおよびその製
造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and useful DFB laser diode capable of changing the frequency over a wide range and a method for manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を、
λ/4シフト型DFBレーザダイオードにおいて、活性
層を、第一の方向に沿って順に第一の領域(13A )、
第二の領域(13B )および第三の領域(13C )より
形成し、前記第二の領域をλ/4位相シフト点に対応し
て形成し、前記第二の領域は前記第一および第三の領域
よりも小さい線幅増大係数を有するように構成してなる
ことを特徴とするDFBレーザダイオードにより、ま
た、第一の方向に延在し、前記第一の方向に沿って順次
形成された第一の領域(13A )と、第二の領域(13
B )と、第三の領域(13C )とよりなる活性層(1
3’)を有し、前記第二の領域において線幅増大係数を
減少させたDFBレーザダイオードの製造方法におい
て、前記活性層が形成される半導体層(12)の主面上
にマスク層(12)を形成し、前記マスク層をパターニ
ングして、前記第一の方向に互いに略並行に延在する細
長い一対のマスク部分(32a,32b)よりなるマス
クパターン(32)を、各マスク部分が前記第二の領域
に対応して側方に張り出す側方突出部(32a1,32b
1)をそれぞれ有するように、また各マスク部分が前記
第一の方向に延在する仮想軸に対して対称的に配置さ
れ、その際前記側方突出部は互いに反対方向に延在する
ように形成し、前記マスクを使って、前記半導体層の主
面上に多層量子井戸構造を、第一のバンドギャップを有
する量子井戸層(13B1)と前記第一のバンドギャップ
よりも大きい第二のバンドギャップを有するバリア層
(13B2)とを交互に成長させることにより形成する工
程を特徴とする製造方法により達成する。
The present invention has the following objects.
In the λ / 4 shift type DFB laser diode, the active layer is formed in the first region (13A) in order along the first direction.
A second region (13B) and a third region (13C), the second region corresponding to the λ / 4 phase shift point, and the second region being the first and third regions. A DFB laser diode characterized by having a line width increase coefficient smaller than that of the region, and extending in the first direction and sequentially formed along the first direction. The first area (13A) and the second area (13A
B) and an active layer (1) consisting of a third region (13C)
3 ′) and having a reduced linewidth enhancement factor in the second region, a mask layer (12) is provided on the main surface of the semiconductor layer (12) on which the active layer is formed. ) Is formed and the mask layer is patterned to form a mask pattern (32) consisting of a pair of elongated mask portions (32a, 32b) extending substantially parallel to each other in the first direction, each mask portion having the mask pattern (32). Lateral protrusions (32a1, 32b) protruding laterally corresponding to the second region
1), and the mask portions are arranged symmetrically with respect to an imaginary axis extending in the first direction, the lateral protrusions extending in opposite directions. And forming a multilayer quantum well structure on the main surface of the semiconductor layer using the mask, a quantum well layer (13B1) having a first bandgap and a second band larger than the first bandgap. This is achieved by a manufacturing method characterized by a step of forming by alternately growing a barrier layer (13B2) having a gap.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、注入電流が増大した場合に前
記第二の領域において生じる第一および第三の領域とは
逆方向の屈折率変化を、線幅増大係数を第二の領域で減
少させることで抑制でき、これによりレーザダイオード
全体での屈折率変化を増大させることができ、その結果
レーザダイオードの発振周波数を広範囲にわたり変化さ
せることが可能になる。 また、活性層を多層量子井戸
構造で形成する場合に前記側方突出部(32a1,32b
1)をマスクに形成しておくことで、前記第二の領域に
おける量子井戸層の厚さを前記第一および第三の領域よ
りも厚く形成でき、これにより第二の領域で形成される
光ビームの波長を、回折格子がブラッグ反射を生じる光
波長に対してずらすことができ、これにともなって線幅
増大係数が減少する。
According to the present invention, when the injection current increases, the change in the refractive index in the direction opposite to the first and third regions, which occurs in the second region, and the line width increase coefficient in the second region, It can be suppressed by decreasing it, and thus the change in the refractive index of the entire laser diode can be increased, and as a result, the oscillation frequency of the laser diode can be changed over a wide range. Also, when the active layer is formed to have a multi-layer quantum well structure, the side protrusions (32a1, 32b) are formed.
By forming 1) as a mask, the thickness of the quantum well layer in the second region can be made thicker than that in the first and third regions, so that the light generated in the second region can be formed. The wavelength of the beam can be shifted with respect to the light wavelength at which the diffraction grating causes Bragg reflection, and the line width enhancement factor decreases accordingly.

【0016】以下、本発明の原理を図16、図17およ
び図1を参照しながら説明する。ここで図16はレーザ
ダイオードのスペクトルを示し、図17はレーザダイオ
ードの利得Gとキャリア密度Nの関係を示す。
The principle of the present invention will be described below with reference to FIGS. 16, 17 and 1. Here, FIG. 16 shows the spectrum of the laser diode, and FIG. 17 shows the relationship between the gain G and the carrier density N of the laser diode.

【0017】一般にDFBレーザダイオードにおいて
は、コヒーレント光が誘導放出の結果形成される。誘導
放出においては、周知のようにフォトンの放出はキャリ
アと量子化された電磁場の相互作用により生じ、その際
フォトンはすでにフォトンが存在しているモードに放出
される。換言すれば、活性層中を前後に伝播する光ビー
ムはフォトンの放出を光ビームの位相に同期した位相で
誘起し、これによりヒーレント光の増幅作用が得られ
る。
Generally, in a DFB laser diode, coherent light is formed as a result of stimulated emission. In stimulated emission, as is well known, the emission of photons is caused by the interaction of carriers with the quantized electromagnetic field, where the photons are emitted in the mode in which they are already present. In other words, the light beam propagating back and forth in the active layer induces the emission of photons in a phase that is synchronized with the phase of the light beam, whereby an amplification effect of the coherent light is obtained.

【0018】ところで、レーザダイオードにおいては、
自然放出と称する別の光放出機構が存在する。この機構
では、キャリアは真空場のゆらぎと相互作用をなし、フ
ォトンは他のフォトンが存在しないか少数しか存在しな
いモードにたいしてなされる。その結果、自然放出によ
り生じた光ビームは必然的に位相および波長がゆらぎ、
スペクトル幅が広くなってしまう。かかるDFBレーザ
ダイオードは、次式で定義される線幅増大係数を有す
る。 α∝(dn/dN)/(dG/dN) ここで、nは屈折率、Nはキャリア密度、Gは利得をあ
らわす。また、dG/dNはレーザダイオードの微分利
得をあらわす。この線幅増大係数αはレーザダイオード
の活性層中に生じる放射全体に対する自然放出の割合を
あらわしている。換言すれば、係数αはレーザダイオー
ドのスペクトルの広がりの程度をあらわす。
By the way, in the laser diode,
There is another light emission mechanism called spontaneous emission. In this mechanism, the carriers interact with the fluctuations of the vacuum field and the photons are directed to modes in which there are few or few other photons. As a result, the light beam generated by spontaneous emission inevitably fluctuates in phase and wavelength,
The spectrum width becomes wider. Such a DFB laser diode has a line width enhancement factor defined by the following equation. α∝ (dn / dN) / (dG / dN) Here, n represents the refractive index, N represents the carrier density, and G represents the gain. Further, dG / dN represents the differential gain of the laser diode. The line width enhancement factor α represents the ratio of spontaneous emission to the total radiation generated in the active layer of the laser diode. In other words, the coefficient α represents the degree of spread of the spectrum of the laser diode.

【0019】図16は典型的なDFBレーザダイオード
のスペクトルを二つの異なった線幅増大係数について示
す。この図より、線幅増大係数αが大きいと(α=α1
)スペクトルは広くなり、一方線幅増大係数αが小さ
いと(α=α2 )、スペクトルは狭くなるのがわかる。
従来のDFBレーザダイオードにおいては、軸方向略中
央部でわずかにかつ緩やかに減少する以外、線幅増大係
数αは軸方向に略一定であった。これは、項dn/dN
が活性層の組成と構造で決まり、また項dG/dNも余
り変化しないことによる。
FIG. 16 shows the spectrum of a typical DFB laser diode for two different linewidth enhancement factors. From this figure, if the line width increase coefficient α is large (α = α1
) It can be seen that the spectrum becomes wider, while when the line width enhancement coefficient α is small (α = α2), the spectrum becomes narrower.
In the conventional DFB laser diode, the line width increase coefficient α is substantially constant in the axial direction, except that the linear width increase coefficient α decreases slightly and gently at the central portion in the axial direction. This is the term dn / dN
Is determined by the composition and structure of the active layer, and the term dG / dN does not change much.

【0020】図17は利得Gをキャリア密度Nの関数と
して示す。この図に示すように、利得Gはキャリア密度
Nとともに単調に増加し、微分利得dG/dNはキャリ
ア密度Nの増加とともにゆるやかに減少する。キャリア
はDFBレーザダイオードの軸方向上中央部では著しく
枯渇しているため、傾斜dG/dNは僅かながら増大す
る。この結果、前記の係数αのわずかな減少が生じると
考えられる。しかし、この効果は、図17の傾斜がキャ
リア密度Nが変化してもたいして変化しないことからも
わかるように、大きくない。
FIG. 17 shows the gain G as a function of carrier density N. As shown in this figure, the gain G monotonically increases with the carrier density N, and the differential gain dG / dN gradually decreases as the carrier density N increases. Since the carriers are significantly depleted in the axial center of the DFB laser diode, the slope dG / dN slightly increases. As a result, it is considered that the above-mentioned coefficient α is slightly decreased. However, this effect is not large, as can be seen from the fact that the slope in FIG. 17 does not change much even if the carrier density N changes.

【0021】このような事情で、キャリア密度に対する
屈折率変化は近似的に dn∝α・dN とあらわされる。ただし、項dG/dNは一定と仮定し
ている。この関係式をみると、活性層中の屈折率変化を
パラメータαの値を減少させることで抑制できることが
わかる。
Under such circumstances, the change in the refractive index with respect to the carrier density is approximately expressed as dn∝αdN. However, the term dG / dN is assumed to be constant. It can be seen from this relational expression that the change in the refractive index in the active layer can be suppressed by decreasing the value of the parameter α.

【0022】本発明は、図15に示したような活性層中
央部における屈折率の望ましくない減少を、レーザダイ
オードの軸方向上中央部において線幅増大係数αの値を
変化させることで抑止する。
The present invention suppresses the undesired decrease in the refractive index in the central portion of the active layer as shown in FIG. 15 by changing the value of the line width increasing coefficient α in the axially central portion of the laser diode. ..

【0023】図1は本発明の原理を示す。図1は線幅増
大係数αの軸方向プロファイルを示し、この図より、係
数αは軸方向に沿った三つの部分、すなわちレーザダイ
オードの一端部に対応する部分I,他端に対応する部分
III、およびその中間の部分IIに対応して階段的に
変化していることがわかる。ここで、第一の部分Iと第
三の部分IIIにおいては係数αは同一であるのに対
し、第二の部分IIにおいては係数αは減少させられて
いる。αのプロファイルをこのように設定することによ
り、レーザダイオード全体としての屈折率変化を増大さ
せ、これにともなって周波数の変化を大きくすることが
可能になる。
FIG. 1 illustrates the principle of the present invention. FIG. 1 shows the axial profile of the line width increase coefficient α. From this figure, the coefficient α is three parts along the axial direction, that is, the part I corresponding to one end of the laser diode and the part III corresponding to the other end. , And the intermediate portion II, the stepwise change. Here, in the first part I and the third part III, the coefficient α is the same, whereas in the second part II, the coefficient α is reduced. By setting the profile of α in this way, it is possible to increase the change in the refractive index of the laser diode as a whole and to increase the change in the frequency accordingly.

【0024】[0024]

【実施例】図2は本発明第一実施例によるDFBレーザ
ダイオードの縦断面図を示す。
2 is a vertical sectional view of a DFB laser diode according to the first embodiment of the present invention.

【0025】図2を参照するに、レーザダイオードはn
型基板11上に形成される。DFBレーザダイオードで
周知のように、基板11の上面には回折格子11aが形
成され、レーザの長手軸方向にブラッグ反射を形成す
る。さらに、回折格子11aにはレーザダイオードの略
中央部に対応してλ/4位相シフト点11A が形成され
る。基板11は典型的には1×1018cm-3の不純物濃
度にドープされる。
Referring to FIG. 2, the laser diode is n
It is formed on the mold substrate 11. As is well known in the DFB laser diode, a diffraction grating 11a is formed on the upper surface of the substrate 11 to form Bragg reflection in the longitudinal axis direction of the laser. Further, a λ / 4 phase shift point 11A is formed on the diffraction grating 11a so as to correspond to a substantially central portion of the laser diode. The substrate 11 is typically doped to an impurity concentration of 1 × 10 18 cm -3 .

【0026】基板11上には5×1017cm-3の不純物
濃度を有する導波層12が形成される。導波層12は実
質的に平坦な上面を有し、厚さは回折格子11aの山谷
に応じて100nmから150nmの範囲で変化する。
さらに、導波層12上には活性層13が150nmの厚
さに形成され、誘導放出により光ビームを発生する。以
下に詳細に説明するように、活性層13はレーザダイオ
ードの長手軸方向にそれぞれ長さL1 ,L2 ,L3 を有
する三つの異なった領域13A ,13B ,13C より構
成され、このうち領域13B はλ/4位相シフト点11
A に対応して軸方向上中央部に形成されている。
A waveguide layer 12 having an impurity concentration of 5 × 10 17 cm -3 is formed on the substrate 11. The waveguiding layer 12 has a substantially flat upper surface, and its thickness varies in the range of 100 nm to 150 nm depending on the peaks and valleys of the diffraction grating 11a.
Further, an active layer 13 having a thickness of 150 nm is formed on the waveguide layer 12 to generate a light beam by stimulated emission. As will be described in detail below, the active layer 13 is composed of three different regions 13A, 13B, 13C having lengths L1, L2, L3 in the longitudinal direction of the laser diode, of which region 13B is λ. / 4 phase shift point 11
Corresponding to A, it is formed in the axial center part.

【0027】活性層13上には不純物濃度が5×1017
cm-3のp型InPよりなるクラッド層14が厚さ15
0nmに形成される。さらに、p型InGaAsPより
なるコンタクト層15がクラッド層14上に厚さ0.5
μmで形成される。コンタクト層15上にはTi/Pt
/Au構造を有するp側電極16が厚さ1μmで通常ど
おり形成される。さらに、基板11の下面には、AuG
e合金よりなるn側電極17が厚さ1μmで形成され
る。さらに、レーザダイオードの両端部にはSi3 N4
よりなる反射防止膜18が200nmの厚さで形成され
る。
An impurity concentration of 5 × 10 17 is formed on the active layer 13.
cm −3 clad layer 14 made of p-type InP has a thickness of 15
It is formed to 0 nm. Further, the contact layer 15 made of p-type InGaAsP has a thickness of 0.5 on the cladding layer 14.
It is formed in μm. Ti / Pt on the contact layer 15
The p-side electrode 16 having the / Au structure is formed with a thickness of 1 μm as usual. Further, on the lower surface of the substrate 11, AuG
An n-side electrode 17 made of an e-alloy is formed with a thickness of 1 μm. In addition, Si3 N4 is attached to both ends of the laser diode.
The antireflection film 18 is formed with a thickness of 200 nm.

【0028】次に、本発明の主要部をなす活性層13の
構成について詳細に説明する。
Next, the structure of the active layer 13, which is the main part of the present invention, will be described in detail.

【0029】図2を再び参照するに、層13の領域13
A と13C とは非ドープInGaAsPよりなり、長さ
L1 ,L3 がそれぞれ300μmになるように形成され
ている。これに対し、領域13B の長さL2 は600μ
mに設定される。全体としては、レーザダイオードは約
1200μmの長さを有する。さらに、活性層領域13
および13CはInGaAsPのバルク結晶より形成さ
れるのに対し、領域13B は多層量子井戸(MQW)構
造を有する。
Referring again to FIG. 2, region 13 of layer 13
A and 13C are made of undoped InGaAsP and are formed so that the lengths L1 and L3 are each 300 .mu.m. On the other hand, the length L2 of the region 13B is 600 μm.
set to m. Overall, the laser diode has a length of about 1200 μm. Furthermore, the active layer region 13
The regions 13B have a multi-layer quantum well (MQW) structure, while the layers 13C and 13C are made of a bulk crystal of InGaAsP.

【0030】図3は領域13B の、図2中に線9−9’
で示した断面に沿ったバンド構造図である。
FIG. 3 shows area 13B, line 9-9 'in FIG.
It is a band structure diagram along the cross section shown in.

【0031】図3を参照するに、領域13B は交互に繰
り返される層13B1,13B2の積層よりなり、このうち
層13B1は非ドープInGaAsよりなる量子井戸層で
90nmの厚さを有する。これに対し、層13B2は13
0nmの厚さを有する非ドープInGaAsPよりな
り、バリア層として作用する。図3中、伝導帯をEc
で、また価電子帯をEvであらわす。このバンド構造図
より、層13B1は層13B2よりも実質的に大きいバンド
ギャップを有し、キャリアを効率的に閉じ込める。量子
井戸を形成することがわかる。さらに、このような層1
3B1,13B2よりなる構造を有するMQWは上下方向
に、各々の厚さが265nmのInGaAsPよりなる
SCH(separate confinement
heterostructure)層13B3 により挟
まれる。典型的には、活性層13中において層13B1,
13B2よりなる繰り返し単位が5回繰り返される。
Referring to FIG. 3, the region 13B is formed by stacking alternating layers 13B1 and 13B2, of which the layer 13B1 is a quantum well layer made of undoped InGaAs and has a thickness of 90 nm. In contrast, layer 13B2 has 13
It consists of undoped InGaAsP with a thickness of 0 nm and acts as a barrier layer. In Fig. 3, the conduction band is Ec
, And the valence band is represented by Ev. From this band structure diagram, the layer 13B1 has a band gap substantially larger than that of the layer 13B2, and efficiently confine carriers. It can be seen that a quantum well is formed. Furthermore, such a layer 1
The MQW having a structure composed of 3B1 and 13B2 is composed of InGaAsP having a thickness of 265 nm in the vertical direction, and an SCH (separate configuration).
It is sandwiched between the heterostructure) layers 13B3. Typically, in active layer 13, layer 13B1,
The repeating unit consisting of 13B2 is repeated 5 times.

【0032】MQW構造をこのようにして形成すること
により、各量子井戸中にはキャリアの垂直方向への閉じ
込めに伴う離散的な量子準位QL ,QL’が形成され
る。その結果、キャリアの再結合は量子準位間で選択的
かつ集中的になされ、誘導放出の効率が大きく向上す
る。その結果、式(1)における微分利得dG/dNが
増大し、これは線幅増大係数αの減少をもたらす。
By forming the MQW structure in this manner, discrete quantum levels QL and QL 'are formed in each quantum well due to confinement of carriers in the vertical direction. As a result, carrier recombination is selectively and concentrated between the quantum levels, and the efficiency of stimulated emission is greatly improved. As a result, the differential gain dG / dN in equation (1) increases, which leads to a decrease in the linewidth increase coefficient α.

【0033】動作時には、注入電流が電極16,17に
供給され、キャリアが活性層13中に蓄積する。その結
果、注入電流が所定のしきい値を越えるとキャリアの再
結合が効率よく生じる。一般的にDFBレーザダイオー
ドには光ビームの強度が軸方向上中央付近で最大になる
傾向があるが、本実施例の素子でも図12の素子と同
様、この不均一な光強度分布がλ/4位相シフト点11
A を設けることにより一層強調される。このような光強
度分布に伴って、図14と同様な、素子の軸方向上中央
部付近に強いキャリアの枯渇が生じたキャリア密度分布
が生じる。
During operation, an injection current is supplied to the electrodes 16 and 17, and carriers are accumulated in the active layer 13. As a result, carrier recombination occurs efficiently when the injection current exceeds a predetermined threshold value. Generally, in the DFB laser diode, the intensity of the light beam tends to be maximized near the center in the axial direction. However, in the element of this example, this nonuniform light intensity distribution is λ / 4 phase shift points 11
It is further emphasized by providing A. Along with such a light intensity distribution, a carrier density distribution in which strong carrier depletion occurs near the central portion in the axial direction of the element similar to FIG. 14 occurs.

【0034】図4は本発明によって得られた屈折率の分
布プロファイルをあらわす。ここで、実線は初期状態を
あらわし、破線が注入電流を増加させた場合の状態をあ
らわす。比較のため、図12の従来の素子で得られる屈
折率プロファイルを一点鎖線で示す。本実施例の場合で
も、軸方向ホールバーニングの結果キャリア分布は図1
4に示したのと実質的に同一になる。本実施例の素子に
おいては、レーザダイオードの中央部付近での屈折率の
望ましくない増加が、図4に明確に示すように抑止され
る。これにより、屈折率は図4に示したように全体とし
て下方に変位し、発振波長もこれに応じて大きく変化す
る。
FIG. 4 shows the distribution profile of the refractive index obtained by the present invention. Here, the solid line shows the initial state, and the broken line shows the state when the injection current is increased. For comparison, the refractive index profile obtained by the conventional element of FIG. 12 is shown by a chain line. Even in the case of this embodiment, the carrier distribution as a result of the axial hole burning is shown in FIG.
It becomes substantially the same as that shown in FIG. In the device of this example, an undesired increase in the refractive index near the center of the laser diode is suppressed, as clearly shown in FIG. As a result, the refractive index is displaced downward as a whole as shown in FIG. 4, and the oscillation wavelength is greatly changed accordingly.

【0035】図5は注入電流の変化と発振波長の関係を
示す。図5中、縦軸は発振波長を、また横軸は初期状態
に対して規格化した注入電流をあらわす。
FIG. 5 shows the relationship between the change in injection current and the oscillation wavelength. In FIG. 5, the vertical axis represents the oscillation wavelength, and the horizontal axis represents the injection current standardized with respect to the initial state.

【0036】図5を参照するに、破線aは係数αを素子
全体にわたって3.5とした場合を示し、これに対し、
一点鎖線bは係数αを素子全体にわたって5.0とした
場合を示す。さらに実線cは領域13B において係数α
を3.5とした場合を示す。この場合、領域13A ,1
3C においては係数αは5.0に設定されている。
Referring to FIG. 5, the broken line a shows the case where the coefficient α is 3.5 over the entire element, while
The alternate long and short dash line b shows the case where the coefficient α is 5.0 over the entire element. Further, the solid line c indicates the coefficient α in the region 13B.
Is set to 3.5. In this case, the areas 13A, 1
The coefficient α is set to 5.0 at 3C.

【0037】この図より明らかなように、変調電流に対
する波長変化は本実施例の素子が最も大きい。また、本
発明の素子は領域13B において係数αが減少している
ため、最も鋭いスペクトルを与える。係数αを5.0に
した素子(曲線b)では波長変化の範囲は本実施例のも
のとほぼ同じくらいになるが、係数αが大きいため光ビ
ームのスペクトルは必然的に広がってしまう。
As is apparent from this figure, the wavelength change with respect to the modulation current is the largest in the device of this embodiment. Further, the element of the present invention gives the sharpest spectrum because the coefficient α is reduced in the region 13B. In the element (curve b) having the coefficient α of 5.0, the range of wavelength change is almost the same as that of this embodiment, but the spectrum of the light beam inevitably broadens because the coefficient α is large.

【0038】図2のレーザダイオードは種々の方法で製
造することができる。例えば、活性層13に対応してI
nGaAsPをMBE法により堆積し、領域13B に対
応する部分のみを例えばRIE法によ除去し、導波層1
2を露出させる。さらに、層13の領域13A ,13B
に対応する部分を酸化シリコンマスクで覆った後、SC
H層13B3を前記露出部分にMBE法により堆積する。
さらに、このように形成されたSCH層13B3上に、層
13B1,13B2をやはりMBE法により交互に所定繰り
返し数だけ堆積し、さらにその上に別のSCH層13B3
を形成する。このようにして活性層13が形成された
後、クラッド層14およびコンタクト層15を公知方法
で形成し、さらに電極16,17を形成する。さらに、
軸方向上両端部に反射防止膜18を形成してレーザダイ
オードが完成する。
The laser diode of FIG. 2 can be manufactured in various ways. For example, I corresponding to the active layer 13
nGaAsP is deposited by the MBE method, and only the portion corresponding to the region 13B is removed by, for example, the RIE method.
Expose 2 Further, the regions 13A and 13B of the layer 13
After covering the part corresponding to, with a silicon oxide mask, SC
The H layer 13B3 is deposited on the exposed portion by the MBE method.
Further, on the SCH layer 13B3 thus formed, layers 13B1 and 13B2 are alternately deposited by a predetermined number of repetitions by the MBE method, and another SCH layer 13B3 is further deposited thereon.
To form. After the active layer 13 is formed in this way, the cladding layer 14 and the contact layer 15 are formed by a known method, and the electrodes 16 and 17 are further formed. further,
The antireflection film 18 is formed on both ends in the axial direction to complete the laser diode.

【0039】導波層12および回折格子11aの形成は
例えば先に挙げた従来技術よりあきらかであり、その説
明を省略する。
The formation of the waveguide layer 12 and the diffraction grating 11a is clearer than, for example, the above-mentioned conventional technique, and the description thereof will be omitted.

【0040】つぎに、本発明の第二実施例をその製造方
法といっしょに説明する。まず本実施例の原理を図6
(A),(B)を参照しながら説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described together with its manufacturing method. First, the principle of this embodiment is shown in FIG.
A description will be given with reference to (A) and (B).

【0041】図6(A)は基板21の特定の部分に半導
体層を形成するのに使われるマスクパターン22を示
す。これに対し、図6(B)はマスクパターン12を使
って基板21上に形成される半導体層の厚さ分布を示
す。マスクパターン22は、互いに略並行に距離Wだけ
離れて延在する、細長い第一のマスク22aと第二のマ
スク22bとよりなる。より具体的には、マスク22a
とマスク22bとは間に幅がWの帯状領域を画成し、半
導体層の成長はこの帯状領域で生じる。また、各々のマ
スク22a,22bは互いに反対方向に延在する突出部
22a1,22b1を有する。
FIG. 6A shows a mask pattern 22 used to form a semiconductor layer on a specific portion of the substrate 21. On the other hand, FIG. 6B shows the thickness distribution of the semiconductor layer formed on the substrate 21 using the mask pattern 12. The mask pattern 22 is composed of an elongated first mask 22a and a second elongated mask 22b that extend substantially parallel to each other and are separated by a distance W. More specifically, the mask 22a
And a mask 22b define a band-shaped region having a width of W, and the semiconductor layer is grown in this band-shaped region. Further, each of the masks 22a and 22b has protrusions 22a1 and 22b1 extending in opposite directions.

【0042】マスク22a,22bは酸化シリコンによ
り形成される。酸化シリコンマスクを使うと、基板上で
マスク部分22a1と22b1との間に位置する部分に堆積
するエピタキシャル層の厚さはマスク22aとマスク2
2bの直線部分の間に位置する部分に成長するエピタキ
シャル層の厚さよりも厚くなることが知られている。例
えばJ.Finders et al.,J.Crys
tal Growth,107,pp.151−155
(1991)を参照。この現象の原因は現時点では完全
には解明されていないが、マスク22a,22b上に堆
積したIII族あるいはV族の原子がマスク表面を移動
して基板21の露出部分に到達したところで堆積する際
に、マスク部分22a1,22b1上により多くの原子が集
められ、従って図6(B)のマスク部分22a1,22b1
の間に位置する基板部分でエピタキシャル層の厚さが選
択的に大きくなることによるものと推測されている。
The masks 22a and 22b are made of silicon oxide. When a silicon oxide mask is used, the thickness of the epitaxial layer deposited on the substrate between the mask portions 22a1 and 22b1 is equal to that of the mask 22a and the mask 2
It is known that the thickness becomes larger than the thickness of the epitaxial layer grown in the portion located between the straight portions of 2b. For example, J. Finders et al. , J. Crys
tal Growth, 107, pp. 151-155
See (1991). The cause of this phenomenon has not been completely clarified at this time, but when the group III or group V atoms deposited on the masks 22a and 22b move on the mask surface and reach the exposed portion of the substrate 21, they are deposited. At this time, more atoms are collected on the mask portions 22a1 and 22b1, so that the mask portions 22a1 and 22b1 of FIG.
It is speculated that this is due to the fact that the thickness of the epitaxial layer is selectively increased in the substrate portion located between.

【0043】以下、本実施例によるDFBレーザダイオ
ード製造工程を図7(A),(B)、図8(A),
(B)、図9(A),(B)を参照しながら説明する。
本実施例では、すでに先の実施例で説明した部分に同一
の参照符号を付し、その説明を省略する。
Hereinafter, the manufacturing process of the DFB laser diode according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 7 (A), 7 (B), 8 (A),
This will be described with reference to (B), FIGS. 9 (A) and 9 (B).
In the present embodiment, the same reference numerals are given to the portions already described in the previous embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0044】図7(A)を参照するに、導波層12上に
酸化シリコン層31を約0.1nmの厚さで形成し、次
いでパターニングして図7(B)に示すようなマスクパ
ターン32を形成する。ここで、マスクパターン32は
一対の略並行に延在するマスク32aとマスク32bと
よりなり、これらは互いに対称的に配設される。マスク
32a,32bにはそれぞれ側方突出部32a1,32b1
が形成され、これらはたがいに反対向きに延在する。そ
の際、導波層12の上主面上にはマスク32aとマスク
32bとの間に位置する部分に対応して幅がWの帯状領
域が画成され、この部分で導波層12の上主面が露出さ
れる。この帯状領域は一対の直線状の側縁部で画成され
ている。図示の例では幅Wは2μmに設定される。さら
に、マスク32a,32bは、いずれも突出部32a1,
32b1が形成されていない部分で幅Aを有し、図示の実
施例ではAは約4μmに設定される。これに対し、各マ
スク32a, 32bは突出部32a1,32a2において幅
Bとして約10μmを有する。突出部32a1,32b1は
図2に定義した領域13B に対応し、これに対しマスク
32a,32bの残りの部分が領域13A ,13B に対
応する。図7(B)を参照。
Referring to FIG. 7A, a silicon oxide layer 31 having a thickness of about 0.1 nm is formed on the waveguiding layer 12, and then patterned to form a mask pattern as shown in FIG. 7B. 32 is formed. Here, the mask pattern 32 is composed of a pair of masks 32a and 32b extending substantially in parallel, and these are arranged symmetrically to each other. Side projections 32a1 and 32b1 are provided on the masks 32a and 32b, respectively.
Are formed, which extend in opposite directions to each other. At that time, a band-shaped region having a width W is defined on the upper main surface of the waveguide layer 12 corresponding to a portion located between the mask 32a and the mask 32b. The main surface is exposed. The strip region is defined by a pair of straight side edges. In the illustrated example, the width W is set to 2 μm. Further, the masks 32a and 32b are both provided with the protrusions 32a1 and 32a1.
The portion where 32b1 is not formed has a width A, and in the illustrated embodiment, A is set to about 4 μm. On the other hand, each of the masks 32a and 32b has a width B of about 10 μm in the protruding portions 32a1 and 32a2. The protrusions 32a1 and 32b1 correspond to the regions 13B defined in FIG. 2, while the remaining portions of the masks 32a and 32b correspond to the regions 13A and 13B. See FIG. 7 (B).

【0045】マスク32を使いながら、図2の活性層1
3に相当する活性層13’が、InGaAsPよりなる
量子井戸層13a’とInGaAsよりなるバリア層1
3b’をMOVPE法により交互に堆積することで形成
される。その際はバリア層13b’が先に導波層12上
に堆積され、ついで量子井戸層13a’が堆積される。
図8(A)を参照。この工程では、TMI,TMG,ア
ルシンおよびホスフィンが反応容器中に層13a’の原
料として導入され、また、層13b’の原料としてTM
I,TMGおよびアルシンが導入される。
While using the mask 32, the active layer 1 of FIG.
The active layer 13 'corresponding to 3 is a quantum well layer 13a' made of InGaAsP and a barrier layer 1 made of InGaAs.
It is formed by alternately depositing 3b 'by the MOVPE method. In that case, the barrier layer 13b 'is deposited on the waveguide layer 12 first, and then the quantum well layer 13a' is deposited.
See FIG. 8 (A). In this step, TMI, TMG, arsine and phosphine are introduced into the reaction vessel as a raw material for the layer 13a ′, and TM as a raw material for the layer 13b ′.
I, TMG and arsine are introduced.

【0046】層13a’を成長させる場合はTMI,T
MG,アルシンおよびホスフィンがそれぞれ0.5SC
CM,0.5SCCM,0.5SCCMおよび0.5S
CCMの流量で導入される。一方、層13b’はTM
I,TMGおよびアルシンをそれぞれ流量0.5SCC
M,0.5SCCMおよび0.5SCCMで導入するこ
とでなされる。かかる成長過程により、層13a’およ
び層13b’は、領域13Aおよび13Cにおいてそれ
ぞれ5nmおよび8nmの厚さに形成される。一方、領
域13Bにおいては、層13a’,13b’はそれぞれ
7nmおよび11nmの厚さに形成される。
When growing the layer 13a ', TMI, T
MG, arsine and phosphine 0.5SC each
CM, 0.5SCCM, 0.5SCCM and 0.5S
Introduced at CCM flow rate. On the other hand, the layer 13b 'is TM
Flow rate of 0.5 SCC for I, TMG and arsine
It is done by introducing with M, 0.5 SCCM and 0.5 SCCM. By this growth process, the layers 13a 'and 13b' are formed in the regions 13A and 13C to have a thickness of 5 nm and 8 nm, respectively. On the other hand, in the region 13B, the layers 13a 'and 13b' are formed to have a thickness of 7 nm and 11 nm, respectively.

【0047】層13a’および13b’を繰り返し交互
に堆積させることにより、図8(B)に示すような活性
層13’の厚さが領域13B において増加した構造が得
られる。例えば、層13a’および13b’は5周期繰
り返して堆積され、その場合は活性層の厚さは領域13
Aおよび13Cにおいて57nm、領域13Bにおいて
79nmとなる。
Repeated and alternating deposition of layers 13a 'and 13b' results in a structure in which the thickness of active layer 13 'is increased in region 13B as shown in FIG. 8B. For example, layers 13a 'and 13b' are deposited in repeated 5 cycles, in which case the active layer has a thickness of region 13
57 nm in A and 13C, and 79 nm in the region 13B.

【0048】図8(B)の構造が形成されたのち、酸化
シリコンマスク33a,33bはたとえばHFを使った
ウェットエッチング工程により除去され、こうして出来
た構造上にさらにクラッド層14がMOVPE法により
形成される。さらに、クラッド層14上にコンタクト層
15を形成し、電極16、17をコンタクト層15の上
面および基板11の下面にそれぞれ形成することでDF
Bレーザダイオードが完成する。図9(A)を参照。
After the structure of FIG. 8B is formed, the silicon oxide masks 33a and 33b are removed by a wet etching process using, for example, HF, and the cladding layer 14 is further formed on the structure thus formed by the MOVPE method. To be done. Further, the contact layer 15 is formed on the clad layer 14, and the electrodes 16 and 17 are formed on the upper surface of the contact layer 15 and the lower surface of the substrate 11, respectively.
The B laser diode is completed. See FIG. 9 (A).

【0049】電極16を形成する場合には、まずコンタ
クト層15の上面に酸化シリコン等の絶縁層を形成し、
これをパターニングしてレーザの長手軸方向に互いに略
並行に延在する第一の絶縁層部分16aおよび第二の絶
縁層部分16bを形成し、絶縁層部分16aと絶縁層部
分16bとの間に露出するコンタクト層15の上面を帯
状に露出させ、この露出部に電極16が接触するように
してもよい。図9(B)を参照。こうすることで、レー
ザダイオードに注入される電流をレーザの側方に対して
絞りこむことが可能になる。
When the electrode 16 is formed, first, an insulating layer such as silicon oxide is formed on the upper surface of the contact layer 15,
This is patterned to form a first insulating layer portion 16a and a second insulating layer portion 16b extending substantially parallel to each other in the longitudinal axis direction of the laser, and between the insulating layer portion 16a and the insulating layer portion 16b. The exposed upper surface of the contact layer 15 may be exposed in a strip shape, and the electrode 16 may be in contact with this exposed portion. See FIG. 9 (B). By doing so, the current injected into the laser diode can be narrowed down to the side of the laser.

【0050】本発明によるレーザダイオードにおいて
は、量子井戸層13a’の厚さが増加する結果、領域1
3B においてキャリアの再結合により形成される光放射
の波長が増加する。すなわち、レーザダイオードの領域
13B において形成される光放射の波長は領域13A ,
13C において形成される光放射の波長からずれてい
る。一方、回折格子11aは領域13A ,13C におい
て形成される光放射に対してブラッグ反射を生じるよう
にチューニングされている。かかる波長のずれがある
と、微分利得dG/dNが増加することが周知であり、
これにともなって線幅増大係数が減少する。例えはS.
Ogita et al.,Electronics
Letters,23,pp.393−394(198
7)を参照。従って、本実施例によるDFBレーザも図
1に示したのと同様な線幅増大係数の分布を有する。
In the laser diode according to the present invention, as a result of the increase in the thickness of the quantum well layer 13a ', the region 1
The wavelength of the optical radiation formed by the recombination of carriers at 3B increases. That is, the wavelength of the optical radiation formed in the region 13B of the laser diode is
It deviates from the wavelength of the optical radiation formed at 13C. On the other hand, the diffraction grating 11a is tuned so as to cause Bragg reflection with respect to the light radiation formed in the regions 13A and 13C. It is well known that such a wavelength shift increases the differential gain dG / dN,
Along with this, the line width increase factor decreases. For example, S.
Ogita et al. , Electronics
Letters, 23, pp. 393-394 (198
See 7). Therefore, the DFB laser according to the present embodiment also has the distribution of the line width increasing coefficient similar to that shown in FIG.

【0051】本実施例では、活性層13’を、マスク3
2の形成工程を除けば途中で中断することなく成長させ
られる点で有利である。すなわち、第一実施例における
ような、活性層13を領域13B に対応してエッチング
除去するような工程が省略できる。その結果、活性層1
3’は実質的な欠陥を生じることなく形成でき、レーザ
ダイオードの効率が向上する。
In the present embodiment, the active layer 13 'is formed on the mask 3
It is advantageous in that it can be grown without interruption in the middle except the step of forming 2. That is, the step of etching away the active layer 13 corresponding to the region 13B as in the first embodiment can be omitted. As a result, the active layer 1
3'can be formed without causing substantial defects, and the efficiency of the laser diode is improved.

【0052】図10は本発明の第三実施例を示す。本実
施例は、本発明を三電極構成のDFBレーザダイオー
ド、すなわち先の実施例における単一電極16のかわり
に分割電極15A ,15B ,15C を有するレーザダイ
オードについて適用した例である。他の部分は第二実施
例の素子と同様に構成されており、説明を省略する。本
実施例の場合も図1と同様な線幅増大係数の分布がえら
れる。
FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention. This embodiment is an example in which the present invention is applied to a DFB laser diode having a three-electrode structure, that is, a laser diode having split electrodes 15A, 15B and 15C instead of the single electrode 16 in the previous embodiment. The other parts have the same structure as the element of the second embodiment, and the description thereof will be omitted. Also in the case of this embodiment, the distribution of the line width increase coefficient similar to that in FIG. 1 can be obtained.

【0053】図11はレーザダイオードの長手軸方向へ
の屈折率分布を示す。この場合においても、領域13B
における逆方向への屈折率変化は抑止でき、レーザダイ
オードは注入電流の変調に応じて大きな発振周波数の変
化を示す。
FIG. 11 shows the refractive index distribution of the laser diode in the longitudinal axis direction. Also in this case, the area 13B
The change in the refractive index in the opposite direction can be suppressed, and the laser diode shows a large change in the oscillation frequency according to the modulation of the injection current.

【0054】以上の説明において、本発明のレーザダイ
オードの構造は、実施例に説明したものに限定されるも
のではない。たとえば、導波層12を活性層13,1
3’の上部形成し、回折格子11aを導波層12の上面
に形成してもよい。さらに、基板11中に一または複数
のバッファ層を形成して、基板11の結晶の質を向上さ
せてもよい。かかる変形は自明であり、説明を省略す
る。
In the above description, the structure of the laser diode of the present invention is not limited to that described in the embodiments. For example, the waveguiding layer 12 may be replaced by the active layers 13, 1
The diffraction grating 11a may be formed on the upper surface of the waveguide layer 12 by forming the upper portion of 3 '. Further, one or more buffer layers may be formed in the substrate 11 to improve the crystal quality of the substrate 11. Such a modification is self-evident and will not be described.

【0055】さらに、図1に示した線幅増大係数の分布
は活性層を単一のMQW構造により形成し、図8(B)
に示した構造と同様に中央部分13B において全体の厚
さを増大させることでも実現できる。この場合は領域1
3B においてMQW構造中に含まれる量子井戸層の数
が、領域13A あるいは13B におけるよりも多くな
る。この構造でも、微分利得dG/dNが領域13B に
おいて増大する。かかる変形例の構成は図8(B)より
明らかであり、これ以上の説明を省略する。また、活性
層を単一のMQWにより形成し、領域13A ,13B に
対応する部分でZn等の不純物をイオン注入して量子井
戸構造を消去するようにしてもよい。
Further, in the distribution of the line width increase coefficient shown in FIG. 1, the active layer is formed by a single MQW structure, and the distribution shown in FIG.
It can also be realized by increasing the total thickness in the central portion 13B as in the structure shown in FIG. Area 1 in this case
The number of quantum well layers included in the MQW structure in 3B is larger than that in the region 13A or 13B. Also in this structure, the differential gain dG / dN increases in the region 13B. The configuration of this modified example is apparent from FIG. 8B, and further description is omitted. Alternatively, the active layer may be formed of a single MQW and the quantum well structure may be erased by ion-implanting impurities such as Zn at the portions corresponding to the regions 13A and 13B.

【0056】さらに、本発明は以上に説明した実施例に
限定されるものではなく、本発明の範囲内において様々
な変形、変更が可能である。
Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明は、DFBレーザダイオードにお
いて長手軸方向への線幅増大係数の分布を、光強度が最
大になる部分で低下するように変化させることにより、
注入電流を変調した場合にかかる光強度が大きい領域に
おいて生じる逆方向への屈折率変化を抑制でき、これに
よりレーザダイオード全体として大きな屈折率変化およ
び大きな発振波長の変化を得ることができる。
According to the present invention, by changing the distribution of the line width increasing coefficient in the longitudinal axis direction in the DFB laser diode so as to decrease in the portion where the light intensity becomes maximum,
It is possible to suppress a change in the refractive index in the opposite direction that occurs in a region where the light intensity is large when the injection current is modulated, and thus a large change in the refractive index and a large change in the oscillation wavelength can be obtained for the laser diode as a whole.

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

【図1】本発明の原理を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the principle of the present invention.

【図2】本発明の第一実施例によるDFBレーザダイオ
ードの構造を示断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a DFB laser diode according to a first embodiment of the present invention.

【図3】図2のレーザダイオードの要部を示すバンド構
造図である。
FIG. 3 is a band structure diagram showing a main part of the laser diode of FIG.

【図4】図2のレーザダイオード中に生じる屈折率分布
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a refractive index distribution generated in the laser diode of FIG.

【図5】図2のレーザダイオードを含む種々のDFBレ
ーザダイオードにおける注入電流と発振波長変化の関係
を示す図である。
5 is a diagram showing a relationship between injection current and oscillation wavelength change in various DFB laser diodes including the laser diode of FIG.

【図6】(A),(B)は本発明の第二実施例によるD
FBレーザダイオードの製造工程の原理を示す図であ
る。
6 (A) and (B) are D according to the second embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the principle of the manufacturing process of a FB laser diode.

【図7】(A),(B)は本発明第二実施例によるDF
Bレーザダイオードの製造工程を示す図(その一)であ
る。
7A and 7B are DFs according to a second embodiment of the present invention.
It is a figure (1) which shows the manufacturing process of a B laser diode.

【図8】(A),(B)は本発明第二実施例によるDF
Bレーザダイオードの製造工程を示す図(その二)であ
る。
8A and 8B are DFs according to the second embodiment of the present invention.
It is a figure (2) which shows the manufacturing process of a B laser diode.

【図9】(A),(B)は本発明第二実施例によるDF
Bレーザダイオードの製造工程を示す図(その三)であ
る。
9A and 9B are DFs according to a second embodiment of the present invention.
It is a figure (3) showing a manufacturing process of a B laser diode.

【図10】本発明の第三実施例によるDFBレーザダイ
オードの構造を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a structure of a DFB laser diode according to a third embodiment of the present invention.

【図11】図10のレーザダイオードの活性層中に生じ
る屈折率分布を示す図である。
11 is a view showing a refractive index distribution generated in the active layer of the laser diode of FIG.

【図12】従来のDFBレーザダイオードを示す縦断面
図である。
FIG. 12 is a vertical cross-sectional view showing a conventional DFB laser diode.

【図13】図12のレーザダイオードの活性層中におけ
る光強度分布を示す図である。
13 is a diagram showing a light intensity distribution in an active layer of the laser diode of FIG.

【図14】図12のレーザダイオードの活性層中におけ
るキャリア密度分布を示す図である。
14 is a diagram showing a carrier density distribution in the active layer of the laser diode of FIG.

【図15】図12のレーザダイオードの活性層中におけ
る屈折率分布を示す図である。
15 is a diagram showing a refractive index distribution in the active layer of the laser diode of FIG.

【図16】レーザダイオードのスペクトルと線幅増大係
数との関係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a spectrum of a laser diode and a line width increase coefficient.

【図17】レーザダイオードの利得とキャリア密度の関
係を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a gain of a laser diode and a carrier density.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 基板 1A,11a 回折格子 1B,11A λ/4位相シフト 2,12 導波層 3,13,13’ 活性層 4、14 クラッド層 15 コンタクト層 5,6,16,17 電極 18 反射防止膜 1,11 Substrate 1A, 11a Diffraction grating 1B, 11A λ / 4 phase shift 2,12 Waveguide layer 3,13,13 'Active layer 4,14 Clad layer 15 Contact layer 5,6,16,17 Electrode 18 Antireflection film

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 λ/4シフト型DFBレーザダイオード
において、 活性層を、共振器方向に沿って順に第一の領域(13A
)、第二の領域(13B )および第三の領域(13C
)より形成し、前記第二の領域をλ/4位相シフト点
に対応して形成し、前記第二の領域は前記第一および第
三の領域よりも小さい線幅増大係数を有するように構成
してなることを特徴とするDFBレーザダイオード。
1. In a λ / 4 shift type DFB laser diode, an active layer is formed in a first region (13A) in order along a cavity direction.
), The second area (13B) and the third area (13C)
), The second region is formed corresponding to a λ / 4 phase shift point, and the second region has a line width increase coefficient smaller than that of the first and third regions. A DFB laser diode characterized by the following.
【請求項2】 前記活性層の第一および第三の領域(1
3A ,13C )は半導体材料のバルク結晶よりなり、こ
れに対して前記活性層の第二の領域(13C)は第一の
バンドギャップを有する第一の半導体材料よりなる量子
井戸層(13B1)と、前記第一のバンドギャップよりも
実質的に大きい第二のバンドギャップを有する第二の半
導体材料よりなるバリア層(13B2)とを交互に積層し
てなり、各々の量子井戸層は離散的な量子準位(QL,
QL ’)が形成されるような厚さを有することを特徴と
する請求項1記載のDFBレーザダイオード。
2. The first and third regions (1) of the active layer
3A, 13C) is made of a bulk crystal of a semiconductor material, while the second region (13C) of the active layer is a quantum well layer (13B1) made of a first semiconductor material having a first band gap. , A barrier layer (13B2) made of a second semiconductor material having a second bandgap substantially larger than the first bandgap, and the quantum well layers are discrete. Quantum level (QL,
DFB laser diode according to claim 1, characterized in that it has a thickness such that QL ') is formed.
【請求項3】 前記第一の半導体材料はInGaAsP
よりなり、前記第一の半導体材料はInGaAsよりな
ることを特徴をする請求項2記載のDFBレーザダイオ
ード。
3. The first semiconductor material is InGaAsP
3. The DFB laser diode according to claim 2, wherein the first semiconductor material is InGaAs.
【請求項4】 前記活性層(13’)は第一のバンドギ
ャップを有する第一の半導体材料よりなる量子井戸層
(13B1)と前記第一のバンドギャップよりも実質的に
大きい第二のバンドギャップを有する第二の半導体材料
よりなるバリア層(13B2)とよりなり、前記量子井戸
層は離散的量子準位を形成するような厚さを有し、前記
量子井戸層とバリア層とは交互に積層されて前記活性層
を形成し、しかも前記量子井戸層は前記第二の領域(1
3B )において前記第一および第三の領域(13A ,1
3C )におけるよりも大きな厚さを有することを特徴と
する請求項1記載のDFBレーザダイオード。
4. The active layer (13 ′) comprises a quantum well layer (13B1) made of a first semiconductor material having a first bandgap and a second band substantially larger than the first bandgap. A barrier layer (13B2) made of a second semiconductor material having a gap, the quantum well layer has a thickness that forms a discrete quantum level, and the quantum well layer and the barrier layer alternate. To form the active layer, and the quantum well layer is formed on the second region (1
3B), the first and third regions (13A, 1)
DFB laser diode according to claim 1, characterized in that it has a greater thickness than in (3C).
【請求項5】 前記活性層(13’)は第一のバンドギ
ャップを有する第一の半導体材料よりなる量子井戸層
(13B1)と前記第一のバンドギャップよりも実質的に
大きい第二のバンドギャップを有する第二の半導体材料
よりなるバリア層(13B2)とよりなり、前記量子井戸
層は離散的量子準位を形成するような厚さを有し、前記
量子井戸層とバリア層とは交互に積層されて前記活性層
を形成し、前記活性層(13’)は前記第二の領域(1
3B )において前記第一および第三の領域(13A ,1
3C )よりも大きい厚さを有することを特徴とする請求
項1記載のDFBレーザダイオード。
5. The quantum well layer (13B1) made of a first semiconductor material having a first bandgap and the second band substantially larger than the first bandgap. A barrier layer (13B2) made of a second semiconductor material having a gap, the quantum well layer has a thickness that forms a discrete quantum level, and the quantum well layer and the barrier layer alternate. To form the active layer, and the active layer (13 ') is formed on the second region (1
3B), the first and third regions (13A, 1)
DFB laser diode according to claim 1, characterized in that it has a thickness greater than 3C).
【請求項6】 前記活性層(13’)の第二の領域(1
3B )は第一および第三の領域(13A ,13C )より
も多数の量子井戸層を含むことを特徴とする請求項5記
載のDFBレーザダイオード。
6. A second region (1) of the active layer (13 ′).
DFB laser diode according to claim 5, characterized in that 3B) comprises more quantum well layers than the first and third regions (13A, 13C).
【請求項7】 第一の方向に延在し、前記第一の方向に
沿って順次形成された第一の領域(13A )と、第二の
領域(13B )と、第三の領域(13C )とよりなる活
性層(13’)を有し、前記第二の領域において線幅増
大係数を減少させたDFBレーザダイオードの製造方法
において、 前記活性層が形成される半導体層(12)の主面上にマ
スク層(12)を形成し、 前記マスク層をパターニングして、前記第一の方向に互
いに略並行に延在する細長い一対のマスク部分(32
a,32b)よりなるマスクパターン(32)を、各マ
スク部分が前記第二の領域に対応して側方に張り出す側
方突出部(32a1,32b1)をそれぞれ有するように、
また各マスク部分が前記第一の方向に延在する仮想軸に
対して対称的に配置され、その際前記側方突出部は互い
に反対方向に延在するように形成し、 前記マスクを使って、前記半導体層の主面上に多層量子
井戸構造を、第一のバンドギャップを有する量子井戸層
(13B1)と前記第一のバンドギャップよりも大きい第
二のバンドギャップを有するバリア層(13B2)とを交
互に成長させることにより形成する工程を特徴とする製
造方法
7. A first region (13A) extending in a first direction and sequentially formed along the first direction, a second region (13B) and a third region (13C). In the method for manufacturing a DFB laser diode having an active layer (13 ′) made of a) and a reduced line width enhancement factor in the second region, the main part of the semiconductor layer (12) on which the active layer is formed is formed. Forming a mask layer (12) on the surface, patterning the mask layer, and a pair of elongated mask portions (32) extending substantially parallel to each other in the first direction.
a, 32b), so that each mask portion has lateral protrusions (32a1, 32b1) that project laterally corresponding to the second region,
Further, each mask portion is arranged symmetrically with respect to an imaginary axis extending in the first direction, in which case the side protrusions are formed so as to extend in mutually opposite directions. A multi-layer quantum well structure on the main surface of the semiconductor layer, a quantum well layer (13B1) having a first bandgap and a barrier layer (13B2) having a second bandgap larger than the first bandgap. Manufacturing method characterized by forming by alternately growing and
【請求項8】 前記量子井戸層(13B1)とバリア層
(13B2)を交互に堆積させる工程は、有機物原料を使
ってなされることを特徴とする請求項7記載の方法。
8. The method according to claim 7, wherein the step of alternately depositing the quantum well layer (13B1) and the barrier layer (13B2) is performed by using an organic material.
【請求項9】 前記量子井戸層(13B1)とバリア層
(13B2)を交互に堆積させる工程は、MOVPE法に
よりおこなわれることを特徴とする請求項8記載の方
法。
9. The method according to claim 8, wherein the step of alternately depositing the quantum well layers (13B1) and the barrier layers (13B2) is performed by a MOVPE method.
【請求項10】 前記マスク層を堆積する工程はマスク
層として酸化シリコン層を堆積する工程よりなることを
特徴とする請求項7記載の方法。
10. The method of claim 7, wherein depositing the mask layer comprises depositing a silicon oxide layer as a mask layer.
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