JPH06196798A - 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法

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JPH06196798A
JPH06196798A JP42A JP29285192A JPH06196798A JP H06196798 A JPH06196798 A JP H06196798A JP 42 A JP42 A JP 42A JP 29285192 A JP29285192 A JP 29285192A JP H06196798 A JPH06196798 A JP H06196798A
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博仁 山田
Tetsuro Okuda
哲朗 奥田
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2077Methods of obtaining the confinement using lateral bandgap control during growth, e.g. selective growth, mask induced

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 DFBレーザの共振器内の軸方向光強度分布
を均一にすることにより空間的ホールバーニングを低減
し、電流−光出力特例の直線性を改善し、優れた歪特性
のアナログ光通信用DFBレーザを実現する。 【構成】 表面に回折格子4を有するn−InP基板1
上に中央に開口部をもち共振器方向の中央部で幅が狭
く、端面部で幅の広いSiO2 マスクを形成し、MOV
PE選択成長により、n−InGaAsP光ガイド層2
を選択成長する。SiO2 パターン幅の広い部分はIn
GaAsPの組成は長波長に、パターン幅の狭い分は短
波長になるので、光ガイド層の屈折率は共振器の両端部
で大きく中央部分で小さくなる。従って回折格子の結合
係数κは共振器の両端で大きく、中央部分で小さくな
る。この後SiO2 マスクを除去し、活性層3を有する
DH構造を形成し、DFBレーザを製作する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光通信用のや光情報処理
用の半導体レーザに関し、特に低歪特性を持つ分布帰還
化半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】CATV等のサブキャリア多重光伝送な
どに用いられるアナログ光変調用光源には、低歪特性の
分布帰還型半導体レーザが要求される。分布帰還型半導
体レーザの相互変調歪はレーザの電流−光出力特性の線
形性に大きく関係している。従来用いられてきた分布帰
還型半導体レーザでは共振器方向の電界強度の不均一度
が大きいことにより電流−光出力特性の線形性が悪く、
このためにアナログ変調時に良好な歪特性が得られなか
った。
【0003】ここで従来の分布帰還型半導体レーザ(D
FBレーザ)について簡単に説明する。従来のDFBレ
ーザはディジタル変調を目的にしたものがほとんどであ
る。また単一軸モード発振させるために、端面にコーテ
ィングを施し、両端面の反射率を非対称にしたり、ある
いは回折格子の途中に位相シフト領域を設けた位相シフ
トDFBレーザが開発されている。
【0004】しかしこのようなDFBレーザにおいても
キャリア分布が不均一なため電流−光出力特性の線形性
は悪かった。例えば位相シフト型DFBレーザでは位相
シフト領域に電界が集中するため、そこでキャリア分布
のホールバーニングがおこり、電流に対してスーパーリ
ニアな光出力特性となる場合が多かった。
【0005】この対策として、回折格子の溝の深さや
形、あるいは幅等を共振器方向(光が伝播する方向)に
変化させたものが提案された。例えば、特開平2−90
688号公報、特開平2−172289号公報、特開平
3−110885号公報、特開平2−20087号公
報、特開平2−281681号公報等がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の非対称コーティ
ングのDFBレーザや位相シフトDFBレーザでは共振
器内の軸方向の電界分布が不均一であり、電流−光出力
の直線性が悪く、アナログを光通信用として用いること
はできなかった。
【0007】アナログ光通信用のDFBレーザには優れ
た低歪特性が求められている。特にCATV用DFBレ
ーザでは42チャンネルのサブキャリア多重伝送におい
てCSO≦−60dBc,CTB≦−65dBcという
厳しい低歪特性を満足しなければならない。
【0008】本発明の目的は安定した単一軸モード発振
と、電流−光出力特性の直線性の良い低歪特性とを兼ね
備えたアナログ通信用DFBレーザ及び歩留りに優れた
レーザの製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも光
ガイド層、活性層、グレーティングを有し、前記光ガイ
ド層のバンドギャップ波長が、共振器方向で中央部分か
ら共振器端面に近づくにつれて長波長となっていること
を特徴とする分布帰還型半導体レーザである。
【0010】本発明の製造方法は、グレーティングを有
する半導体表面上に、ストライプ状の開口部を有し、全
体の幅が共振器の両端部分で広く、中央部分で狭いパタ
ーンの絶縁膜を形成する工程と、気相成長法により前記
ストライプ状の開口部に光ガイド層を選択成長する工程
と、前記絶縁膜を除去し、活性層、クラッド層を含む半
導体層を成長する工程と、少なくとも1つのp型電極と
n型電極をそれぞれ形成する工程とを有することを特徴
とする。
【0011】
【作用】図1を用いて本発明の原理について説明する。
図1(a)は本発明の分布帰還型半導体レーザの共振器
方向に沿った断面模式図であり、回折格子4の上に光ガ
イド層2と活性層3が形成されている。図1(b)は本
発明の特徴である、光ガイド層2の共振器方向の組成分
布を示すものであり、組成をバンドギャップ波長λgで
示した図である。共振器の中央部分でバンドギャップ波
長が短波長、端面で長波長となるよう設計されている。
【0012】図2は本発明を説明する図で均一な回折格
子を有し、両端面の反射率を非対称とした構造の従来の
DFBレーザと比較した図である。図2(a)は光ガイ
ド層の組成の共振器方向の分布を示す図であり、従来は
均一分布であったが、本発明では中央部分でバンドギャ
ップ波長が短波長となるように設定している。この構造
では図2(b)に示すように本発明では、共振器中央部
分でグレーティングの結合係数κが小さく、共振器端面
で大となる。従来構造ではκは共振器内で一定であっ
た。
【0013】図2(c)は共振器内部の光強度(E)分
布を示す図であり、従来構造では非対称な端面反射率に
より、光強度分布は不均一でありそのため図2(d)に
示すように半導体レーザの電流−光出力特性の直線性が
悪かった。このためアナログ変調時の歪の原因となって
いる。
【0014】本発明では光強度分布は均一なので、図2
(d)のように電流−光出力の良好な直線性が得られ
る。
【0015】次に本発明の構造を作製するための方法に
ついて図3を用いて説明する。まずSiO2 をマスクと
して用いる選択成長についてInGaAsP系を例にし
て説明する。
【0016】図3(a)に示すようなパターンのSiO
2 マスク21を有するInP基板22上にInGaAs
Pを選択成長する場合、図3(b)に示すようにマスク
パターンの間のストライプ状の開口部分23に成長する
InGaAsPの組成はマスクパターン幅dにほぼ比例
してパターン幅の広くなるほど長波長になる。図4にそ
の一例として開口部1.5μmのときのマスク幅Wμm
と光ガイド層の組成との関係を示した。一方、InGa
AsPの屈折率は波長が長波長になる程大きくなるの
で、図3(c)に示すようにパターン幅の広い部分程I
nGaAsPの屈折率InGaAsPの屈折率は大きく
なる。
【0017】ところで本発明の分布帰還型レーザは、こ
のような選択成長により形成するInGaAsP光ガイ
ド層を有するため、マスクパターン幅の広い共振器端面
では光ガイド層の屈折率が大きく、パターン幅の狭い中
央部分では屈折率は小さくなる。従って、回折格子との
結合係数κは、共振器の中央部分では小さく端面付近で
大きくなる。
【0018】このようにκの分布を最適化することによ
り、光共振器内部の光強度分布が均一となり、空間的ホ
ールバーニングの影響を受けにくくなるので、電流−光
出力特性の直線性は良くなる。
【0019】更に、中央部分では光ガイド層の等価屈折
率は端面付近に比べ小さいので、光共振器内での光の波
長は、中央部分で長くなり、実質的に位相シフトを導入
したのもと等価な効果が得られる。位相シフト量をλ/
4とすることにより、安定な単一軸モード発振を得るこ
とができる。
【0020】
【実施例】本発明の分布帰還型レーザについて詳細に説
明する。
【0021】まず図6、図7を用いて製造方法を説明す
る。はじめにn−InP基板1上に光干渉露光法により
均一な回折格子4を形成する。
【0022】次に図6(a)に示すように、幅1.5μ
mのストライプ状の開口部6をもつSiO2 マスク5を
n−InP基板1上に形成する。マスク5の幅は中央部
で2μm、端面部で5μmとした。
【0023】次に図6(b)に示したように減圧MOV
PE法による選択成長によりInGaAsP光ガイド層
2を形成する。
【0024】次に図6(c)(d)に示すように、Si
2 マスク5を除去した後、更にn−InPスペーサ層
7(層厚0.04μm)、多重量子井戸(MQW)活性
層3(InGaAsPウェル(λg=1.40μm)、
62オングストローム、InGaAsPバリア(λg=
1.13μm)、100オングストローム、ウェル数
7)、p−InPクラッド層8(層厚0.7μm)を成
長する。
【0025】次に図7(a)に示すように、液相エピタ
キシャル成長(LPE)により、p−InP層9(層厚
0.3μm)、n−InP層10(層厚0.2μm)、
p−InP層11(層厚0.3μm)、p−InGaA
sP層12(層厚1.0μm)を成長し、DC−PBH
構造を形成する。メサ電極を作製するためのエッチング
用マスク13を形成する。
【0026】図7(b)に示すように、n−InP基板
1に達するまで、エッチングし、図7(c)のように、
エッチングマスク13を除去した後、絶縁マスク14を
形成し、メサ部に電極形成用の開口部あけ、メサ電極1
5を形成する。
【0027】InP基板を約150μm厚まで研磨し、
電極16を形成する。共振器長が約300μmとなるよ
うにへき開し、図5に全体の斜視図を示した本発明のレ
ーザが完成する。
【0028】製作された素子は電流−光出力特性におい
て良好な直線性が得られ、アナログ変調として最適であ
る。
【0029】本実施例において、光共振器の中央部分で
光ガイド層の波長が短波長となるように設定した。ここ
でいう中央部分とは、共振器の中央から、その前後の共
振器長の10%の長さの間にはいる部分をさす。この領
域に最短波長部分があり、端面に向かって長波長となっ
ていれば、本願発明の効果が得られる。
【0030】また本実施例ではレーザ端面にコーティン
グを行わなかったが、片面に1%、他方の面に75%の
反射率のコーティングを施すことにより、発光効率の向
上、または高光出力化することができる。この場合共振
器方向での電界分布は不均一になるが、光ガイド層の組
成の制御により、改善できる。従って、必要な発光効率
と直線性の特性に応じて、光ガイド層の組成と、端面コ
ーティングの反射率を比べれば、高出力特性と直線性の
ともに優れた半導体レーザが得られる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、安定な単一モード発振
と直線性の良い低歪特性の半導体レーザが得られる。ま
た本発明の製造方法では選択成長による光ガイド層の組
成の制御でκを設計できるので歩留り良く、再現性良く
製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための図。(a)は共振器方
向の断面図、(b)は光ガイド層の共振器方向のバンド
ギャップ波長分布を示す図。
【図2】本発明の原理を説明するための図。(a)は光
ガイド層のλgの共振器方向の分布を示す図。(b)は
回折格子のκの分布図。(c)は光強度分布図。(d)
は素子の電流−光出力特性を示す図。
【図3】本発明の原理を説明するための図。(a)は光
ガイド層の製作工程を上からみた図。(b)は共振器方
向の光ガイド層のλg分布を示す図。(c)は光ガイド
層の屈折率分布を示す図。
【図4】SiO2 マスク幅WとInGaAsP光ガイド
層のバンドギャップ波長の関係を示す図。
【図5】本発明の分布帰還型半導体レーザの斜視図。
【図6】本発明のレーザの製造工程を説明するための
図。
【図7】本発明のレーザの製造工程を説明するための
図。
【符号の説明】
1 n−InP基板 2 光ガイド層 3 活性層 4 回折格子 5 マスク 6 開口部 7 スペーサ層 8 クラッド層 9 p−InP層 10 n−InP層 11 p−InP層 12 p−InGaAsP層 13 マスク 14 絶縁マスク 15 電極 16 電極 21 マスク 22 基板 23 開口部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも光ガイド層と、活性層とグレ
    ーティングとを有し、前記光ガイド層のバンドギャップ
    波長が、共振器方向で中央部分から共振器端面に近づく
    につれて長波長となっていることを特徴とする分布帰還
    型半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 グレーティングを有する半導体表面上
    に、ストライプ状の開口部を有し、全体の幅が共振器の
    両端部分で広く、中央部分で狭いパターンの絶縁膜を形
    成する工程と、気相成長法により前記ストライプ状の開
    口部に光ガイド層を選択成長する工程と、前記絶縁膜を
    除去し、活性層、クラッド層を含む半導体を成長する工
    程と、少なくとも1つのp型電極とn型電極をそれぞれ
    形成する工程とを有することを特徴とする分布帰還型半
    導体レーザの製造方法。
JP4292851A 1992-10-30 1992-10-30 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 Expired - Fee Related JPH0770789B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0936496A (ja) * 1995-07-21 1997-02-07 Nec Corp 半導体光素子及びその製造方法
JP2008066620A (ja) * 2006-09-11 2008-03-21 Nec Electronics Corp 半導体レーザ及びその製造方法
JP2013239572A (ja) * 2012-05-15 2013-11-28 Miyachi Technos Corp レーザ加工装置及びレーザ出力校正方法
JP2018006440A (ja) * 2016-06-29 2018-01-11 日本電信電話株式会社 半導体レーザ

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