JPH06310806A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH06310806A JPH06310806A JP9346093A JP9346093A JPH06310806A JP H06310806 A JPH06310806 A JP H06310806A JP 9346093 A JP9346093 A JP 9346093A JP 9346093 A JP9346093 A JP 9346093A JP H06310806 A JPH06310806 A JP H06310806A
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Abstract
りよく得る。 【構成】 本発明の半導体レーザは共振器方向の一部に
のみ回折格子を形成した半導体レーザにおいて、回折格
子1を形成する領域が前面側(光出射面側)にかたよ
り、かつ回折格子領域が端面から離れていることを特徴
とする。このようにすれば、キャリアおよび電界強度分
布の不均一が改善され、電流−光出力特性の線形性が向
上しアナログ変調歪が低減されるとともに、両端面の回
折格子の位相のランダム性の影響がなくなるため素子特
性のばらつきが低減され歩留りが改善される。したがっ
て、低歪アナログ変調用の半導体レーザを歩留り良く得
ることができる。
Description
に相互変調歪特性に優れる半導体レーザに関する。
られるアナログ変調光源には、高効率で相互変調歪の小
さい単一軸モード半導体レーザが要求されている。例え
ば移動通信システム用では3次相互変調歪(3rd i
ntermodulationdistortion;
IMD3 )が十分に小さい素子が要求されている。
は単一モード性が良好であり、アナログ変調用光源に用
いられつつあるが、通常のDFBレーザでは共振器方向
のキャリアおよび電界強度分布不均一のために電流−光
出力(I−L)特性の線形性が不十分で相互変調歪特性
も優れたものではなかった。
報では共振器方向の前面側の一部に回折格子を形成した
分布帰還形半導体レーザが提案されている。これは、前
面に低反射膜、後面に高反射膜を施し、前面から共振器
内部に向かって回折格子を形成した構造である。
の発明の半導体レーザの構造を示す。従来の半導体レー
ザは低反射率の端面120側から共振器の内部に向かっ
て部分的に回折格子122を形成した構造である。この
構造では低反射率の端面120における回折格子の位相
により素子特性のばらつきが生じ、歩留りがよくなかっ
た。
アナログ変調を目的としたものではなく、相互変調歪特
性については何ら保障されていなかった。
変調歪特性におよび歪特性を考慮した歩留りを改善し、
低歪アナログ変調用半導体レーザを高歩留りで得ること
にある。
共振器方向において一部にのみ回折格子が形成された半
導体レーザにおいて、回折格子を形成する領域が一方の
端面側にかたより、かつ回折格子形成領域が端面から離
れていることを特徴とする。
のみ回折格子が形成された半導体レーザにおいて、端面
から回折格子形成領域の端までの距離が短い方の側、あ
るいは端面に接した側の回折格子の結合係数が他方の側
の回折格子の結合係数よりも大きいことを特徴とする。
にのみ回折格子が形成された半導体レーザにおいて、回
折格子を形成する領域内の少なくとも一ヵ所に位相シフ
トを有することを特徴とする。
おいて、分布反射器が形成されていない方の端面に高反
射率のコーティングが施されたことを特徴とする。
製造方法は、半導体基板上にホトレジストを均一に塗布
する工程と、二光束干渉法により、ホトレジスト上に回
折格子パターンを露光する工程と、回折格子を形成しな
い領域にのみ選択的に光を照射して露光する工程と、前
記レジストパターンをマスクとして半導体基板をエッチ
ングし回折格子を形成する工程と、前記回折格子を埋め
込み、さらにその上に活性層、クラッド層を成長する工
程とを備えることを特徴とする。
i3 N4 膜を形成する工程と、回折格子を形成しない領
域の前記SiO2 あるいはSi3 N4 膜を残して除去す
る工程と、その上にホトレジストを塗布する工程と、前
記ホトレジストを二光束干渉法により露光し、レジスト
パターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマ
スクとして半導体基板をエッチングし回折格子を形成す
る工程と、前記SiO2 あるいはSi3 N4 膜を除去す
る工程と、前記回折格子を埋め込み、さらにその上に活
性層,クラッド層を成長する工程とを備えることを特徴
とする。
ーザの一構造を示す。この半導体レーザによれば劈開位
置に回折格子が存在しないので従来の図18に示した半
導体レーザと比べ素子特性のばらつきが低減され歩留り
が改善される。
ーザの一構造を示す。端面側の回折格子の結合係数を大
きくしたものの一例である。図3にこの発明の半導体レ
ーザの共振器方向の電界強度分布を従来の半導体レーザ
と合わせて示す。図3から端面側の回折格子の結合係数
を大きく、共振器内部で小さくすることにより電界強度
分布が均一化されていることがわかる。したがって本発
明の半導体レーザにより電流−光出力特性の線形性が改
善され相互変調歪が低減される。
ーザの一構造を示す。また、図5にこの発明の半導体レ
ーザの共振器方向の電界強度分布を従来の半導体レーザ
と比較して示す。図5から図4において回折格子7を形
成した領域に位相シフト部6を形成することにより、こ
の部分で電界強度のピークが現れ、この結果、共振器方
向の電界強度分布の均一性が改善されていることがわか
る。また通常のλ/4位相シフト型分布帰還型レーザと
同様に、副モードの発振が抑制されるため、発振縦モー
ドの安定性を向上させることが可能である。また、複数
の位相シフト部を形成することにより、電界強度の均一
性はさらに改善される。
ーザの一構造を示す。これは分布反射型半導体レーザの
回折格子の形成された分布反射器領域8の反対側の端面
10に高反射率膜13を施し回折格子側の端面9から光
出力をとりだすようにした構造である。図7にこの発明
の半導体レーザと従来の半導体レーザについてIMD3
<−80dBcを満足する素子の割合を歩留り(YIE
LD%)とし、結合係数をΚを変化させて計算した結果
を示す。このようにすれば回折格子の形成された領域で
電流注入に伴う電界強度分布パターンの変動が小さくな
り電流−光出力特性の線形性が改善される。また、図7
から本発明の半導体レーザにより歩留りが改善されてい
ることがわかる。また、歩留りの結合係数に対する依存
性が小さく、結合係数の厳密な制御が不必要となること
もわかる。
における実施例を図面を用いて説明する。 (実施例1)まず、第1の実施例について図8、図9、
図10を用いて説明する。
示す。図8(a)に示すようにn型InP基板上20に
ホトレジスト21を塗布し、二光束干渉露光法により周
期2025オングストロ−ム(以下Aとする)のレジス
トパターンを露光する。次いで図8(b)に示すように
回折格子を形成しない領域にのみ露光するようなマスク
パターンのマスク24を用いて密着露光し現像すること
により図8(c)に示すように部分的に回折格子が形成
されたパターンが形成される。このようにして形成され
たレジストパターンをマスクとしてエッチングすると、
図8(d)に示すように部分的に深さ400Aの回折格
子25を形成することができる。この場合、回折格子の
結合係数は40cm- 1 となる。
目標となるパターンも同時に形成している。
−InGaAsP光ガイド層26を1000A、多重量
子井戸(MQW)活性層27、p−InPクラッド層2
8を約0.5μmの膜厚でMOVPE法により形成す
る。
る。図9はMQWのバンド構造の一実施例を示したもの
である。これは、量子井戸層30が1.4μm波長組
成、厚さ62Aで障壁層31が1.13μm波長組成、
厚さ100Aにし、これを10周期繰り返し、両側に
1.13μm波長組成のSCH層32、33をp層側、
n層側にそれぞれ600A、300Aの厚さで設けた構
造である。
を塗布し、露光、エッチングによりメサストライプを形
成する。
ロック層、n−InP電流ブロック層、p−InPクラ
ッド層、波長1.4μm組成のp−InGaAsPキャ
ップ層を通常の埋め込み成長により形成する。次いで電
極を蒸着し、劈開によりバーに切り出す。劈開において
は回折格子パターン形成時に設けた目印を用い、回折格
子の端が前面から約20μmとなるように切り出した。
SiN膜により後面に75%の反射率の高反射率膜41
を施し、チップに切り出す。このようにして作成された
素子の断面図を図10に示す。
た素子をモジュール化し、2信号で3次相互変調歪を測
定した結果、平均ファイバー出力5mW、変調度20%
で−85dBcと非常に良好な歪特性を得ることができ
た。比較として従来の構造の半導体レーザを作製したと
ころ3次相互変調歪IMD3 は−78dBcであった。
また、IMD3 <−80dBcを満足する素子の割合
(歩留り)は、従来の半導体レーザで12%程度であっ
たのに対して、本発明の半導体レーザでは18%であっ
た。 (実施例2)次に図11〜図13を用いて第2の実施例
について説明する。
(a)に示すように、半導体基板50上の回折格子を形
成しない領域にSiO2 膜51を形成する。次いで、図
11(b)に示すようにホトレジスト52を前面に塗布
し二光束干渉露光法により回折格子パターンを露光す
る。この後現像し、図11(c)に示すようにレジスト
パターンを形成し、これをマスクとしてエッチングする
ことにより図11(b)に示すように回折格子53を形
成する。ここでは、回折格子の深さは結合係数が約30
cm- 1 になるように形成した。この後、ホトレジスト
およびSiO2 膜51を除去し、実施例1と同様に各層
を形成し、メサストライプ形成、埋め込み成長を経て作
製した。また、前面に1%、後面に90%の反射率の反
射膜の反射膜コーティング60、61を施した。このよ
うにして作製した素子の断面図を図12に示す。この場
合、歩留りは20%となった。
合係数70cm- 1 の回折格子72を60μmの長さで
形成し、前面に0.1%の低反射率70、後面に98%
の高反射率膜71のコーティングを施した共振器長20
μmの素子を同様に作製したところ、歩留りは約22%
であった。
用いたが、バルク活性層を用いた場合にでも同様の効果
が得られる。また1.5μm帯レーザの場合でも同様な
結果が得られる。 (実施例3)次いで第3の実施例について図14、図1
5を用いて説明する。
を示す。まず図14(a)に示すようにInP基板80
に電子ビーム露光用レジスト81を塗布する。ついで、
電子ビーム露光により図14(b)にしめすような回折
格子パターンを形成する。このパターンを拡大したもの
を図14(c)に示す。このパターンは周期が2048
Aで、1周期内における露光部と非露光部の比が1:1
から1:10まで除々に変化するパターンである。この
パターンを用いてエッチングにより図14(d)に示す
ようにInP基板上に回折格子82を形成する。また、
この工程で劈開位置の目印も同時に形成する。
層を成長後、メサエッチングし通常の埋め込み成長によ
り電流ブロック層、キャップ層を成長する。この後両面
に電極を蒸着し、劈開によりバーに切り出し前面、後面
にそれぞれコーティングを施し、チップに切り出した。
面図を示す。本実施例では前面に1%の反射率、後面に
75%のコーティングそれぞれ90、91を施し、前面
側から100μmの領域まで回折格子92が形成され、
結合係数は、前面側端面で70cm- 1 、共振期内部の
端で30cm- 1 になっている。
たところ−85dBcであった。これは、従来の半導体
レーザに対して7dBcの改善となっている。 (実施例4)次に第4の実施例について図16を用いて
説明する。図16は本発明の一実施例を示す図である。
本実施例では、前面1%、後面75%コーティングをそ
れぞれ施し、前面から100μmの領域までK=50c
m- 1 の回折格子102を形成した構造で、回折格子形
成領域内の前面から70μmの位置にλ/4位相シフト
部104を設けた構造である。
ろ、−82dBcであった。また、発振主モードと副モ
ードの強度比(副モード抑圧比)を測定したところ、従
来の半導体レーザの場合38dBcであったのに対し、
位相シフト部を設けた素子では35dBcであり、発振
の単一モード性が改善された。
はλ/8〜λ/2の範囲の場合において本実施例と同等
の効果が得られた。 (実施例5)次いで第5の実施例について図17を用い
て説明する。
断面図である。本実施例では、前面から100μmの領
域114を分布反射期とした分布反射型レーザの前面に
1%、後面に75%のコーティングをそれぞれ施し、回
折格子112の結合係数を50cm- 1 となるようにし
た構造である。
−83dBcであった。また、IMD3 <−80dBc
を満足する素子の割合は25%であった。
して素子を作製し評価したところ、40%〜98%の反
射率の範囲で本実施例の場合と同等の効果が選ばれた。
の低歪アナログ変調用半導体レーザを提供することが可
能となる。
Claims (6)
- 【請求項1】 共振器方向において一部にのみ回折格子
が形成された半導体レーザにおいて、回折格子を形成す
る領域が一方の端面側にかたより、かつ回折格子形成領
域が端面から離れていることを特徴とする半導体レー
ザ。 - 【請求項2】 共振器方向において一部にのみ回折格子
が形成された半導体レーザにおいて、端面から回折格子
形成領域の端までの距離が短い方の側、あるいは端面に
接した側の回折格子の結合係数が他方の側の回折格子の
結合係数よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項3】 共振器方向において一部にのみ回折格子
が形成された半導体レーザにおいて、回折格子を形成す
る領域内の少なくとも一ヵ所に位相シフトを有すること
を特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項4】 分布反射型半導体レーザにおいて、分布
反射器が形成されていない方の端面に高反射率のコーテ
ィングが施されたことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項5】 半導体基板上にホトレジストを均一に塗
布する工程と、二光束干渉法により、ホトレジスト上に
回折格子パターンを露光する工程と、回折格子を形成し
ない領域にのみ選択的に光を照射して露光する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして半導体基板をエッ
チングし回折格子を形成する工程と、前記回折格子を埋
め込み、さらにその上に活性層,クラッド層を成長する
工程とを備えることを特徴とする請求項1または2また
は3または4記載の半導体レーザの製造方法。 - 【請求項6】 半導体基板上にSiO2 あるいはSi3
N4 を形成する工程と、回折格子を形成しない領域の前
記SiO2 あるいはSi3 N4 膜を残して除去する工程
と、その上にホトレジストを塗布する工程と、前記ホト
レジストを二光束干渉法により露光し、レジストパター
ンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクと
して半導体基板をエッチングし回折格子を形成する工程
と、前記SiO2 あるいはSi3 N4 膜を除去する工程
と、前記回折格子を埋め込み、さらにその上に活性層、
クラッド層を成長する工程とを備えることを特徴とする
請求項1または2または3または4記載の半導体レーザ
の製造方法。
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