JPH07109928B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気光変換素子として利用する半導体レーザ装
置およびその製造方法に関する。The present invention relates to a semiconductor laser device used as an electro-optical conversion element and a manufacturing method thereof.
本発明は、光通信装置、光情報処理装置、光記録装置、
光応用計測装置、その他光電子装置の光源として利用す
るに適する。The present invention relates to an optical communication device, an optical information processing device, an optical recording device,
It is suitable for use as a light source for optical application measuring devices and other optoelectronic devices.
本発明は、活性層に回折格子を設け、光分布帰還によっ
てその活性層で電子と正孔の再結合による誘導放出光を
発生させる分布帰還型半導体レーザ装置において、 回折格子に相応する凹凸形状を印刻した半導体層の表面
に、薄い緩衝層をその凹凸形状を保存したまま成長さ
せ、さらにその表面に今度はその凹凸形状り凹部をなる
べく埋めるように活性層を成長させることにより、 活性層に回折格子を形成することを可能とし、これによ
り誘起される利得計数の周期的摂動を主因とする光分布
帰還を施し、完全に単一波長の縦モード発振を得るもの
である。The present invention provides a distributed feedback semiconductor laser device in which a diffraction grating is provided in an active layer, and stimulated emission light is generated by recombination of electrons and holes in the active layer by distributed light feedback. A thin buffer layer is grown on the surface of the engraved semiconductor layer while preserving the uneven shape, and then an active layer is grown on the surface so as to fill the uneven shape and the concave portion as much as possible. It is possible to form a grating, and to perform a distributed optical feedback mainly due to the periodic perturbation of the gain count induced thereby, and obtain a complete single-wavelength longitudinal mode oscillation.
半導体レーザの活性層近傍に回折格子を形成し、この回
折格子により光分布帰還を施して活性層に誘導放出光を
発生させる分布帰還型半導体レーザ装置の技術が広く知
られている。分布帰還型半導体レーザ装置は、比較的簡
単に発振スペクトル特性の優れた誘導放出光が得られる
とともに、回折格子のピッチにより発振波長を制御でき
るので、単一モード光ファイバを利用するあるいは光波
長多重を行う長距離大容量光通信装置その他光電子装置
の光源としてその有用性が期待されている。A technique of a distributed feedback semiconductor laser device is widely known in which a diffraction grating is formed in the vicinity of an active layer of a semiconductor laser, and distributed light feedback is performed by the diffraction grating to generate stimulated emission light in the active layer. The distributed feedback semiconductor laser device can obtain stimulated emission light with excellent oscillation spectrum characteristics relatively easily, and can control the oscillation wavelength by the pitch of the diffraction grating. It is expected to be useful as a light source for long-distance, large-capacity optical communication devices and other optoelectronic devices that perform the above.
このための従来例レーザ装置は、活性層にきわめて近接
して透明な導波路層を作り、この導波路層の活性層より
遠い側の面に断面形状がおおむね三角波状である凹凸形
状を形成して、導波路層のみかけの屈折率を周期的に変
化させて光分布帰還を施すものである。この構造は広く
知られたものであって、一般的なハンドブックである。In the conventional laser device for this purpose, a transparent waveguide layer is formed very close to the active layer, and a concavo-convex shape whose cross-sectional shape is generally triangular is formed on the surface of the waveguide layer farther from the active layer. Then, the distributed refractive index is provided by periodically changing the apparent refractive index of the waveguide layer. This structure is well known and is a general handbook.
オーム社：電子情報通信ハンドブック、1988年984−985
頁 にも記載がある。この構造の半導体レーザ装置は、光導
波路層の層厚変化の周期に対応して生じるブラッグ波長
の光に対して、光位相についての適正な帰還が行われな
いので、このブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じ
る。この現象を第６図に示す。Ohmsha: Electronic Information and Communication Handbook, 1988 984-985
There is also a description on the page. The semiconductor laser device having this structure does not properly return the optical phase of the Bragg wavelength light generated corresponding to the period of the thickness change of the optical waveguide layer, so that the oscillation is blocked in this Bragg wavelength region. Bandwidth occurs. This phenomenon is shown in FIG.
すなわち、第６図は従来例装置について横軸に発振波長
を正規化値で示し、縦軸にスペクトル強度を相対値で示
すもので、ブラッグ波長の上下にほぼ対称に離隔した二
つの波長の縦モード発振が生じる現象があることがわか
る。さまざまな実験的検討から、この二つの波長の縦モ
ード発振の一方のみが生じるように設定すること、さら
にその一方のみを予め設定することは、実用的な半導体
レーザ装置を設計および製作するうえで困難であること
が経験されている。このため、製造歩留りを高くするこ
とができない。That is, FIG. 6 shows the oscillation wavelength as a normalized value on the abscissa and the spectrum intensity as a relative value on the ordinate for the conventional device, and shows the longitudinal wavelengths of two wavelengths that are substantially symmetrically spaced above and below the Bragg wavelength. It can be seen that there is a phenomenon in which mode oscillation occurs. From various experimental studies, it is necessary to set only one of these two wavelength longitudinal mode oscillations, and to preset only one of them in order to design and manufacture a practical semiconductor laser device. Experienced to be difficult. Therefore, the manufacturing yield cannot be increased.
これを解決するために、回折格子をそのほぼ中央で４分
の１波長分だけ位相シフトさせる構造が提案され実施さ
れた。これにより二つの波長の縦モードの利得差が大き
くなり、発振モードを一つに設定することができるよう
になる。しかし、この構造は回折格子の形成が複雑であ
るため特別の製造工程が必要であり、さらにレーザ素子
端面に反射防止膜を形成する必要があるなど複雑であ
り、製造工数が大きく高価である。この構造の半導体レ
ーザ装置についても上記ハンドブックに記載がある。In order to solve this, a structure has been proposed and implemented in which the diffraction grating is phase-shifted by a quarter wavelength at the approximate center thereof. As a result, the gain difference between the longitudinal modes of the two wavelengths becomes large, and the oscillation mode can be set to one. However, this structure is complicated because the formation of the diffraction grating is complicated, a special manufacturing process is required, and further, an antireflection film is required to be formed on the end face of the laser element, and the number of manufacturing steps is large and the cost is high. The semiconductor laser device having this structure is also described in the above handbook.
一方、上述のように屈折率結合により光分布帰還を行う
とブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じるが、利得係
数の周期的摂動に基づく利得結合により光分布帰還を行
うとすれば、発振阻止帯域は現れず完全に単一波長の縦
モード発振が得られるはずであるとの原理的な理論が、 コゲルニック他「分布帰還レーザの結合波理論（Couple
d−Wave Theory of Distributed Feedback Lasers）」
米国雑誌、アプライド・フィジックス（Journal of App
lied Physics,1972 vol.43 pp 2327−2335） によって示された。この論文はあくまでも原理的な検討
結果であって、上記の利得結合を実現するための半導体
レーザ装置の構造やその製造方法についてはなんら記述
がない。On the other hand, when the distributed optical feedback is performed by the refractive index coupling as described above, an oscillation stop band is generated in the Bragg wavelength region, but if the distributed optical feedback is performed by the gain coupling based on the periodic perturbation of the gain coefficient, the oscillation stop band is generated. The principle theory that a single-wavelength longitudinal mode oscillation should be obtained without the appearance of a coherent wave is described by Cogelnic et al.
d-Wave Theory of Distributed Feedback Lasers) ''
Applied Magazine, Applied Physics
lied Physics, 1972 vol.43 pp 2327-2335). This paper is merely the result of theoretical study, and does not describe the structure of the semiconductor laser device or the manufacturing method thereof for realizing the above gain coupling.
本願発明者の一部は、上記コゲルニック他の基礎理論を
適用した新しい半導体レーザ装置として、 特許出願（特願昭63−189593号） 昭和63年７月30日出願、本願出願時において未公開（以
下「先願」という） を出願した。この先願に記載された技術は、活性層の近
傍に半導体の不透明層を設け、その不透明層に回折格子
を形成し、その不透明層の利得係数または損失係数に周
期的摂動に基づく分布帰還を施すものである。Some of the inventors of the present application filed a patent application (Japanese Patent Application No. 63-189593) as a new semiconductor laser device to which the basic theory of Kogelnic et al. Was applied, filed on July 30, 1988, but not yet published at the time of filing of the present application ( (Hereinafter referred to as “first application”). In the technique described in this prior application, a semiconductor opaque layer is provided in the vicinity of an active layer, a diffraction grating is formed in the opaque layer, and distributed feedback based on periodic perturbation is applied to the gain coefficient or loss coefficient of the opaque layer. It is a thing.
この構造により上記コゲルニック他の理論を満たす装置
を実現できた。しかし、この構造では活性層の近傍に不
透明層を設けてこの不透明層により帰還を施すものであ
るから、この不透明層にエネルギの吸収損失があり、誘
導放出光を発生させるために供給するエネルギが大きく
なる欠点がある。With this structure, a device satisfying the above theory of Kogelnik et al. Was realized. However, in this structure, an opaque layer is provided in the vicinity of the active layer and feedback is performed by this opaque layer. Therefore, there is energy absorption loss in this opaque layer, and the energy supplied to generate stimulated emission light is It has the drawback of becoming larger.
上述のコゲルニック他の理論に基づき利得係数の周期的
摂動を与えるように分布帰還を施すには、活性層の一方
の面に回折格子を形成し、活性層の厚さそのものを回折
格子の凹凸に応じて光波の進行方向にそって変化させる
ことが最適である。ところで、利得結合を実現する目的
とは別であるが、半導体レーザ装置の活性層に直接に回
折格子を印刻する実験結果が 中村他「ガリウム・ヒ素−ガリウム・アルミニウム・ヒ
素ダブルヘテロ構造分布帰還型半導体レーザ」（GaAs−
GaAlAs Doublehetero Structure Distributed Feedback
Diode Lasers）米国雑誌アプライド・フィジックス・
レターズ（Applied Physics Letters,1974 vol.25 pp 4
87−488）に報告されている。しかし、活性層に直接に
回折格子として凹凸を印刻すると、凹凸を形成するため
の成長中断、印刻加工、再成長などの一連の操作により
活性層の半導体結晶に欠陥が発生してしまう。この半導
体結晶の欠陥により、非発光再結合が増加して誘導放出
光が大きく減少し、半導体レーザ装置としては効率の悪
い装置となり実用的な装置が得られないことがわかっ
た。Based on the above-mentioned theory of Kogelnik et al., To perform distributed feedback so as to give a periodic perturbation of the gain coefficient, a diffraction grating is formed on one surface of the active layer, and the thickness of the active layer itself is made uneven in the diffraction grating. Accordingly, it is optimal to change along the traveling direction of the light wave. By the way, apart from the purpose of realizing gain coupling, the experimental result of directly imprinting a diffraction grating on the active layer of a semiconductor laser device is Nakamura et al. “Gallium arsenide-gallium aluminum arsenic double heterostructure distributed feedback type”. Semiconductor laser "(GaAs-
GaAlAs Doublehetero Structure Distributed Feedback
Diode Lasers) US magazine Applied Physics
Letters (Applied Physics Letters, 1974 vol.25 pp 4
87-488). However, when unevenness is directly printed as a diffraction grating on the active layer, a defect occurs in the semiconductor crystal of the active layer due to a series of operations such as growth interruption for forming the unevenness, engraving processing, and re-growth. It has been found that due to the defects of the semiconductor crystal, non-radiative recombination is increased and stimulated emission light is greatly reduced, and the semiconductor laser device becomes an inefficient device and a practical device cannot be obtained.
本発明は、このような背景に行われたものであって、上
述の発振阻止帯域を生じる屈折率結合による光分布帰還
ではなく、上述のコゲルニック他による理論にしたがい
主として利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により
光分布帰還を行う半導体レーザ装置の実現を目指すもの
である。しかも、上記先頭に記載されたもののように不
透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがないように、これを実現し
ようとするものである。The present invention has been made against such a background, and it is not the distributed optical feedback due to the refractive index coupling that causes the oscillation stop band described above, but mainly the periodic perturbation of the gain coefficient according to the theory by Kogernik et al. The objective of the present invention is to realize a semiconductor laser device that performs distributed optical feedback by gain-based gain coupling. In addition, the opaque layer is not provided to cause energy absorption loss as described in the above-mentioned head, and the formation of the diffraction grating in the active layer does not cause a defect in the semiconductor crystal structure. , Is to try to realize this.
すなわち本発明は、２モード発振を起こすことなく発振
モードが単一モードでありかつ安定であり、その発振モ
ードを予め設定することが可能であり、構造が簡単であ
り、製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待さ
れ、したがって安価であり、しかも、上記先願発明の欠
点を除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に回
折格子を形成しても活性層となる半導体結晶構造に欠陥
を引き起こすことがなく誘導放出光を効率的に発生させ
る半導体レーザ装置およびその製造方法を提供とするこ
とを目的とする。That is, according to the present invention, the oscillation mode is a single mode and stable without causing two-mode oscillation, the oscillation mode can be preset, the structure is simple, and the manufacturing process is simple. A semiconductor crystal structure which is expected to have a good manufacturing yield and is therefore inexpensive, has no energy absorption loss except for the drawbacks of the above-mentioned prior invention, and has an active layer even if a diffraction grating is formed in the active layer. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that efficiently generates stimulated emission light without causing defects and a method for manufacturing the same.
本発明の第一の観点は半導体レーザ装置の構造であり、
誘導放出光を発生させる活性層と、この活性層の一方の
面に設けられこの活性層に光分布帰還を施す回折格子と
を備え、回折格子は活性層の一方の面に発振波長に相応
する周期の凹凸形状として形成され、この一方の面に形
成された凹凸形状に接して薄い半導体緩衝層を備えた半
導体レーザ装置において、緩衝層はその厚さが0.01〜0.
5μｍの範囲の一様な厚さで形成され、凹凸形状は、活
性層において利得の変化が最大限に生じるように、緩衝
層の他面が接する半導体層に印刻された凹凸形状と緩衝
層を挟みほぼ合同な形状であることを特徴とする。A first aspect of the present invention is a structure of a semiconductor laser device,
An active layer for generating stimulated emission light and a diffraction grating provided on one surface of the active layer for performing distributed light feedback on the active layer are provided, and the diffraction grating corresponds to the oscillation wavelength on one surface of the active layer. In a semiconductor laser device provided with a thin semiconductor buffer layer in contact with the uneven shape formed on the one surface, the buffer layer has a thickness of 0.01 to 0.
It is formed with a uniform thickness in the range of 5 μm, and the concavo-convex shape corresponds to the concavo-convex shape and the buffer layer imprinted on the semiconductor layer in contact with the other surface of the buffer layer so that the change of the gain is maximized in the active layer. It is characterized in that the sandwiches are almost congruent.
緩衝層の厚さが薄すぎる場合には、それが無い場合と同
様に結晶欠陥が導入され易く、信頼性に問題がある。し
かし、利得結合の観点からは、緩衝層を厚くすることが
必ずしも良いことではない。緩衝層を厚くすると、活性
層が基板側の回折格子からかなり離れてしまい、光がそ
ちら側には届かなくなって分布帰還には影響しないと考
えられる。そうなると、利得結合と屈折率結合とは共に
発生源が活性層の凹凸なので、それらが決まった割合で
混ざることになり制御ができなくなる。これに対して緩
衝層が薄い場合、特に凹凸形状が活性層に接する面で回
折格子として十分に保存される程度に薄い場合には、下
の回折格子にも光が分布し、その影響を受けると考えら
れる。このため、下の回折格子の凹凸による屈折率結合
を利用して活性層の凹凸による屈折率結合を打ち消すこ
とが可能になり、屈折率結合と利得結合の割合を制御で
きると考えられる。すなわち、屈折率結合を抑制して主
に利得結合が作用するようにできる。If the thickness of the buffer layer is too thin, crystal defects are likely to be introduced, as in the case without it, and there is a problem in reliability. However, from the viewpoint of gain coupling, it is not always good to make the buffer layer thick. It is considered that if the buffer layer is made thick, the active layer will be far away from the diffraction grating on the substrate side, and light will not reach that side, which will not affect the distributed feedback. In that case, the sources of both the gain coupling and the refractive index coupling are the unevenness of the active layer, so that they are mixed at a fixed ratio and cannot be controlled. On the other hand, when the buffer layer is thin, particularly when the uneven shape is thin enough to be sufficiently preserved as a diffraction grating on the surface in contact with the active layer, light is distributed to the diffraction grating below and is affected by it. it is conceivable that. Therefore, it is considered that it is possible to cancel the refractive index coupling due to the unevenness of the active layer by utilizing the refractive index coupling due to the unevenness of the lower diffraction grating, and to control the ratio of the refractive index coupling and the gain coupling. That is, it is possible to suppress the refractive index coupling so that the gain coupling mainly acts.
本発明の第二の観点は半導体レーザ装置の製造方法であ
り、半導体層の表面に回折格子に相応する凹凸形状を印
刻する工程と、この半導体層の表面にその凹凸形状を保
存して薄い緩衝層を成長させる工程と、この緩衝層の表
面に現れる凹凸形状が回折格子となり、かつその凹凸形
状の凹部を埋めるようにこの凹凸形状の上に誘導放出光
を発生させる活性層を成長させる工程とを含む分布帰還
型半導体レーザ装置の製造方法において、活性層を成長
させる工程は凹凸形状に対して厚さが一様となるように
成長させる工程であり、活性層を成長させる工程の成長
速度が、その成長により得られる表面が平坦になるよう
に、緩衝層を成長させる工程の成長速度より小さく設定
されたことを特徴とする。A second aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor laser device, which comprises a step of imprinting a concavo-convex shape corresponding to a diffraction grating on the surface of a semiconductor layer, and a thin buffer by storing the concavo-convex shape on the surface of the semiconductor layer. A step of growing a layer, and a step of growing an active layer for generating stimulated emission light on the uneven shape so that the uneven shape appearing on the surface of the buffer layer becomes a diffraction grating and fills the concave part of the uneven shape. In the method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser device including the step of growing the active layer, the step of growing the active layer is performed so that the thickness becomes uniform with respect to the concavo-convex shape, and the growth rate of the step of growing the active layer is The growth rate of the buffer layer is set to be smaller than the growth rate in the step of growing the buffer layer so that the surface obtained by the growth becomes flat.
第一の観点で示した装置を製造する場合に、必要となる
形状は、活性層の下面が凹凸で活性層の上面は平坦とい
うことである。活性層上面を平坦にすると、 利得結合の大きさを最大にし、活性層厚の変換が最
大になるようにする、 片面の凹凸のみの方が上面に凹凸が残るより設定が
容易、 製造の再現性がよい という利点がある。また、緩衝層については、エッチン
グした回折格子の形状をできるだけ保存することが望ま
れる。すなわち、緩衝層に要求される結晶成長の性質は
形状の保存であり、活性層に要求される性質は平坦化で
ある。これらを同一の結晶成長条件で実現することは困
難である。そこで、各層に最適なように条件を切り替え
て、これらを満足させる必要がある。そのひとつの方法
として、本発明では成長速度を変更する。When manufacturing the device shown in the first aspect, the required shape is that the lower surface of the active layer is uneven and the upper surface of the active layer is flat. By flattening the top surface of the active layer, the size of gain coupling is maximized, and the conversion of the active layer thickness is maximized. Only unevenness on one side is easier to set than leaving unevenness on the upper surface. It has the advantage of good performance. Further, regarding the buffer layer, it is desired to preserve the shape of the etched diffraction grating as much as possible. That is, the crystal growth property required for the buffer layer is shape preservation, and the property required for the active layer is planarization. It is difficult to realize these under the same crystal growth conditions. Therefore, it is necessary to switch the conditions optimally for each layer to satisfy these conditions. As one of the methods, the growth rate is changed in the present invention.
形状の保存には高速成長、平坦化には低速成長が良いこ
とは、従来から経験的に知られている。これは、おそら
く、低速成長では原料が表面で動きまわり易くなるこ
と、および出ッ張った部分からの再脱離が起こり易いこ
とに関係していると考えられる。It has been empirically known that high-speed growth is good for shape preservation and low-speed growth is good for flattening. This is probably related to the fact that the raw material is more likely to move around on the surface in the slow growth and the redeposition from the protruding portion is likely to occur.
緩衝層を成長させる工程は、有機金属気相成長法による
ことが望ましいが、必ずしもこの方法に限定するもので
はない。発明者らは分子線エピタキシー法に着目して現
在検討中である。この他にも凹凸形状を保ったまま成長
させる方法は多様にあり、これらによっても本発明を同
様に実施できる。The step of growing the buffer layer is preferably a metal organic chemical vapor deposition method, but is not necessarily limited to this method. The inventors are currently studying the molecular beam epitaxy method. In addition to this, there are various methods of growing while maintaining the concavo-convex shape, and the present invention can be similarly implemented by these methods.
回折格子に相応する凹凸形状は活性層に光を閉じ込める
ために設けられるクラッド層に直接印刻することができ
るし、また、クラッド層の一つの表面に別の半導体層を
設けてこの半導体層に印刻することもできる。The uneven shape corresponding to the diffraction grating can be directly stamped on the clad layer provided for confining light in the active layer, or another semiconductor layer can be provided on one surface of the clad layer and stamped on this semiconductor layer. You can also do it.
前記半導体層に凹凸形状を印刻する工程は、干渉露光
法、電子線露光法または異方性エッチングによる工程に
よることが望ましい。The step of imprinting the uneven shape on the semiconductor layer is preferably performed by an interference exposure method, an electron beam exposure method, or an anisotropic etching step.
本発明の半導体レーザ装置は、活性層の厚さが光波の進
行方向にそって、回折格子の凹凸形状にしたがって周期
的に変化するから、上述のコゲルニック他による理論に
おける利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光
分布帰還を行う。したがって、特定の波長領域に発振阻
止帯域が生じるようなことがなく、その特定の波長領域
の上下に二つの波長の縦モード発振が生じることもな
く、回折格子の周期により定まる安定な一つのモードの
発振を行う。この安定な一つのモードの発振波長はブラ
ック波長に対応するからこれらを予め設定し設計製造す
ることができる。In the semiconductor laser device of the present invention, the thickness of the active layer changes periodically along the traveling direction of the light wave in accordance with the uneven shape of the diffraction grating. Therefore, there is a periodic perturbation of the gain coefficient in the theory by Kogelnik et al. Based on the gain coupling, optical distributed feedback is performed. Therefore, an oscillation stop band does not occur in a specific wavelength region, longitudinal mode oscillations of two wavelengths above and below the specific wavelength region do not occur, and one stable mode determined by the period of the diffraction grating is generated. Oscillate. Since the oscillation wavelength of this stable one mode corresponds to the black wavelength, these can be preset and designed and manufactured.
本発明の半導体レーザ装置では、実質的に活性層そのも
のに回折格子を形成することになる。上記先頭に記載の
技術は、コゲルニック他による理論における利得係数の
周期的摂動に基づく利得結合により光分布帰還を行うも
のであっても、活性層に近接して不透明半導体層を設
け、この不透明半導体層における回折格子により光分布
帰還を施すものであるから、活性層そのものに回折格子
を形成する本発明とは本質的に異なる。上記先願記載の
技術では、この不透明半導体層にエネルギの吸収があっ
たが、本発明の半導体レーザ装置はこの不透明層に相当
するものはもとよりなく、光エネルギの吸収もないの
で、励起エネルギの効率が高くなる特徴がある。In the semiconductor laser device of the present invention, the diffraction grating is formed substantially in the active layer itself. Even if the technique described in the above head performs the distributed optical feedback by gain coupling based on the periodic perturbation of the gain coefficient in the theory by Kogelnik et al., An opaque semiconductor layer is provided close to the active layer, and the opaque semiconductor layer is provided. Since distributed light feedback is performed by the diffraction grating in the layer, it is essentially different from the present invention in which the diffraction grating is formed in the active layer itself. In the technique described in the above-mentioned prior application, the opaque semiconductor layer absorbs energy, but the semiconductor laser device of the present invention does not correspond to this opaque layer and does not absorb light energy. It is characterized by high efficiency.
また、従来構造で説明した活性層に直接に回折格子を加
工印刻するものと比べるといちじるしい改善がある。す
なわち、この従来技術では活性層まで成長させ、そこで
一旦成長を中断しその上に回折格子を印刻し、さらにそ
の上にクラッド層となるべき半導体層を再び成長させる
工程を必要とするから、活性層の半導体結晶構造に欠陥
が生じてしまうが、本発明では、活性層を成長させるた
めの基板となる半導体層に回折格子に相応の凹凸形状を
印刻し、この凹凸形状の上にこの凹凸形状を保ったまま
薄い緩衝層を成長させてから、この緩衝層の凹凸形状の
上に活性層を成長させる。したがって印刻とその前後の
一連の操作により生じる半導体結晶構造の欠陥はその上
に新たに成長された緩衝層により次第に覆われるので、
活性層の一面には半導体結晶構造の欠陥のない凹凸形状
の回折格子が形成されることになる。Further, there is a remarkable improvement as compared with the conventional structure in which the diffraction grating is directly processed and stamped on the active layer. That is, this conventional technique requires a step of growing an active layer, suspending the growth there, engraving a diffraction grating on the active layer, and growing a semiconductor layer to be a clad layer thereon again. Although a defect occurs in the semiconductor crystal structure of the layer, in the present invention, an uneven shape corresponding to the diffraction grating is imprinted on the semiconductor layer serving as a substrate for growing the active layer, and the uneven shape is formed on the uneven shape. A thin buffer layer is grown while maintaining the temperature, and then an active layer is grown on the uneven shape of the buffer layer. Therefore, defects in the semiconductor crystal structure caused by the stamping and a series of operations before and after the stamping are gradually covered by the newly grown buffer layer,
A concave-convex diffraction grating having no semiconductor crystal structure defects is formed on one surface of the active layer.
活性層の成長はこの凹凸形状の凹部を埋めるように制御
して行う。結果としてこの凹凸形状の膜厚分布をした活
性層が得られる。これにより、活性層の光閉じ込め係数
およびキャリア密度のレーザ共振器軸方向に沿って所望
のとおりの摂動が生じ、これらの総合効果として共振器
軸方向に伝搬する光波に対する利得係数が回拆格子の周
期に一致する周期で変化することになり、利得結合によ
る分布帰還が実現される。The growth of the active layer is controlled so as to fill in the concave and convex portions. As a result, an active layer having a film thickness distribution with this uneven shape is obtained. As a result, a desired perturbation of the optical confinement coefficient and carrier density of the active layer occurs along the laser resonator axial direction, and as a total effect of these, the gain coefficient for the optical wave propagating in the resonator axial direction is It changes in a cycle that matches the cycle, and distributed feedback by gain coupling is realized.
本発明の構造では、共振器中の定在波位置が利得係数変
化の周期に一致して固定されるから、レーザ素子端面の
反射の影響を受けにくくなり、単一縦モード発振を得る
ために、必ずしも反射防止措置を必要としない。したが
って、上記従来例で説明した４分の１波長分だけ回折格
子の位相をシフトさせる構造のものに比べて、その構造
はいちじるしく単純になり製造工数が小さくなり、この
ため製造歩留りが向上する。In the structure of the present invention, the standing wave position in the resonator is fixed in accordance with the period of the gain coefficient change, so that it is less susceptible to the reflection of the end face of the laser element, and in order to obtain single longitudinal mode oscillation. , Does not necessarily require anti-reflective measures. Therefore, as compared with the structure of shifting the phase of the diffraction grating by one-quarter wavelength described in the above-mentioned conventional example, the structure is remarkably simple and the manufacturing man-hour is reduced, which improves the manufacturing yield.
凹凸形状を保存したまま薄い緩衝層を成長させる方法
は、凹凸形状の凹部が成長によってなるべく埋められな
い方法を選ぶ。代表的な実用例として、上述の有機金属
気相成長法によることが望ましい。かりに、活性層の一
面に形成された凹凸形状が緩衝層の成長前に形成された
凹凸形状と完全に合同な形状でなくとも、その凹凸形状
の活性層において実質的に回折格子として作用し、その
凹凸形状の半導体結晶構造の欠陥が実用的に十分な程度
に少なければ本発明を実施できる。したがって、上述の
有機金属気相成長法以外の成長方法によっても、緩衝層
の厚さおよび成長速度などを適当に選択することによ
り、さまざまな方法で本発明を実施することができる。As a method for growing a thin buffer layer while retaining the uneven shape, a method in which the uneven recess is not filled as much as possible by growth is selected. As a typical practical example, it is desirable to use the above-described metal organic chemical vapor deposition method. On the other hand, even if the uneven shape formed on the one surface of the active layer is not completely congruent with the uneven shape formed before the growth of the buffer layer, it acts substantially as a diffraction grating in the active layer having the uneven shape, The present invention can be carried out if the number of defects in the uneven semiconductor crystal structure is sufficiently small for practical use. Therefore, the present invention can be implemented in various methods by appropriately selecting the thickness of the buffer layer, the growth rate, and the like, even by a growth method other than the above-described metal organic chemical vapor deposition method.
以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳細に説明
する。第１図は本発明実施例半導体レーザ装置の構造図
である。図示の構造においては、高濃度ｎ型砒化ガリウ
ム（n+−GaAs）基板１上にダブルヘテロ接合構造の半導
体レーザ素子の各層をエピタキシャル装置により、二段
階に分けて連続的に有機金属気相成長させる。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural diagram of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. In the structure shown in the figure, each layer of a semiconductor laser device having a double heterojunction structure is formed on a high-concentration n-type gallium arsenide (n + -GaAs) substrate 1 by an epitaxial device in two steps, and metal organic chemical vapor deposition is continuously performed. Let
すなわち第一段階では、基板１の上に例えば、0.5μｍ
厚の高濃度ｎ型砒化ガリウム（n+ −GaAs）層２と、１
μｍ厚のｎ型砒化アルミニウムガリウム（ｎ−Al0.45Ca
0.55AS）クラッド層３と、0.2μｍ厚のｎ型砒化アルミ
ニウムガリウム（ｎ−Ca0.94Al0.06As）半導体層４（前
記の半導体エピタキシャル層）とを順次に連続して有機
金属気相エピタキシャル成長させる。次に成長層の最上
層である半導体層４に、干渉露光法および異方性エッチ
ングができるケミカルエッチングを適用して、周期255n
mの回析格子に相応の凹凸形状５を（111）および（１
）結晶面を出すように印刻する。エピタキシャル成長
の第二段階では、上記の回析格子５を印刻した半導体層
４の上に、平均0.15μｍ厚のｎ型砒化アルミニウムガリ
ウム（ｎ−Al0.40Ca0.60As）緩衝層６を成長させ、さら
にこの緩衝層６の上に平均0.1μｍ厚の不純物無添加砒
化ガリウム（CaAs）活性層７と、１μｍ厚のｐ型砒化ア
ルミニウムガリウム（ｐ−Al0.45Ca0.55As）クラッド層
８と、0.5μｍ厚の高濃度ｐ型砒化ガリウム（p+−GaA
s）コンタクト層９とを順次連続して有機金属エピタキ
シャル成長させて、ダブルヘテロ接合構造を完成させ
る。That is, in the first stage, for example, 0.5 μm on the substrate 1
Thick n-type gallium arsenide (n + -GaAs) layer 2 and 1
μm thick n-type aluminum gallium arsenide (n-Al 0.45 Ca
The 0.55 AS) clad layer 3 and the 0.2 μm thick n-type aluminum gallium arsenide (n-Ca 0.94 Al 0.06 As) semiconductor layer 4 (the above-mentioned semiconductor epitaxial layer) are successively and successively grown by metalorganic vapor phase epitaxial growth. Next, the semiconductor layer 4, which is the uppermost layer of the growth layer, is subjected to interference exposure and chemical etching capable of anisotropic etching to give a period of 255 n.
The uneven shape 5 corresponding to the diffraction grating of m is (111) and (1
) Engrave so that the crystal plane is exposed. In the second stage of epitaxial growth, an n-type aluminum gallium arsenide (n-Al 0.40 Ca 0.60 As) buffer layer 6 having an average thickness of 0.15 μm is grown on the semiconductor layer 4 having the diffraction grating 5 imprinted thereon. On this buffer layer 6, an impurity-free gallium arsenide (CaAs) active layer 7 having an average thickness of 0.1 μm, a p-type aluminum gallium arsenide (p-Al 0.45 Ca 0.55 As) cladding layer 8 having a thickness of 1 μm, and a 0.5 μm thickness High concentration p-type gallium arsenide (p + -GaA
s) The contact layer 9 and the contact layer 9 are successively and sequentially grown to complete the double heterojunction structure.
ついで、二酸化硅素（SiO2）による絶縁層12をｐ型コン
タクト層９の上面に堆積して、例えば幅約10μｍのスト
ライプ状窓を形成し、ついで、正側の金亜鉛（Au−Zn）
電極層11を全面に蒸着し、さらに、ｎ型基板１の下面に
負側の金ゲルマニウム（Au−Ge）電極層10を蒸着する。
ついで、この構成の半導体ブロックを劈開して個々の半
導体レーザ素子を完成する。Then, an insulating layer 12 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is deposited on the upper surface of the p-type contact layer 9 to form a striped window having a width of, for example, about 10 μm, and then gold zinc (Au-Zn) on the positive side is formed.
The electrode layer 11 is vapor-deposited on the entire surface, and further, the negative-side gold germanium (Au-Ge) electrode layer 10 is vapor-deposited on the lower surface of the n-type substrate 1.
Then, the semiconductor block having this structure is cleaved to complete individual semiconductor laser devices.
第１図に示す実施例では、クラッド層３の上に特別の半
導体層４を設け、この半導体層４の上に回析格子に相応
の凹凸形状を印刻する。この半導体層４に印刻された凹
凸形状の上に、有機金属気相成長法により緩衝層６を回
析格子の形状を保存したまま成長させる。さらにその緩
衝層６の上に、活性層７をこんどはその凹凸形状の凹部
を埋めるように成長させる。これにより活性層７の下面
に回析格子を作製することができる。このように緩衝層
６の成長では、凹凸形状を保つようにすなわち凹部が埋
められないように成長させ、活性層７の成長はその凹凸
形状の凹部が埋められるように成長させる。これには成
長速度をはじめその他条件を変更して、形状を保ったま
ま、あるいは凹部を埋めるように制御する。In the embodiment shown in FIG. 1, a special semiconductor layer 4 is provided on the clad layer 3, and a diffraction grating is formed on the semiconductor layer 4 so as to have a corresponding uneven shape. The buffer layer 6 is grown on the uneven shape imprinted on the semiconductor layer 4 by the metal organic chemical vapor deposition method while maintaining the shape of the diffraction grating. Further, the active layer 7 is grown on the buffer layer 6 so as to fill up the concave and convex portions. As a result, a diffraction grating can be formed on the lower surface of the active layer 7. In this way, in the growth of the buffer layer 6, the growth is performed so as to keep the uneven shape, that is, the recess is not filled, and the growth of the active layer 7 is grown so that the uneven recess is filled. For this purpose, the growth rate and other conditions are changed to control so as to keep the shape or fill the recess.
もっとも、この成長条件の制御はあくまでも相対的なも
のである。活性層７の一方の面に実質的に回折格子とし
て作用する凹凸形状が形成され、活性層７の他方の面が
ほぼ平坦に形成され、その活性層７の回折格子となる凹
凸形状面に、印刻により発生した半導体結晶構造の欠陥
の影響が及ばないように緩衝層６が成長できればよい。However, the control of this growth condition is absolutely relative. An uneven shape that substantially acts as a diffraction grating is formed on one surface of the active layer 7, the other surface of the active layer 7 is formed substantially flat, and the uneven surface serving as the diffraction grating of the active layer 7 is formed. It suffices if the buffer layer 6 can be grown so as not to be affected by the defects of the semiconductor crystal structure generated by the stamping.
第２図に上記実施例で作製した素子の断面の走査型電子
顕微鏡写真を示す。半導体層４、緩衝層６、および活性
層７が認識できる。第２図から、活性層７の下面に回析
格子ができていることは明らかである。このように活性
層７に形成された回析格子により、利得係数の周期的変
化が得られ、利得係数の摂動に基づく光分布帰還により
利得係数の変化の周期に対応したブラッグ波長で単一モ
ード発振を起こす半導体レーザ装置を得ることができ
る。FIG. 2 shows a scanning electron micrograph of the cross section of the device produced in the above example. The semiconductor layer 4, the buffer layer 6, and the active layer 7 can be recognized. It is clear from FIG. 2 that a diffraction grating is formed on the lower surface of the active layer 7. Thus, the diffraction grating formed in the active layer 7 provides a periodic change in the gain coefficient, and the distributed optical feedback based on the perturbation of the gain coefficient causes a single mode at the Bragg wavelength corresponding to the cycle of the change in the gain coefficient. A semiconductor laser device that oscillates can be obtained.
ここでこの実施例では半導体層４をクラッド層３の上に
設け、この半導体層４に凹凸形状を印刻した。これは、
クラッド層３に直接に凹凸形状を印刻すると、クラッド
層３はアルミニウム混晶比が大きいからこのアルミニウ
ムが酸化して、再成長が適切に行われない場合が考えら
れたためである。したがって、クラッド層３の上にアル
ミニウム混晶比の小さい半導体４を薄く設け、これに凹
凸形状を形成することにした。クラッド層３の材料にIn
Pを用いる場合には、直接にクラッド層３に印刻を行う
ことができる。この例については後に詳しく説明する。Here, in this embodiment, the semiconductor layer 4 is provided on the cladding layer 3, and the semiconductor layer 4 is provided with an uneven shape. this is,
This is because when the uneven shape is directly stamped on the clad layer 3, the clad layer 3 has a large aluminum mixed crystal ratio, so that the aluminum may be oxidized and the regrowth may not be properly performed. Therefore, the semiconductor 4 having a small aluminum mixed crystal ratio is thinly provided on the clad layer 3, and the uneven shape is formed on the semiconductor 4. In for the material of the clad layer 3
When P is used, the clad layer 3 can be directly stamped. This example will be described later in detail.
第３図に上記の本発明実施例分布帰還型半導体レーザ装
置の発光スペクトル特性実測結果を示す。図示の発光ス
ペクトル特性は温度10℃で閾値電流Ith＝230mAとなった
第１図の構成の試作レーザ装置について励起電流を0.97
Ith、Ithおよび1.1Ithと順次に増大させたときにそれぞ
れ得られるスペクトルの波長分布特性（ａ）、（ｂ）お
よび（ｃ）を模式的に示したものである。FIG. 3 shows the measurement results of the emission spectrum characteristics of the distributed feedback semiconductor laser device of the above-described embodiment of the present invention. The emission spectrum characteristics shown in the figure are 0.97 for the excitation current of the prototype laser device of the configuration shown in FIG. 1 where the threshold current I th = 230 mA at a temperature of 10 ° C.
FIG. 3 schematically shows wavelength distribution characteristics (a), (b) and (c) of spectra obtained respectively when I th , I th and 1.1 I th are sequentially increased.
一方、本発明レーザ装置について得られた第３図に示す
特性で発振閾値近傍の励起電流0.97Ithのスペクトル特
性（ａ）に注目すると、第６図に示したようなブラッグ
波長を中心とする阻止帯は現れず、しかも、スペクトル
特性の形状が主モード発振波長871nmに対してほぼ上下
対称になっていることがわかる。このようなスペクトル
特性が得られたことは、第１図に示す構成による本発明
分布帰還型半導体レーザ装置では、活性層に回析格子を
形成して利得の周期的摂動を生じさせたことにより、前
述のコゲルニク他の結合波理論のとおりに、屈折率結合
よりも利得結合が支配的になった光分布帰還が行われて
いることがわかる。したがって、本発明分布帰還型半導
体レーザ装置においては、発振閾値近傍の励起電流によ
り発振に到逹しうる縦モードとして、第３図に示すスペ
クトル特性の中央に位置する唯一の主モードのみが存在
し、コゲルニク他の結合波理論のとおりに、発振縦モー
ドの完全単一化が実現されているものと考えられる。On the other hand, focusing on the spectral characteristic (a) of the excitation current of 0.97 I th near the oscillation threshold in the characteristic shown in FIG. 3 obtained for the laser device of the present invention, the Bragg wavelength as shown in FIG. 6 is centered. It can be seen that the stop band does not appear, and the shape of the spectral characteristic is almost vertically symmetrical with respect to the main mode oscillation wavelength of 871 nm. Such spectral characteristics are obtained because the distributed feedback semiconductor laser device of the present invention having the configuration shown in FIG. 1 has a diffraction grating formed in the active layer to cause periodic gain perturbation. As described in the above-mentioned coupled wave theory of Kogelnik et al., It is understood that the optical distributed feedback is performed in which the gain coupling is more dominant than the refractive index coupling. Therefore, in the distributed feedback semiconductor laser device of the present invention, there is only one main mode located at the center of the spectral characteristics shown in FIG. 3 as a longitudinal mode that can reach oscillation by the excitation current near the oscillation threshold. As in the coupled-wave theory of Kogelnik et al., Complete unification of the oscillation longitudinal mode is considered to have been realized.
第４図に上記の構成による、本発明分布帰還型半導体レ
ーザ装置における発振波長および閾値電流の温度依存特
性の例を示す。温度依存特性は半導体レーザ装置の温度
上昇を抑えるために、装置を取付ける熱伝導率の大きい
材料からなるヒートシンクの温度に対する発振波長およ
び閾値電流の変化の実測結果の例を示したものである。
第４図の温度依存特性から判るように、本発明レーザ装
置においては、幅50℃を越える温度変化よってもいわゆ
るモード飛びを起さず、同一縦モードで動作し、発振波
長、閾値電流ともに連続的に円滑に変化していることが
わかる。FIG. 4 shows an example of the temperature dependence characteristics of the oscillation wavelength and the threshold current in the distributed feedback semiconductor laser device of the present invention having the above structure. The temperature-dependent characteristics show an example of actual measurement results of changes in the oscillation wavelength and the threshold current with respect to the temperature of a heat sink made of a material having a large thermal conductivity for mounting the device in order to suppress the temperature rise of the semiconductor laser device.
As can be seen from the temperature dependence characteristics of FIG. 4, in the laser device of the present invention, so-called mode jump does not occur even if the temperature change exceeds 50 ° C., the laser device operates in the same longitudinal mode, and the oscillation wavelength and the threshold current are continuous. You can see that it is changing smoothly.
この温度依存特性は、従来のこの種の分布帰還型半導体
レーザ装置と比較しても遜色なく、したがって、半導体
レーザ装置の活性層に設けた回析格子の利得結合によ
り、従来の屈折率結合によるものとは異なる十分な分布
帰還の作用が得られていることは明らかである。This temperature-dependent characteristic is comparable to that of the conventional distributed feedback semiconductor laser device of this type. Therefore, due to the gain coupling of the diffraction grating provided in the active layer of the semiconductor laser device, the conventional refractive index coupling It is clear that a sufficiently different distributed feedback effect is obtained.
つぎに、上記実施例装置の製造方法のうち、本発明に直
接関係する有機金属気相成長法の一例を詳しく説明す
る。この例はあくまでもこれまでの検討の中で、最適な
結果が得られた一例を開示するものであり、本発明をこ
の例に限定する要因はなにもない。実用的には使用する
製造装置、利用できる原料、半導体製造について各専門
家が保有するノウハウに応じて、ここに例示する条件は
適宜変更選択して実施できる性質のものである。Next, an example of the metal organic chemical vapor deposition method directly related to the present invention among the manufacturing methods of the apparatus of the above-mentioned embodiment will be described in detail. This example only discloses one example in which the optimum result was obtained in the examination so far, and there is no factor limiting the present invention to this example. Practically, the conditions exemplified here are of a nature that can be appropriately changed and selected according to the know-how possessed by each expert regarding manufacturing equipment used, usable raw materials, and semiconductor manufacturing.
〔原料〕アルシン AsH3 トリメチルガリウム （CH3)3Ga トリメチルアルミニウム（CH3)3Al モノシラン SiH4 ジエチルジンク （C2H5)2Zn 〔条件〕圧力 100 Torr 全流量 10 slm（水素キャリア） InP系の場合にも第１図と同様の構造を製造できる。そ
のときには、 〔原料〕ホスフィン PH3 アルシン AsH3 トリエチルインジウム（C2H5)3In トリエチルガリウム （C2H5)3Ga ジメチルジンク （CH3)2Zn 硫化水素 H2Ｓ 〔条件〕圧力 76 Torr 全流量 ６ slm 基板温度 700℃（１回目成長）、 650℃（２回目成長） とする。各層はInPに格子整合させ、例えば1.65μｍで
発振させる場合には、 基板１ ｎ−InP 緩衝層２ ｎ−InP クラッド層３ ｎ−InP 半導体層４ ｎ−In0.72Ga0.28As0.61Po
0.39 緩衝層６ ｎ−In0.82Ga0.18As0.40Po
0.60 活性層７ ｉ−In0.53Ga0.47As クラッド層８ ｐ−InP コンタクト層９ ｐ−In0.53Ga0.47As とすればよい。 [Raw material] Arsine AsH 3 Trimethylgallium (CH 3 ) 3 Ga Trimethylaluminum (CH 3 ) 3 Al Monosilane SiH 4 Diethylzinc (C 2 H 5 ) 2 Zn [Conditions] Pressure 100 Torr Total flow rate 10 slm (hydrogen carrier) InP In the case of a system, a structure similar to that shown in FIG. 1 can be manufactured. At that time, [raw material] phosphine PH 3 arsine AsH 3 triethylindium (C 2 H 5 ) 3 In triethylgallium (C 2 H 5 ) 3 Ga dimethylzinc (CH 3 ) 2 Zn hydrogen sulfide H 2 S [conditions] pressure 76 Torr Total flow rate 6 slm Substrate temperature 700 ° C (first growth), 650 ° C (second growth). When each layer is lattice-matched to InP and oscillates at 1.65 μm, for example, the substrate 1 n-InP buffer layer 2 n-InP clad layer 3 n-InP semiconductor layer 4 n-In 0.72 Ga 0.28 As 0.61 Po
0.39 Buffer layer 6 n-In 0.82 Ga 0.18 As 0.40 Po
0.60 active layer 7 i-In 0.53 Ga 0.47 As clad layer 8 p-InP contact layer 9 p-In 0.53 Ga 0.47 As.
第５図には本発明実施例装置の別の構造を示す。この例
は、回析格子に相応の凹凸形状を印刻する半導体層を別
に設けることなく、クラッド層として作用する基板１に
直接に印刻を行い、この上に凹凸形状の緩衝層６を成長
させるものである。FIG. 5 shows another structure of the apparatus according to the present invention. In this example, without separately providing a semiconductor layer for engraving a corresponding uneven shape on the diffraction grating, the substrate 1 acting as a clad layer is directly marked, and the uneven buffer layer 6 is grown on this. Is.
この構造では、基板１にInP、緩衝層６にInGaP、活性層
７にInGaAsPを用いた。この構造は、1.3μｍまたは1.5
μｍで発振する半導体レーザ装置として適している。こ
の構造では、基板１の上に凹凸形状を印刻した後に、１
回の結晶成長工程で製造できる特徴がある。緩衝層６は
この場合にも、有機金属気相成長法により形成すること
が望ましい。In this structure, InP is used for the substrate 1, InGaP is used for the buffer layer 6, and InGaAsP is used for the active layer 7. This structure is 1.3 μm or 1.5
It is suitable as a semiconductor laser device that oscillates at μm. In this structure, after the uneven shape is imprinted on the substrate 1, 1
It has the feature that it can be manufactured in one crystal growth step. Also in this case, the buffer layer 6 is preferably formed by the metal organic chemical vapor deposition method.
凹凸形状をそのまま保って成長させる緩衝層６の形成方
法としては、上述の有機金属気相成長法によることが有
望である。As a method of forming the buffer layer 6 which grows while keeping the concavo-convex shape as it is, it is promising to use the above-described metal organic chemical vapor deposition method.
以上説明したように、本発明によれば、コゲルニック他
による理論における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う半導体レーザ装置が実現さ
れた。しかも、上記先願に記載されたもののように不透
明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることなく、
また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構造に
欠陥を生じさせることがない。また、反射防止装置を必
要としない。As described above, according to the present invention, a semiconductor laser device that realizes optical distributed feedback by gain coupling based on periodic perturbation of the gain coefficient in the theory by Kogelnik et al. Is realized. Moreover, unlike the one described in the above-mentioned prior application, an opaque layer is provided without causing energy absorption loss,
Further, even if the diffraction grating is formed in the active layer, no defect is caused in the semiconductor crystal structure. Also, no antireflection device is required.
したがって、本発明の半導体レーザ装置では、２モード
発振を起こすことなく発振モードが安定であり、これを
予め設計設定することができる。本発明の半導体レーザ
装置は、回折格子の形成が簡単であり、素子端面に反射
防止膜を形成する必要もなく、その構造が簡単であり、
製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待され、
したがって安価である。しかも、上記先願発明の欠点を
除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に回折格
子を形成しても活性層の半導体結晶構造に欠陥を引き越
すことがないので、誘導放出光を効率的に発生させるこ
とができる。Therefore, in the semiconductor laser device of the present invention, the oscillation mode is stable without causing two-mode oscillation, and this can be designed and set in advance. In the semiconductor laser device of the present invention, the formation of the diffraction grating is simple, there is no need to form an antireflection film on the element end face, and the structure is simple,
The manufacturing process is simple, and good manufacturing yield is expected,
Therefore, it is inexpensive. Moreover, there is no energy absorption loss except for the drawbacks of the above-mentioned prior invention, and even if a diffraction grating is formed in the active layer, no defect is introduced into the semiconductor crystal structure of the active layer, so that stimulated emission light is efficiently emitted. Can be generated.
本発明の半導体レーザ装置は、その発振波長を予め設計
設定しそのとおりに製造することができ、しかも量産に
適するから、長距離光通信用、波長多重光通信用、光情
報処理装置、光情報記録装置、光応用計測装置その他各
種の光電子装置の光源としてきわめて有用である。Since the semiconductor laser device of the present invention can design and set its oscillation wavelength in advance and can be manufactured as it is, and is suitable for mass production, it is suitable for long-distance optical communication, wavelength multiplexing optical communication, optical information processing device, optical information. It is extremely useful as a light source for recording devices, optical measurement devices, and various other optoelectronic devices.
第１図は本発明実施例装置の構造図。 第２図は本発明実施例装置の要部結晶構造の走査型電子
顕微鏡写真。 第３図は本発明実施例装置の発光スペクトル特性図。 第４図は本発明実施例装置の温度特性図。 第５図は本発明の別の実施例装置の構造図。 第６図は従来例装置の発光スペクトル特性図。 １……基板、２……緩衝層、３……クラッド層、４……
半導体層、５……凹凸形状、６……緩衝層、７……活性
層、８……クラッド層、９……コンタクト層、10……電
極層、11……電極層、12……絶縁層。FIG. 1 is a structural diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a scanning electron micrograph of the crystal structure of the essential part of the device of the present invention. FIG. 3 is an emission spectrum characteristic diagram of the device of the present invention. FIG. 4 is a temperature characteristic diagram of the apparatus of the present invention. FIG. 5 is a structural diagram of an apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 6 is an emission spectrum characteristic diagram of the conventional device. 1 ... Substrate, 2 ... Buffer layer, 3 ... Clad layer, 4 ...
Semiconductor layer, 5 ... uneven shape, 6 ... buffer layer, 7 ... active layer, 8 ... clad layer, 9 ... contact layer, 10 ... electrode layer, 11 ... electrode layer, 12 ... insulating layer .
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細松 春夫 東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光計 測技術開発株式会社内 (72)発明者 岩岡 秀人 東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光計 測技術開発株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−248585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−212085（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Haruo Hosomatsu Inventor, 2-11-13 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo Inside photometer measurement technology development corporation (72) Hideto Iwaoka 2-11, Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo No. 13 Photometer Measurement Technology Development Co., Ltd. (56) References JP-A-1-248585 (JP, A) JP-A-61-22085 (JP, A)
Claims (2)
性層の一方の面に設けられこの活性層に光分布帰還を施
す回折格子とを備え、 前記回折格子は前記活性層の一方の面に発振波長に相応
する周期の凹凸形状として形成され、 この一方の面に形成された凹凸形状に接して薄い半導体
緩衝層を備えた 半導体レーザ装置において、 前記緩衝層はその厚さが0.01〜0.5μｍの範囲で実質的
に一様な厚さに形成され、 前記凹凸形状は、前記活性層において利得の変化が最大
限に生じるように、前記緩衝層の他面が接する半導体層
に印刻された凹凸形状と前記緩衝層を挟みほぼ合同な形
状である ことを特徴とする半導体レーザ装置。1. An active layer for generating stimulated emission light, and a diffraction grating provided on one surface of the active layer for performing distributed light feedback on the active layer, the diffraction grating being provided on one side of the active layer. In a semiconductor laser device having a thin semiconductor buffer layer formed on the surface as a concavo-convex shape having a period corresponding to the oscillation wavelength, and having a thin semiconductor buffer layer in contact with the concavo-convex shape formed on one surface, the buffer layer has a thickness of 0.01 to It is formed to have a substantially uniform thickness in the range of 0.5 μm, and the uneven shape is imprinted on the semiconductor layer with which the other surface of the buffer layer is in contact so that the change in gain is maximized in the active layer. A semiconductor laser device having a concavo-convex shape and a shape substantially congruent with the buffer layer sandwiched therebetween.
形状を印刻する工程と、 この半導体層の表面にその凹凸形状を保存して薄い緩衝
層を成長させる工程と、 この緩衝層の表面に現れる凹凸形状が回折格子となり、
かつその凹凸形状の凹部を埋めるようにこの凹凸形状の
上に誘導放出光を発生させる活性層を成長させる工程と を含む分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法におい
て、 前記活性層を成長させる工程は前記凹凸形状に対して厚
さが一様となるように成長させる工程であり、 前記活性層を成長させる工程の成長速度が、その成長に
より得られる表面が平坦になるように、前記緩衝層を成
長させる工程の成長速度より小さく設定された ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ装置の製造方
法。2. A step of imprinting a concavo-convex shape corresponding to a diffraction grating on a surface of a semiconductor layer, a step of preserving the concavo-convex shape on the surface of the semiconductor layer to grow a thin buffer layer, and a surface of the buffer layer. The uneven shape that appears in becomes a diffraction grating,
And a step of growing an active layer for generating stimulated emission light on the uneven shape so as to fill the concave part of the uneven shape, the method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser device, wherein the step of growing the active layer is In the step of growing so that the thickness is uniform with respect to the uneven shape, the growth rate of the step of growing the active layer is such that the buffer layer is formed so that the surface obtained by the growth becomes flat. A method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser device, wherein the growth speed is set to be lower than the growth rate of the growing step.
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1989
- 1989-06-30 JP JP1168729A patent/JPH07109928B2/en not_active Expired - Lifetime
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