JPH0745907A - Distributed feedback type semiconductor laser - Google Patents

Distributed feedback type semiconductor laser

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Publication number
JPH0745907A
JPH0745907A JP18980993A JP18980993A JPH0745907A JP H0745907 A JPH0745907 A JP H0745907A JP 18980993 A JP18980993 A JP 18980993A JP 18980993 A JP18980993 A JP 18980993A JP H0745907 A JPH0745907 A JP H0745907A
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JP
Japan
Prior art keywords
active layer
conductivity type
semiconductor laser
distributed feedback
layer
Prior art date
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Application number
JP18980993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Fujiwara
正敏 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0745907A publication Critical patent/JPH0745907A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a distributed feedback type laser of a gain coupling type being affected little by the distribution of a refractive index. CONSTITUTION:This laser is equipped with a first conductivity type clad layer 2 which is formed on a first conductivity type substrate 1a and of which the surface has an indented shape in which stripe-shaped projecting and recessed parts are disposed periodically in a direction of the waveguide of light and the recessed part has a flat bottom, an active layer 3 which is formed in a virtually uniform thickness on the clad layer 2 and in which an inhibited band width in a region formed on a flat bottom is larger than the inhibited band width in a region formed on a part other than the flat bottom, and a second conductivity type clad layer 4 disposed on the active layer.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、分布帰還型半導体レ
ーザに関し、特に利得結合型の分布帰還型半導体レーザ
の構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser, and more particularly to the structure of a gain coupled distributed feedback semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は従来の分布帰還型半導体レーザの
構造を示す、光が導波される方向(以下、導波路方向と
も称す)における断面図(図7(a) ),及び導波路方向
における等価屈折率分布を示した図(図7(b) )であ
る。図において、21は第1導電形GaAs半導体基板
である。22は基板21上に形成された、その表面にス
トライプ状の凹部と凸部とが光が導波される方向に所定
の周期で配置された凹凸構造を有する第1導電形AlG
aAsクラッド層である。23はクラッド層22上に形
成された、Al組成比がクラッド層22よりも大きい第
1導電形AlGaAsガイド層である。24はガイド層
23上に形成された、ガイド層23表面の凹凸構造の凹
部上の厚さが厚く凸部上の厚さが薄い、Al組成比がガ
イド層23よりも大きいAlGaAs活性層である。2
5は活性層24上にその表面が平坦になるように形成さ
れた、Al組成比が活性層24よりも小さい第2導電形
AlGaAsガイド層である。26は第2導電形ガイド
層25上に形成された、Al組成比がガイド層25より
も小さい第2導電形AlGaAsクラッド層である。ま
た、11及び12は電極である。
2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a structure of a conventional distributed feedback semiconductor laser, which is a sectional view (FIG. 7 (a)) in a direction in which light is guided (hereinafter also referred to as a waveguide direction) and a waveguide. FIG. 8 is a diagram showing the equivalent refractive index distribution in the direction (FIG. 7 (b)). In the figure, 21 is a GaAs semiconductor substrate of the first conductivity type. Reference numeral 22 denotes a first conductivity type AlG formed on the substrate 21 and having a concavo-convex structure on the surface of which concave and convex stripes are arranged at a predetermined cycle in the direction in which light is guided.
It is an aAs clad layer. Reference numeral 23 is a first conductivity type AlGaAs guide layer formed on the cladding layer 22 and having an Al composition ratio higher than that of the cladding layer 22. Reference numeral 24 is an AlGaAs active layer formed on the guide layer 23, in which the thickness of the concave portion of the concave-convex structure on the surface of the guide layer 23 is large and the thickness of the convex portion is small, and the Al composition ratio is larger than that of the guide layer 23. . Two
Reference numeral 5 is a second conductivity type AlGaAs guide layer having a smaller Al composition ratio than the active layer 24 and formed on the active layer 24 so as to have a flat surface. Reference numeral 26 is a second conductivity type AlGaAs cladding layer formed on the second conductivity type guide layer 25 and having an Al composition ratio smaller than that of the guide layer 25. Further, 11 and 12 are electrodes.

【0003】次に動作について説明する。本従来例にお
いては、基板21とクラッド層26との間に順バイアス
方向に電流を流すと、活性層23でキャリアの反転分布
が生じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。あ
る一定の電流値を超えたところで、活性層23の導波路
方向で共振現象が生じ、レーザ発振が起こる。
Next, the operation will be described. In this conventional example, when a current is passed between the substrate 21 and the cladding layer 26 in the forward bias direction, population inversion of carriers occurs in the active layer 23, and light is generated by recombination of the carriers. When a certain current value is exceeded, a resonance phenomenon occurs in the waveguide direction of the active layer 23 and laser oscillation occurs.

【0004】このとき、図7の分布帰還型半導体レーザ
では、活性層24の層厚が導波路方向において周期的に
変化しているため、導波路方向において活性層の層厚の
変化に応じた利得分布が形成される。従って、この分布
帰還型半導体レーザは、利得結合型の分布帰還型レーザ
として、ガイド層23,活性層24,及びガイド層25
が有する凹凸構造によって構成される回折格子の周期で
きまる波長(ブラッグ波長)でレーザ発振する。その結
果、レーザ発振の縦モードが単一になる。
At this time, in the distributed feedback semiconductor laser of FIG. 7, since the layer thickness of the active layer 24 is periodically changed in the waveguide direction, the layer thickness of the active layer is changed in the waveguide direction. A gain distribution is formed. Therefore, this distributed feedback semiconductor laser is a gain-coupled distributed feedback laser as a guide layer 23, an active layer 24, and a guide layer 25.
Laser oscillation is performed at a wavelength (Bragg wavelength) that can be formed by the period of the diffraction grating configured by the uneven structure of. As a result, the laser oscillation has a single longitudinal mode.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の分布帰還型半導
体レーザは、以上のように構成されており、活性層24
の厚さ分布に起因して生じる利得分布以外に、ガイド層
23と活性層24の屈折率が異なるため、活性層24の
厚さの周期的な変化によって、図7(b) に示すように、
導波路方向で屈折率分布も生じている。理論的によく知
られているように、分布帰還型半導体レーザにおいて、
屈折率分布のある導波路を用いた場合、厳密には回折格
子の周期から決まる波長(ブラッグ波長)に対し等間隔
だけ離れた2つの波長に発振モードが存在する。その結
果、このような、導波路に屈折率分布を有する分布帰還
型半導体レーザを安定して単一モード発振させるために
は、レーザ端面の反射率を制御することにより最低利得
のモードが一つになるようにする等の構造上の工夫が必
要である。即ち、従来の分布帰還型半導体レーザでは、
利得結合型の構造に屈折率結合が影響を与えることによ
り、単一モード発振の安定性が悪くなるという問題点が
あった。
The conventional distributed feedback type semiconductor laser is constructed as described above, and the active layer 24
In addition to the gain distribution generated due to the thickness distribution of the active layer 24, the refractive index of the guide layer 23 and the active layer 24 are different from each other. Therefore, as shown in FIG. ,
A refractive index distribution also occurs in the waveguide direction. As is well known theoretically, in distributed feedback semiconductor lasers,
When a waveguide having a refractive index distribution is used, strictly speaking, oscillation modes exist at two wavelengths that are separated by an equal interval with respect to the wavelength (Bragg wavelength) determined by the period of the diffraction grating. As a result, in order to stably oscillate such a distributed feedback semiconductor laser having a refractive index distribution in the waveguide as described above, one mode with the lowest gain can be obtained by controlling the reflectance of the laser end face. It is necessary to devise the structure such as That is, in the conventional distributed feedback semiconductor laser,
There is a problem that the stability of single mode oscillation is deteriorated due to the influence of the refractive index coupling on the gain coupling type structure.

【0006】また、従来の分布帰還型レーザにおいて
は、クラッド層22上の凹凸構造の周期により、半導体
レーザの発振波長が決定されるため、現在の凹凸の形成
技術では、発振波長が1μm以下の分布帰還型半導体レ
ーザを製造することが非常に困難であるという問題点が
あった。
Further, in the conventional distributed feedback laser, since the oscillation wavelength of the semiconductor laser is determined by the period of the uneven structure on the cladding layer 22, the current unevenness forming technique has an oscillation wavelength of 1 μm or less. There is a problem that it is very difficult to manufacture a distributed feedback semiconductor laser.

【0007】本発明は以上のような問題点を解決するた
めになされたものであり、単一モード発振特性が良好な
分布帰還型半導体レーザを得ること、また、さらに1μ
m以下の発振波長が得られる分布帰還型半導体レーザを
得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and obtains a distributed feedback semiconductor laser having a good single-mode oscillation characteristic, and further 1 μm.
It is an object of the present invention to obtain a distributed feedback semiconductor laser capable of obtaining an oscillation wavelength of m or less.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明に係る分布帰還
型半導体レーザは、第1導電形半導体基板上に形成され
た、その表面が、ストライプ状の凸部と凹部とが光の導
波される方向に周期的に配置されてなり,上記凹部に平
坦な底面を有する凹凸形状である第1導電形クラッド層
と、上記第1導電形クラッド層上に、ほぼ均一な厚さと
なるように、かつ、上記平坦な底面上に形成された領域
の禁制帯幅が上記平坦な底面上以外の部分上に形成され
た領域の禁制帯幅より大きくなるように、上記平坦な底
面上では秩序化もしくは微小な程度に無秩序化するよ
う、上記平坦な底面上以外の部分上では上記平坦な底面
上よりも大きな程度で無秩序化するよう結晶成長された
活性層と、該活性層上に配置された第2導電形クラッド
層とを備えたものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION A distributed feedback semiconductor laser according to the present invention is formed on a first conductivity type semiconductor substrate, the surface of which has stripe-shaped convex portions and concave portions for guiding light. The first conductivity type clad layer having a concave and convex shape having a flat bottom surface in the recess, and a substantially uniform thickness on the first conductivity type clad layer, And, on the flat bottom surface, the forbidden band width of the region formed on the flat bottom surface is larger than the forbidden band width of the area formed on the portion other than the flat bottom surface. An active layer crystal-grown so as to be disordered to a greater extent than on the flat bottom surface on portions other than the flat bottom surface so as to be disordered to a minute degree, and a first layer disposed on the active layer. With two conductivity type clad layers That.

【0009】また、この発明に係る分布帰還型半導体レ
ーザは、第1導電形半導体基板上に形成された、その表
面が、ストライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方
向に周期的に配置されてなり,上記凸部に平坦な頂上面
を有する凹凸形状である第1導電形クラッド層と、該第
1導電形クラッド層上に、ほぼ均一な厚さとなるよう
に、かつ、上記平坦な頂上面上に形成された領域の禁制
帯幅が上記平坦な頂上面上以外の部分上に形成された領
域の禁制帯幅より大きくなるように、上記平坦な頂上面
上では秩序化もしくは微小な程度に無秩序化するよう、
上記平坦な頂上面上以外の部分上では上記平坦な頂上面
上よりも大きな程度で無秩序化するよう結晶成長された
活性層と、該活性層上に配置された第2導電形クラッド
層とを備えたものである。
Further, in the distributed feedback semiconductor laser according to the present invention, the stripe-shaped convex portions and concave portions formed on the first conductivity type semiconductor substrate are periodically arranged in the light guiding direction. And a first conductivity type clad layer having an uneven shape having a flat top surface in the convex portion, and a substantially uniform thickness on the first conductivity type clad layer, and Ordered on the flat top surface such that the band gap width of the area formed on the flat top surface is larger than the band gap width of the area formed on a portion other than the flat top surface. Or to be disordered to a very small degree,
An active layer crystal-grown so as to be disordered to a greater extent than that on the flat top surface on a portion other than the flat top surface, and a second-conductivity-type cladding layer disposed on the active layer. Be prepared.

【0010】また、この発明に係る分布帰還型半導体レ
ーザは、第1導電形半導体基板上に形成された、その表
面が、ストライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方
向に周期的に配置されてなり,上記凹部に平坦な底面を
有し上記凸部に平坦な頂上面を有する凹凸形状である第
1導電形クラッド層と、該第1導電形クラッド層上に、
ほぼ均一な厚さとなるように、かつ、上記平坦な底面及
び頂上面上に形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な底
面及び頂上面上以外の部分上に形成された領域の禁制帯
幅より大きくなるように、上記平坦な面上では秩序化も
しくは微小な程度に無秩序化するよう、上記平坦な面上
以外の部分上では上記平坦な面上よりも大きな程度で無
秩序化するよう結晶成長された活性層と、該活性層上に
配置された第2導電形クラッド層とを備えたものであ
る。
Further, in the distributed feedback semiconductor laser according to the present invention, the stripe-shaped convex portions and concave portions formed on the first conductivity type semiconductor substrate are periodically arranged in the light guiding direction. On the first conductivity type clad layer, the first conductivity type clad layer having an uneven shape having a flat bottom surface in the recess and a flat top surface in the projection,
The forbidden band width of the region formed on the flat bottom surface and the top surface has a substantially uniform thickness, and the forbidden band width of the region formed on a portion other than the flat bottom surface and the top surface. Crystal growth so that it becomes larger and disordered to a larger extent on the flat surface, and disordered to a greater extent than on the flat surface on portions other than the flat surface. And a second conductivity type clad layer disposed on the active layer.

【0011】[0011]

【作用】この発明においては、第1導電形半導体基板上
に形成された、その表面が、ストライプ状の凸部と凹部
とが光の導波される方向に周期的に配置されてなり,上
記凹部に平坦な底面を有する凹凸形状である第1導電形
クラッド層と、上記第1導電形クラッド層上にほぼ均一
な厚さに形成された、上記平坦な底面上に形成された領
域の禁制帯幅が上記平坦な底面上以外の部分上に形成さ
れた領域の禁制帯幅より大きい活性層と、該活性層上に
配置された第2導電形クラッド層とを備えたから、活性
層に利得分布を発生させ、かつ、屈折率分布を大幅に減
少させることができ、屈折率分布の影響を受けない安定
した単一モード発振が得られる利得結合型の分布帰還型
半導体レーザを実現できる。
According to the present invention, the surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type is provided with stripe-shaped convex portions and concave portions periodically arranged in the light guiding direction. Concavity and convexity of the first conductivity type clad layer having a flat bottom surface, and prohibition of a region formed on the first bottom surface of the first conductivity type clad layer and having a substantially uniform thickness Since an active layer having a band width larger than the forbidden band width of a region formed on a portion other than the flat bottom surface and a second-conductivity-type cladding layer arranged on the active layer are provided, the active layer has a gain. It is possible to realize a gain-coupled distributed feedback semiconductor laser that can generate a distribution and can significantly reduce the refractive index distribution, and can obtain stable single-mode oscillation that is not affected by the refractive index distribution.

【0012】また、この発明においては、第1導電形半
導体基板上に形成された、その表面が、ストライプ状の
凸部と凹部とが光の導波される方向に周期的に配置され
てなり,上記凸部に平坦な頂上面を有する凹凸形状であ
る第1導電形クラッド層と、上記第1導電形クラッド層
上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平坦な頂上面上
に形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な頂上面上以外
の部分上に形成された領域の禁制帯幅より大きい活性層
と、該活性層上に配置された第2導電形クラッド層とを
備えたから、活性層に利得分布を発生させ、かつ、屈折
率分布を大幅に減少させることができ、屈折率分布の影
響を受けない安定した単一モード発振が得られる利得結
合型の分布帰還型半導体レーザを実現できる。
Further, in the present invention, the surface formed on the first conductivity type semiconductor substrate has stripe-shaped convex portions and concave portions periodically arranged in the light guiding direction. , A first conductivity type clad layer having an uneven shape having a flat top surface on the convex portion, and formed on the flat top surface formed on the first conductivity type clad layer to a substantially uniform thickness An active layer having a forbidden band width larger than the forbidden band width of a region formed on a portion other than the flat top surface, and a second-conductivity-type cladding layer disposed on the active layer. Therefore, a gain-coupled distributed feedback semiconductor that can generate a gain distribution in the active layer and can significantly reduce the refractive index distribution and can obtain stable single-mode oscillation without being affected by the refractive index distribution. A laser can be realized.

【0013】また、この発明においては、第1導電形半
導体基板上に形成された、第1導電形半導体基板上に形
成された、その表面が、ストライプ状の凸部と凹部とが
光の導波される方向に周期的に配置されてなり,上記凹
部に平坦な底面を有し上記凸部に平坦な頂上面を有する
凹凸形状である第1導電形クラッド層と、上記第1導電
形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平
坦な底面上及び頂上面上に形成された領域の禁制帯幅が
上記平坦な底面上及び頂上面上以外の部分上に形成され
た領域の禁制帯幅より大きい活性層と、該活性層上に配
置された第2導電形クラッド層とを備えたから、屈折率
分布の影響を受けない利得結合型の分布帰還型半導体レ
ーザを実現でき、さらに、利得分布の周期として、現在
の凹凸形成技術で形成可能な周期構造の最短周期よりも
短い周期を得ることができ、発振波長が1μm以下であ
る高性能な利得結合型の分布帰還型半導体レーザを得る
ことができる。
Further, according to the present invention, the surface of the first conductivity type semiconductor substrate formed on the first conductivity type semiconductor substrate has a stripe-shaped convex portion and a concave portion for conducting light. A clad layer of the first conductivity type which is periodically arranged in a wave direction, has a flat bottom surface in the concave portion, and has a flat top surface in the convex portion, and the clad layer of the first conductivity type; A region formed on the flat bottom surface and the top top surface having a substantially uniform thickness, and a forbidden band width formed on a portion other than the flat bottom surface and the top top surface. Since the active layer having a larger forbidden band width and the second-conductivity-type cladding layer disposed on the active layer are provided, a gain-coupled distributed feedback semiconductor laser that is not affected by the refractive index distribution can be realized. Furthermore, as the period of the gain distribution, it is Can be obtained a period shorter than the shortest period of growth possible periodic structure, the oscillation wavelength can be obtained distributed feedback semiconductor laser of high performance gain coupled type is 1μm or less.

【0014】[0014]

【実施例】実施例1.図1は本発明の第1の実施例によ
る分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向に
おける断面図であり、図において、1aは表面にストラ
イプ状の凹部と凸部とが光が導波される方向に所定の周
期で配置された凹凸構造を有する第1導電形GaAs基
板であり、その凹凸構造を構成する凹部の底に(10
0)面を有している。2は該基板1a上に形成された、
その厚みが基板1表面の凹部上と凸部上とでほぼ均一で
ある第1導電型AlGaInPクラッド層であり、その
表面は、基板表面の凹凸形状に沿った,凹部の底に平坦
な(100)面を有する凹凸形状である。3はクラッド
層2上に形成された、その厚さが基板1表面の凹部の上
部と凸部の上部とでほぼ均一であるGaInP活性層で
あり、クラッド層2の(100)面上に形成された活性
層5と、(100)面以外の面上に形成された活性層6
とを含む。4は活性層2上に形成された、その厚さが基
板1a表面の凹部の上部と凸部の上部とで均一である第
2導電形AlGaInPクラッド層、7はクラッド層4
上に形成された、その表面が平坦である第2導電形Ga
Asコンタクト層、11及び12は電極である。また、
矢印8は本実施例による分布帰還型半導体レーザにおけ
る光の導波方向を示す。
EXAMPLES Example 1. FIG. 1 is a sectional view in the waveguide direction showing the structure of the distributed feedback semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1a denotes a surface in which stripe-shaped concave and convex portions guide light. It is a first-conductivity-type GaAs substrate having a concavo-convex structure arranged in a waved direction at a predetermined cycle, and the first conductive type GaAs substrate is provided with (10
0) surface. 2 is formed on the substrate 1a,
It is a first conductivity type AlGaInP clad layer whose thickness is substantially uniform on the concave portion and the convex portion on the surface of the substrate 1, and its surface is flat at the bottom of the concave portion along the uneven shape of the substrate surface (100 ) It is an uneven shape having a surface. Reference numeral 3 denotes a GaInP active layer formed on the clad layer 2, the thickness of which is substantially uniform between the upper portion of the concave portion and the upper portion of the convex portion on the surface of the substrate 1, and is formed on the (100) plane of the cladding layer 2. Active layer 5 and active layer 6 formed on a plane other than the (100) plane
Including and Reference numeral 4 denotes a second conductivity type AlGaInP clad layer formed on the active layer 2, the thickness of which is uniform between the upper portion of the concave portion and the upper portion of the convex portion on the surface of the substrate 1a, and 7 is the cladding layer 4
A second conductivity type Ga formed on top of which has a flat surface
As contact layers, 11 and 12 are electrodes. Also,
The arrow 8 indicates the light guiding direction in the distributed feedback semiconductor laser according to the present embodiment.

【0015】次に製造方法について説明する。まず、G
aAs基板1a上に干渉露光法、EB(Electron Beam
)露光法等を用いて写真製版を行い、エッチングする
ことによりストライプ状の凹部と凸部により構成される
凹凸構造を形成する。なお、FIB(Focused Ion Bea
m)等により直接基板1aに凹凸構造を形成してもよ
い。このとき、凹部の底に(100)面が形成され、こ
の(100)面以外の領域には(100)面に対して傾
いた面が形成されるようにする。その後、凹凸構造を形
成した基板1a上に、第1導電形AlGaInPクラッ
ド層2,GaInP活性層3,及び第2導電形AlGa
InPクラッド層4を連続的に気相成長法により形成す
る。このとき、基板1aの凹部の(100)面上に形成
されたクラッド層2の凹部上にも(100)面が形成さ
れるように、基板1aの凹部の(100)面の幅等を調
整しておく。ここで、本実施例の半導体レーザの活性層
を構成する材料であるGaInPは、所定の成長条件下
では、(100)面上では構成原子の配列が周期性を有
する秩序化した状態で、また、(100)面に対して傾
いた面上では構成原子の配列の周期性が乱れた無秩序化
した状態で形成される。本実施例の製造工程における上
記気相成長は、GaInPからなる活性層が、上述のよ
うに(100)面上では構成原子の配列が周期性を有す
る秩序化した状態で、また、(100)面に対して傾い
た面上では構成原子の配列の周期性が乱れた無秩序化し
た状態で形成される成長条件で行なう。これにより、凹
部底面上の位置には秩序化した活性層5が形成され、凹
部底面上以外の部分上には無秩序化した活性層6が形成
される。その後、第2導電形クラッド層4上に第2導電
形GaAsコンタクト層7を成長し、光の導波方向に対
して、横方向の電流及び光の閉じ込めができるような拡
散ストライプ型,リッジ型等の構造に加工した後、電極
11,12を形成して図1に示す分布帰還型半導体レー
ザが完成する。
Next, the manufacturing method will be described. First, G
Interference exposure method, EB (Electron Beam) on the aAs substrate 1a
) Photolithography is performed using an exposure method or the like, and etching is performed to form a concavo-convex structure composed of stripe-shaped concave portions and convex portions. In addition, FIB (Focused Ion Bea)
An uneven structure may be directly formed on the substrate 1a by m) or the like. At this time, a (100) plane is formed on the bottom of the recess, and a surface inclined with respect to the (100) plane is formed in a region other than the (100) plane. Then, the first conductivity type AlGaInP clad layer 2, the GaInP active layer 3, and the second conductivity type AlGa are formed on the substrate 1a having the uneven structure.
The InP clad layer 4 is continuously formed by the vapor phase epitaxy method. At this time, the width of the (100) plane of the recess of the substrate 1a is adjusted so that the (100) plane is also formed on the recess of the clad layer 2 formed on the (100) plane of the recess of the substrate 1a. I'll do it. Here, GaInP, which is a material forming the active layer of the semiconductor laser of the present embodiment, under a predetermined growth condition, in the (100) plane, the arrangement of the constituent atoms has an orderly structure with periodicity, and , Are formed in a disordered state in which the periodicity of the arrangement of the constituent atoms is disturbed on the plane inclined with respect to the (100) plane. In the vapor phase growth in the manufacturing process of the present embodiment, the active layer made of GaInP is in an ordered state in which the arrangement of the constituent atoms is periodic on the (100) plane as described above, and the (100) On a plane inclined with respect to the plane, the growth condition is such that the periodicity of the arrangement of the constituent atoms is disturbed and disordered. As a result, the ordered active layer 5 is formed at the position on the bottom surface of the recess, and the disordered active layer 6 is formed on the portion other than the bottom surface of the recess. Then, a second conductivity type GaAs contact layer 7 is grown on the second conductivity type clad layer 4, and a diffusion stripe type or a ridge type capable of confining current and light in the lateral direction with respect to the light guiding direction. After being processed into the above structure, the electrodes 11 and 12 are formed to complete the distributed feedback semiconductor laser shown in FIG.

【0016】次に動作について説明する。図1に示す本
実施例の分布帰還型半導体レーザの基板1aとコンタク
ト層7との間に順バイアス方向に電流を流すと、活性層
3でキャリアの反転分布が生じ、そのキャリアの再結合
により光が発生する。
Next, the operation will be described. When a current is passed between the substrate 1a and the contact layer 7 of the distributed feedback semiconductor laser of this embodiment shown in FIG. 1 in the forward bias direction, population inversion of carriers occurs in the active layer 3 and the carriers are recombined. Light is generated.

【0017】ここで、GaInP結晶は、無秩序状態に
結晶成長された結晶の方が、秩序状態に結晶成長された
結晶よりも禁制帯幅が広いことが知られている。即ち、
本実施例では、禁制帯幅の狭い,秩序化した活性層5
と、禁制帯幅の広い,無秩序化した活性層6とが周期的
に配置された構造となっており、このような構造におい
ては、上述したキャリアの再結合による光の発生は、そ
の殆どが禁制帯幅の小さい,秩序化した活性層5におい
て生じる。従って、本実施例では基板1aに形成された
凹凸構造の周期(凹部の周期)に応じた利得の分布を得
ることができ、利得結合型の分布帰還型半導体レーザと
して動作する。
Here, it is known that the GaInP crystal has a band gap wider in a crystal grown in a disordered state than in a crystal grown in an ordered state. That is,
In this embodiment, the ordered active layer 5 having a narrow band gap is used.
And a disordered active layer 6 having a wide forbidden band are periodically arranged. In such a structure, most of the above-mentioned generation of light due to carrier recombination occurs. It occurs in the ordered active layer 5 having a small band gap. Therefore, in this embodiment, it is possible to obtain a gain distribution according to the period (period of the concave portion) of the concave-convex structure formed on the substrate 1a, and the gain-coupling type distributed feedback semiconductor laser operates.

【0018】このように(100)面上の活性層5で発
生した光は、層厚方向に若干の広がりをもって図1中の
矢印8で示す方向に導波され、ある一定の電流値を超え
たところで活性層3の導波路方向で共振現象が生じ、レ
ーザ発振が起こる。
As described above, the light generated in the active layer 5 on the (100) plane is guided in a direction indicated by an arrow 8 in FIG. 1 with a slight spread in the layer thickness direction and exceeds a certain current value. By the way, a resonance phenomenon occurs in the waveguide direction of the active layer 3 and laser oscillation occurs.

【0019】また、本実施例の半導体レーザにおいて
は、活性層3の上下に配置されたクラッド層2及び4は
同一材料で構成され、その厚さの合計は導波路方向のど
の位置においてもほぼ同じである。また、活性層3の厚
さも導波路方向のどの位置においてもほぼ同じであり、
無秩序化した活性層6は、秩序化した活性層5より屈折
率が小さいが、その差は1%程度にすぎない。従って、
活性層3近傍の等価屈折率を考えた場合、導波路方向に
おいてはほとんど屈折率分布は存在せず、図7に示す従
来の分布帰還型半導体レーザに比して屈折率結合の影響
を大幅に低減することができる。前述もしたように、導
波路に屈折率分布を有する分布帰還型半導体レーザを単
一モード発振させるためには、レーザ端面の反射率を制
御することにより最低利得のモードが一つになるように
する等の構造上の工夫が必要となる。しかし、本実施例
においては、上述のように屈折率分布を大幅に低減させ
ることができ、利得分布のみを持たせることができるの
で、レーザ端面の反射率の制御等の工夫をせずに安定な
単一モード発振を実現することができる。
Further, in the semiconductor laser of this embodiment, the cladding layers 2 and 4 disposed above and below the active layer 3 are made of the same material, and the total thickness thereof is almost the same at any position in the waveguide direction. Is the same. Further, the thickness of the active layer 3 is almost the same at any position in the waveguide direction,
The disordered active layer 6 has a smaller refractive index than the disordered active layer 5, but the difference is only about 1%. Therefore,
Considering the equivalent refractive index in the vicinity of the active layer 3, there is almost no refractive index distribution in the waveguide direction, and the influence of the refractive index coupling is significantly larger than that of the conventional distributed feedback semiconductor laser shown in FIG. It can be reduced. As described above, in order to oscillate the distributed feedback type semiconductor laser having the refractive index distribution in the waveguide in the single mode, the reflectance of the laser facet is controlled so that the lowest gain mode becomes one. It is necessary to devise the structure such as doing. However, in the present embodiment, as described above, the refractive index distribution can be greatly reduced and only the gain distribution can be provided, so that the laser end face can be stabilized without any control such as controlling the reflectance. It is possible to realize simple single mode oscillation.

【0020】このように本実施例においては、GaAs
基板1aの表面に、その凹部の底に(100)面を備え
た所定周期の凹凸構造を形成し、該基板1a上に、その
表面が、基板表面の凹凸形状に沿った,凹部の底に平坦
な(100)面を有する凹凸形状であるクラッド層2
と、上記第1導電形クラッド層上に、ほぼ均一な厚さと
なるように、かつ、(100)面上に形成された領域の
禁制帯幅が(100)面上以外の部分上に形成された領
域の禁制帯幅より大きくなるように、(100)面上で
は秩序化するよう、(100)面上以外の部分上では無
秩序化するよう結晶成長された活性層3と、該活性層上
に配置されたクラッド層4とを備えた構成としたので、
活性層3に利得分布を持たせることができ、さらに、導
波路方向の活性層3近傍の等価屈折率分布を大幅に低減
させることができるから、屈折率分布の影響を受けな
い、安定した単一モード発振が得られる分布帰還型半導
体レーザを実現できる。
As described above, in the present embodiment, GaAs
A concave-convex structure having a (100) plane is formed on the surface of the substrate 1a at the bottom of the concave portion, and the surface is formed on the bottom of the concave portion along the concave-convex shape of the substrate surface on the substrate 1a. Clad layer 2 having an uneven shape having a flat (100) surface
And a forbidden band width of a region formed on the (100) plane is formed on the portion other than the (100) plane so as to have a substantially uniform thickness on the first conductivity type clad layer. The active layer 3 is crystal-grown so as to be larger than the forbidden band width of the region, ordered on the (100) plane, and disordered on a portion other than the (100) plane, and the active layer 3 on the active layer. Since it is configured to include the cladding layer 4 arranged in
Since the active layer 3 can have a gain distribution and the equivalent refractive index distribution in the vicinity of the active layer 3 in the waveguide direction can be significantly reduced, a stable single layer that is not affected by the refractive index distribution can be obtained. It is possible to realize a distributed feedback semiconductor laser that can obtain one-mode oscillation.

【0021】実施例2.図2は本発明の第2の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
における断面図である。図において、1bは表面にスト
ライプ状の凹部と凸部とが光が導波される方向に所定の
周期で配置された凹凸構造を有する第1導電形GaAs
基板であり、その凹凸構造を構成する凸部の頂上に(1
00)面を有している。2は該基板1b上に形成され
た、その厚みが基板1表面の凹部上と凸部上とでほぼ均
一である第1導電型AlGaInPクラッド層であり、
その表面は、基板表面の凹凸形状に沿った,凸部の頂上
に平坦な(100)面を有する凹凸形状である。3はク
ラッド層2上に形成された、その厚さが基板1表面の凹
部の上部と凸部の上部とでほぼ均一であるGaInP活
性層であり、クラッド層2の(100)面上に形成され
た活性層5と、(100)面以外の面上に形成された活
性層6とを含む。4は活性層2上に形成された、その厚
さが基板1b表面の凹部の上部と凸部の上部とで均一で
ある第2導電形AlGaInPクラッド層、7はクラッ
ド層4上に形成された、その表面が平坦である第2導電
形GaAsコンタクト層、11及び12は電極である。
また、矢印9は本実施例による分布帰還型半導体レーザ
における光の導波方向を示す。
Example 2. FIG. 2 is a sectional view in the waveguide direction showing the structure of the distributed feedback semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention. In the figure, 1b is a first-conductivity-type GaAs having a concavo-convex structure in which stripe-shaped concave portions and convex portions are arranged on the surface at a predetermined cycle in the direction in which light is guided.
It is a substrate, and (1
00) surface. Reference numeral 2 denotes a first conductivity type AlGaInP clad layer formed on the substrate 1b, the thickness of which is substantially uniform on the concave portion and the convex portion on the surface of the substrate 1,
The surface has an uneven shape having a flat (100) surface on the top of the convex portion along the uneven shape of the substrate surface. Reference numeral 3 denotes a GaInP active layer formed on the clad layer 2, the thickness of which is substantially uniform between the upper portion of the concave portion and the upper portion of the convex portion on the surface of the substrate 1, and is formed on the (100) plane of the cladding layer 2. And the active layer 6 formed on a surface other than the (100) surface. 4 is a second conductivity type AlGaInP clad layer formed on the active layer 2, the thickness of which is uniform between the upper part of the concave portion and the upper part of the convex portion on the surface of the substrate 1b, and 7 is formed on the clad layer 4. The second conductivity type GaAs contact layer having a flat surface, and 11 and 12 are electrodes.
Further, an arrow 9 indicates the waveguide direction of light in the distributed feedback semiconductor laser according to this embodiment.

【0022】次に製造方法について説明する。本実施例
の半導体レーザの製造工程では、基板に凹凸構造を形成
する際に、その凸部の頂上に(100)面が形成され、
この(100)面以外の領域には(100)面に対して
傾いた面が形成されるようにする。その後の工程は上記
第1の実施例による半導体レーザの製造工程と全く同様
である。即ち、凹凸構造を形成した基板1b上に、第1
導電形AlGaInPクラッド層2,GaInP活性層
3,及び第2導電形AlGaInPクラッド層4を連続
的に気相成長法により形成する。ここで、上記気相成長
は、GaInPからなる活性層が、(100)面上では
秩序化した状態で、また、(100)面に対して傾いた
面上では無秩序化した状態で形成される成長条件で行な
う。これにより、凸部頂上面上の位置には秩序化した活
性層5が形成され、凸部頂上面上以外の部分上には無秩
序化した活性層6が形成される。その後、第2導電形ク
ラッド層4上に第2導電形GaAsコンタクト層7を成
長し、光の導波方向に対して、横方向の電流及び光の閉
じ込めができるような拡散ストライプ型,リッジ型等の
構造に加工した後、電極11,12を形成して図2に示
す分布帰還型半導体レーザが完成する。
Next, the manufacturing method will be described. In the manufacturing process of the semiconductor laser of the present embodiment, when the uneven structure is formed on the substrate, the (100) plane is formed on the top of the convex portion,
A surface inclined with respect to the (100) plane is formed in a region other than the (100) plane. The subsequent steps are exactly the same as the steps for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment. That is, the first substrate is formed on the substrate 1b having the uneven structure.
The conductivity type AlGaInP clad layer 2, the GaInP active layer 3, and the second conductivity type AlGaInP clad layer 4 are continuously formed by the vapor phase growth method. Here, in the vapor phase growth, the active layer made of GaInP is formed in an ordered state on the (100) plane and in a disordered state on a plane inclined with respect to the (100) plane. Perform under growth conditions. As a result, the ordered active layer 5 is formed at a position on the top surface of the convex portion, and the disordered active layer 6 is formed on a portion other than the top surface of the convex portion. Then, a second conductivity type GaAs contact layer 7 is grown on the second conductivity type clad layer 4, and a diffusion stripe type or a ridge type capable of confining current and light in the lateral direction with respect to the light guiding direction. After processing into the above structure, the electrodes 11 and 12 are formed to complete the distributed feedback semiconductor laser shown in FIG.

【0023】次に動作について説明する。本実施例の動
作原理は上記第1の実施例と全く同様である。即ち、図
2中の基板1bとコンタクト層7との間に順バイアス方
向に電流を流すと、活性層3でキャリアの反転分布が生
じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。本第2
の実施例においても、上記第1の実施例と同様、禁制帯
幅の狭い,秩序化した活性層5と、禁制帯幅の広い,無
秩序化した活性層6とが周期的に配置された構造となっ
ており、このような構造においては、上述したキャリア
の再結合による光の発生は、その殆どが、禁制帯幅の小
さい,秩序化した活性層5において生じる。従って、基
板1bに形成された凹凸構造の周期(凸部の周期)に応
じた利得の分布を得ることができ、利得結合型の分布帰
還型半導体レーザとして動作する。このように(10
0)面上の活性層5で発生した光は、層厚方向に若干の
広がりをもって図2中の矢印9で示す方向に導波され、
ある一定の電流値を超えたところで活性層3の導波路方
向で共振現象が生じ、レーザ発振が起こる。
Next, the operation will be described. The operation principle of this embodiment is exactly the same as that of the first embodiment. That is, when a current is passed between the substrate 1b and the contact layer 7 in FIG. 2 in the forward bias direction, population inversion of carriers occurs in the active layer 3 and light is generated by recombination of the carriers. Book second
In the second embodiment, as in the first embodiment, the active layer 5 having a narrow bandgap and disordered and the active layer 6 having a wide bandgap and disordered are periodically arranged. In such a structure, most of the above-described generation of light due to recombination of carriers occurs in the ordered active layer 5 having a small forbidden band width. Therefore, it is possible to obtain a gain distribution according to the period of the concave-convex structure formed on the substrate 1b (the period of the convex portion), and the gain-coupling type distributed feedback semiconductor laser operates. Thus (10
The light generated in the active layer 5 on the (0) plane is guided in a direction indicated by an arrow 9 in FIG. 2 with a slight spread in the layer thickness direction,
When a certain current value is exceeded, a resonance phenomenon occurs in the waveguide direction of the active layer 3 and laser oscillation occurs.

【0024】また、本実施例の半導体レーザにおいて
も、上記第1の実施例と同様、活性層3の上下に配置さ
れたクラッド層2及び4は同一材料で構成され、その厚
さの合計は導波路方向のどの位置においてもほぼ同じで
あり、また、活性層3の厚さも導波路方向のどの位置に
おいてもほぼ同じである。従って、上記第1の実施例と
同様、導波路方向においてはほとんど屈折率分布は存在
せず、図7に示す従来の分布帰還型半導体レーザに比し
て屈折率結合の影響を大幅に低減することができ、レー
ザ端面の反射率の制御等の工夫をせずに単一モード発振
を実現することができる。
Also in the semiconductor laser of this embodiment, the cladding layers 2 and 4 disposed above and below the active layer 3 are made of the same material, and the total thickness thereof is the same as in the first embodiment. It is almost the same at any position in the waveguide direction, and the thickness of the active layer 3 is also substantially the same at any position in the waveguide direction. Therefore, similar to the first embodiment, there is almost no refractive index distribution in the waveguide direction, and the influence of refractive index coupling is greatly reduced as compared with the conventional distributed feedback semiconductor laser shown in FIG. Therefore, single mode oscillation can be realized without any ingenuity such as controlling the reflectance of the laser end face.

【0025】このように本実施例においては、GaAs
基板1bの表面に、その凸部の頂上に(100)面を備
えた所定周期の凹凸構造を形成し、該基板1b上に、そ
の表面が、基板表面の凹凸形状に沿った,凸部の頂上に
平坦な(100)面を有する凹凸形状であるクラッド層
2と、上記第1導電形クラッド層上に、ほぼ均一な厚さ
となるように、かつ、(100)面上に形成された領域
の禁制帯幅が(100)面上以外の部分上に形成された
領域の禁制帯幅より大きくなるように、(100)面上
では秩序化するよう、(100)面上以外の部分上では
無秩序化するよう結晶成長された活性層3と、該活性層
上に配置されたクラッド層4とを備えた構成としたの
で、活性層3に利得分布を持たせることができ、さら
に、導波路方向の活性層3近傍の等価屈折率分布を大幅
に低減させることができるから、上記第1の実施例と同
様、屈折率分布の影響を受けない、安定した単一モード
発振が得られる分布帰還型半導体レーザを実現できる。
As described above, in this embodiment, GaAs is used.
On the surface of the substrate 1b, a concavo-convex structure having a (100) plane is formed on the top of the convex part, and the concavo-convex structure having a predetermined period is formed on the substrate 1b. A region formed on the (100) plane so as to have a substantially uniform thickness on the clad layer 2 having an uneven shape having a flat (100) plane on the top and the first conductivity type clad layer. So that the forbidden band width of is larger than the forbidden band width of the region formed on the portion other than the (100) plane, so as to be ordered on the (100) plane, and on the portion other than the (100) plane. Since the active layer 3 crystal-grown to be disordered and the cladding layer 4 arranged on the active layer are provided, the active layer 3 can have a gain distribution, and the waveguide The equivalent refractive index distribution in the vicinity of the active layer 3 can be significantly reduced. Since that, the same as the first embodiment, is not affected by the refractive index distribution can be realized a stable single-mode distributed feedback semiconductor laser oscillation is obtained.

【0026】実施例3.図3は本発明の第3の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
の断面図である。図において、1cは表面にストライプ
状の凹部と凸部とが光が導波される方向に所定の周期で
配置された凹凸構造を有する第1導電形GaAs基板で
あり、その凹凸構造を構成する凹部の底及び凸部の頂上
に(100)面を有している。2は該基板1c上に形成
された、その厚みが基板1表面の凹部上と凸部上とでほ
ぼ均一である第1導電型AlGaInPクラッド層であ
り、その表面は、基板表面の凹凸形状に沿った,凹部の
底及び凸部の頂上に平坦な(100)面を有する凹凸形
状である。3はクラッド層2上に形成された、その厚さ
が基板1表面の凹部の上部と凸部の上部とでほぼ均一で
あるGaInP活性層であり、基板1c表面の凹部の底
及び凸部の頂上の(100)面の上部に形成された活性
層5と、(100)面以外の面の上部に形成された活性
層6とを含む。4は活性層2上に形成された、その厚さ
が基板1c表面の凹部の上部と凸部の上部とで均一であ
る第2導電形AlGaInPクラッド層、7はクラッド
層4上に形成された、その表面が平坦である第2導電形
GaAsコンタクト層、11及び12は電極である。ま
た、矢印8及び9は本実施例による分布帰還型半導体レ
ーザにおける光の導波方向を示す。
Example 3. FIG. 3 is a sectional view in the waveguide direction showing the structure of the distributed feedback semiconductor laser according to the third embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1c denotes a first-conductivity-type GaAs substrate having a concavo-convex structure in which stripe-shaped concave portions and convex portions are arranged at a predetermined period in a light guiding direction, and the concave-convex structure is formed. It has a (100) plane on the bottom of the concave portion and on the top of the convex portion. Reference numeral 2 denotes a first conductivity type AlGaInP clad layer formed on the substrate 1c, the thickness of which is substantially uniform on the concave portion and the convex portion of the surface of the substrate 1, and the surface thereof has an uneven shape on the substrate surface. Along the bottom of the concave portion and the top of the convex portion are flat and uneven (100) faces. Reference numeral 3 denotes a GaInP active layer formed on the clad layer 2, the thickness of which is substantially uniform between the upper portion of the concave portion and the upper portion of the convex portion on the surface of the substrate 1. The active layer 5 is formed on the top of the (100) plane, and the active layer 6 is formed on the top of the plane other than the (100) plane. Reference numeral 4 is a second conductivity type AlGaInP clad layer formed on the active layer 2 and having a uniform thickness in the upper part of the concave portion and the upper part of the convex portion on the surface of the substrate 1c, and 7 is formed on the clad layer 4. The second conductivity type GaAs contact layer having a flat surface, and 11 and 12 are electrodes. Further, arrows 8 and 9 indicate the waveguide directions of light in the distributed feedback semiconductor laser according to the present embodiment.

【0027】次に製造方法について説明する。本実施例
の半導体レーザの製造方法では、基板に凹凸構造を形成
する際に、その凹部の底及び凸部の頂上に(100)面
が形成され、この(100)面以外の領域には、(10
0)面に対して傾いた面が形成されるようにする。その
後の工程は上記第1の実施例による半導体レーザの製造
工程と全く同様である。即ち、凹凸構造を形成した基板
1c上に、第1導電形AlGaInPクラッド層2、G
aInP活性層3および第2導電形AlGaInPクラ
ッド層4を連続的に気相成長法により形成する。ここ
で、上記気相成長は、GaInPからなる活性層が、
(100)面上では秩序化した状態で、また、(10
0)面に対して傾いた面上では無秩序化した状態で形成
される成長条件で行なう。これにより、凸部頂上面上の
位置には秩序化した活性層5が形成され、凸部頂上面上
以外の部分上には無秩序化した活性層6が形成される。
その後、第2導電形クラッド層4上に第2導電形GaA
sコンタクト層7を成長し、光の導波方向に対して、横
方向の電流及び光の閉じ込めができるような拡散ストラ
イプ型,リッジ型等の構造に加工した後、電極11,1
2を形成して図2に示す分布帰還型半導体レーザが完成
する。
Next, the manufacturing method will be described. In the method of manufacturing a semiconductor laser according to the present embodiment, when the concave-convex structure is formed on the substrate, the (100) plane is formed on the bottom of the concave portion and on the top of the convex portion, and in the regions other than the (100) plane, (10
The surface inclined to the (0) plane is formed. The subsequent steps are exactly the same as the steps for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment. That is, the first conductivity type AlGaInP cladding layers 2 and G are formed on the substrate 1c having the uneven structure.
The aInP active layer 3 and the second conductivity type AlGaInP cladding layer 4 are continuously formed by the vapor phase growth method. Here, in the vapor phase growth, the active layer made of GaInP is
In the (100) plane, it is in an ordered state, and (10
The growth conditions are such that they are formed in a disordered state on the plane inclined with respect to the (0) plane. As a result, the ordered active layer 5 is formed at a position on the top surface of the convex portion, and the disordered active layer 6 is formed on a portion other than the top surface of the convex portion.
Then, the second conductivity type GaA is formed on the second conductivity type cladding layer 4.
After the s contact layer 7 is grown and processed into a structure such as a diffusion stripe type or a ridge type capable of confining current and light in the lateral direction with respect to the light guiding direction, the electrodes 11, 1 are formed.
2 is formed to complete the distributed feedback semiconductor laser shown in FIG.

【0028】次に動作について説明する。本第3の実施
例においては、基板1表面の凹凸構造の凹部の底及び凸
部の頂上に設けられた(100)面の上部に、活性層5
が秩序化された状態で形成されており、これ以外の部
分、即ち(100)面に対して傾いた面の上部には活性
層6が無秩序化された状態で形成されている。これによ
り、凹部の底の(100)面の上部に形成された活性層
5,及び凸部の頂上の(100)面の上部に形成された
活性層5において光が発生し、それぞれ図3中の矢印8
及び9の方向に導波される。ここで、凹部の(100)
面の上部に形成された活性層5により発生した光と、凸
部の(100)面の上部に形成された活性層5により発
生した光は、いずれも活性層3近傍を層厚方向に若干の
広がりをもって導波されるので、全体として、凹部の
(100)面の上部に形成された活性層5と凸部の(1
00)面の上部に形成された活性層5との両方により利
得が生じる一本の導波光としてみることができる。即
ち、活性層3の利得のある部分の周期は、基板1cの表
面上の凹凸構造の周期の半分になる。その結果、利得分
布の周期として、現在簡便な凹凸構造形成法として知ら
れている干渉露光法で形成可能な回折格子の最短周期よ
り短い周期が得られる。
Next, the operation will be described. In the third embodiment, the active layer 5 is formed on the bottom of the recess and the (100) plane provided on the top of the projection of the concave-convex structure on the surface of the substrate 1.
Are formed in a disordered state, and the active layer 6 is formed in a disordered state on the other portion, that is, on the upper portion of the surface inclined with respect to the (100) plane. As a result, light is generated in the active layer 5 formed on the upper (100) surface of the bottom of the concave portion and the active layer 5 formed on the upper (100) surface of the convex portion, and each of them is shown in FIG. Arrow 8
And 9 are guided. Where (100) of the recess
The light generated by the active layer 5 formed on the upper surface of the surface and the light generated by the active layer 5 formed on the upper surface of the (100) surface of the convex portion are slightly near the active layer 3 in the layer thickness direction. Of the active layer 5 formed on the upper part of the (100) plane of the concave portion and (1) of the convex portion as a whole.
It can be regarded as one guided light in which a gain is generated by both the active layer 5 formed on the upper part of the (00) plane. That is, the cycle of the gained portion of the active layer 3 is half the cycle of the uneven structure on the surface of the substrate 1c. As a result, the period of the gain distribution is shorter than the shortest period of the diffraction grating that can be formed by the interference exposure method, which is currently known as a simple concavo-convex structure forming method.

【0029】回折格子の周期できまる波長で発振する分
布帰還型半導体レーザにおいて、可視光領域の波長を得
るためには、回折格子の周期を0.1μm以下とする必
要があり、現在の干渉露光を用いた写真製版技術ではこ
のようなレーザを得ることは非常に困難である。本第3
の実施例による分布帰還型半導体レーザでは、上述のよ
うに利得分布の周期を基板上に形成される回折格子(凹
凸構造)の周期よりも短くできるので、可視光領域を含
む1μm以下の波長で発振する分布帰還型半導体レーザ
を容易に実現することができる。
In a distributed feedback semiconductor laser that oscillates at a wavelength that is as long as the period of the diffraction grating, in order to obtain a wavelength in the visible light region, the period of the diffraction grating must be 0.1 μm or less. It is very difficult to obtain such a laser by the photoengraving technique using the. Book Third
In the distributed feedback semiconductor laser according to the embodiment, since the period of the gain distribution can be made shorter than the period of the diffraction grating (concavo-convex structure) formed on the substrate as described above, at a wavelength of 1 μm or less including the visible light region. A distributed feedback semiconductor laser that oscillates can be easily realized.

【0030】また、本実施例の半導体レーザにおいて
も、上記第1,第2の実施例と同様、活性層3の上下に
配置されたクラッド層2及び4は同一材料で構成され、
その厚さの合計は導波路方向のどの位置においてもほぼ
同じであり、また、活性層3の厚さも導波路方向のどの
位置においてもほぼ同じである。従って、上記第1,第
2の実施例と同様、導波路方向においてはほとんど屈折
率分布は存在せず、図7に示す従来の分布帰還型半導体
レーザに比して屈折率結合の影響を大幅に低減すること
ができ、レーザ端面の反射率の制御等の工夫をせずに単
一モード発振を実現することができる。
Also in the semiconductor laser of this embodiment, the cladding layers 2 and 4 disposed above and below the active layer 3 are made of the same material, as in the first and second embodiments.
The total thickness is substantially the same at any position in the waveguide direction, and the thickness of the active layer 3 is also substantially the same at any position in the waveguide direction. Therefore, similar to the first and second embodiments, there is almost no refractive index distribution in the waveguide direction, and the influence of the refractive index coupling is significantly larger than that of the conventional distributed feedback semiconductor laser shown in FIG. The single mode oscillation can be realized without making any adjustments such as controlling the reflectance of the laser end face.

【0031】このように本実施例においては、GaAs
基板1cの表面に、その凹部の底及び凸部の頂上に(1
00)面を備えた所定周期の凹凸構造を形成し、該基板
1c上に、その表面が、基板表面の凹凸形状に沿った,
凹部の底及び凸部の頂上に平坦な(100)面を有する
凹凸形状であるクラッド層2と、上記第1導電形クラッ
ド層上に、ほぼ均一な厚さとなるように、かつ、(10
0)面上に形成された領域の禁制帯幅が(100)面上
以外の部分上に形成された領域の禁制帯幅より大きくな
るように、(100)面上では秩序化するよう、(10
0)面上以外の部分上では無秩序化するよう結晶成長さ
れた活性層3と、該活性層上に配置されたクラッド層4
とを備えた構成としたので、活性層3に利得分布を持た
せることができ、さらに、導波路方向の活性層3近傍の
等価屈折率分布を大幅に低減させることができるから、
上記第1の実施例と同様、屈折率分布の影響を受けな
い、安定した単一モード発振が得られる分布帰還型半導
体レーザを実現できる。さらに、本実施例では、利得の
ある部分の周期を基板1c表面上の凹凸構造の周期の半
分とすることができ、従来の分布帰還型半導体レーザで
得られるレーザ光の最短波長よりも、短い波長のレーザ
光が得られる分布帰還型半導体レーザを実現することが
できる。
As described above, in this embodiment, GaAs
On the surface of the substrate 1c, on the bottom of the concave portion and on the top of the convex portion (1
00) surface is formed in a predetermined cycle, and the surface of the substrate 1c follows the uneven shape of the substrate surface.
On the bottom surface of the concave portion and on the top of the convex portion, the clad layer 2 having an uneven shape having a flat (100) surface, and on the first conductivity type clad layer, a uniform thickness is provided, and (10
The forbidden band width of the region formed on the (0) plane is larger than the forbidden band width of the region formed on the portion other than the (100) plane, so that the forbidden band is ordered on the (100) plane. 10
0) The active layer 3 which is crystal-grown so as to be disordered on a portion other than the plane, and the cladding layer 4 which is arranged on the active layer 3.
Since the active layer 3 has a gain distribution and the equivalent refractive index distribution in the vicinity of the active layer 3 in the waveguide direction can be significantly reduced,
Similar to the first embodiment, it is possible to realize a distributed feedback semiconductor laser which is not affected by the refractive index distribution and which can obtain stable single mode oscillation. Furthermore, in the present embodiment, the period of the gained portion can be set to half the period of the uneven structure on the surface of the substrate 1c, which is shorter than the shortest wavelength of the laser light obtained by the conventional distributed feedback semiconductor laser. It is possible to realize a distributed feedback semiconductor laser that can obtain laser light of a wavelength.

【0032】実施例4.図4は本発明の第4の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
の断面図である。図において、31は第1導電形GaA
s基板、32aは基板31上に形成された、その表面に
所定周期の凹凸構造を有する第1導電形AlGaInP
クラッド層であり、その凹凸構造の凹部の底に(10
0)面を有している。33は該クラッド層32a上にそ
の厚みが均一となるように形成されたGaInP活性層
で、クラッド層32a表面の凹部の(100)面上に形
成された活性層35と、(100)面以外の面上に形成
された活性層36とを含む。34は活性層33上に形成
された、その表面が平坦である第2導電形AlGaIn
Pクラッド層、37はクラッド層34上に形成された第
2導電形GaAsコンタクト層、11及び12は電極で
ある。また矢印38は本実施例による分布帰還型半導体
レーザにおける光の導波方向を示す。
Example 4. FIG. 4 is a sectional view in the waveguide direction showing the structure of the distributed feedback semiconductor laser according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, 31 is the first conductivity type GaA.
s substrate, 32a is a first conductivity type AlGaInP formed on the substrate 31 and having a concavo-convex structure of a predetermined period on its surface.
It is a clad layer, and it is (10
0) surface. Reference numeral 33 denotes a GaInP active layer formed on the clad layer 32a so as to have a uniform thickness, and an active layer 35 formed on the (100) plane of the recess on the surface of the clad layer 32a and other than the (100) plane. And an active layer 36 formed on the surface. A second conductivity type AlGaIn 34 is formed on the active layer 33 and has a flat surface.
The P clad layer, 37 is a second conductivity type GaAs contact layer formed on the clad layer 34, and 11 and 12 are electrodes. An arrow 38 indicates the light guiding direction in the distributed feedback semiconductor laser according to this embodiment.

【0033】次に動作について説明する。本実施例の動
作原理は上記第1の実施例と全く同様である。即ち、図
2中の基板31とコンタクト層37との間に順バイアス
方向に電流を流すと、活性層33でキャリアの反転分布
が生じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。本
第4の実施例においても、上記第1の実施例と同様、禁
制帯幅の狭い,秩序化した活性層35と、禁制帯幅の広
い,無秩序化した活性層36とが周期的に配置された構
造となっており、このような構造においては、上述した
キャリアの再結合による光の発生は、その殆どが、禁制
帯幅の小さい,秩序化した活性層35において生じる。
従って、クラッド層32aに形成された凹凸構造の周期
(凹部の周期)に応じた利得の分布を得ることができ、
利得結合型の分布帰還型半導体レーザとして動作する。
また、本実施例の半導体レーザにおいても、上記第1の
実施例と同様、活性層33の上下に配置されたクラッド
層32a及び34は同一材料で構成され、その厚さの合
計は導波路方向のどの位置においてもほぼ同じであり、
また、活性層33の厚さも導波路方向のどの位置におい
てもほぼ同じである。従って、上記第1の実施例と同
様、導波路方向においてはほとんど屈折率分布は存在せ
ず、図7に示す従来の分布帰還型半導体レーザに比して
屈折率結合の影響を大幅に低減することができ、レーザ
端面の反射率の制御等の工夫をせずに単一モード発振を
実現することができる。さらに、上記第1の実施例にお
いては、図1に示すように、導波光が、活性層3よりも
禁制帯幅が小さいGaAs基板中を通過するため、光が
導波される間に基板1によって吸収され、しきい値電流
が増加する等、レーザ特性の劣化が生じる場合が考えら
れるが、本第4の実施例では、(100)面上の活性層
35で発生した光は、図4中の矢印38で示すように、
活性層よりも禁制帯幅の大きな材料からなる層のみを導
波されるので、上記第1の実施例のように、光が導波さ
れる間に吸収を受けることがなく、特性の優れた分布帰
還型半導体レーザを実現できる。
Next, the operation will be described. The operation principle of this embodiment is exactly the same as that of the first embodiment. That is, when a current is passed between the substrate 31 and the contact layer 37 in FIG. 2 in the forward bias direction, population inversion of carriers occurs in the active layer 33, and light is generated by recombination of the carriers. Also in the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, the ordered active layer 35 having a narrow bandgap and the active layer 36 having a wide bandgap and disordered are periodically arranged. In such a structure, most of the above-described generation of light due to carrier recombination occurs in the ordered active layer 35 having a small forbidden band width.
Therefore, it is possible to obtain a gain distribution according to the cycle of the concave-convex structure formed in the clad layer 32a (the cycle of the concave portions),
It operates as a gain-coupled distributed feedback semiconductor laser.
Also in the semiconductor laser of this embodiment, as in the first embodiment, the cladding layers 32a and 34 disposed above and below the active layer 33 are made of the same material, and the total thickness thereof is in the waveguide direction. Is almost the same at any position of
Further, the thickness of the active layer 33 is almost the same at any position in the waveguide direction. Therefore, similar to the first embodiment, there is almost no refractive index distribution in the waveguide direction, and the influence of refractive index coupling is greatly reduced as compared with the conventional distributed feedback semiconductor laser shown in FIG. Therefore, single mode oscillation can be realized without any ingenuity such as controlling the reflectance of the laser end face. Furthermore, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the guided light passes through the GaAs substrate having a smaller forbidden band width than the active layer 3, so that the substrate 1 is guided while the light is guided. It is considered that the laser characteristics are deteriorated by being absorbed by the laser light and increasing the threshold current. In the fourth embodiment, the light generated in the active layer 35 on the (100) plane is As indicated by the arrow 38 inside,
Since only the layer made of a material having a forbidden band width larger than that of the active layer is guided, light is not absorbed while being guided as in the first embodiment, and the characteristics are excellent. A distributed feedback semiconductor laser can be realized.

【0034】実施例5.図5は本発明の第5の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
の断面図である。図において、31は第1導電形GaA
s基板、32bは基板31上に形成された、その表面に
所定周期の凹凸構造を有する第1導電形AlGaInP
クラッド層であり、その凹凸構造の凸部の頂上に(10
0)面を有している。33は該クラッド層32b上にそ
の厚みが均一となるように形成されたGaInP活性層
で、クラッド層32b表面の凸部の(100)面上に形
成された活性層35と、(100)面以外の面上に形成
された活性層36とを含む。34は活性層33上に形成
された、その表面が平坦である第2導電形AlGaIn
Pクラッド層、37はクラッド層34上に形成された第
2導電形GaAsコンタクト層、11及び12は電極で
ある。また矢印39は本実施例による分布帰還型半導体
レーザにおける光の導波方向を示す。
Example 5. FIG. 5 is a sectional view in the waveguide direction showing the structure of the distributed feedback semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, 31 is the first conductivity type GaA.
s substrate, 32b is a first conductivity type AlGaInP formed on the substrate 31 and having a concavo-convex structure of a predetermined period on its surface.
It is a clad layer, and it is (10
0) surface. Reference numeral 33 denotes a GaInP active layer formed on the clad layer 32b so as to have a uniform thickness, and an active layer 35 formed on the (100) plane of the convex portion on the surface of the clad layer 32b and a (100) plane. And an active layer 36 formed on the other surface. A second conductivity type AlGaIn 34 is formed on the active layer 33 and has a flat surface.
The P clad layer, 37 is a second conductivity type GaAs contact layer formed on the clad layer 34, and 11 and 12 are electrodes. An arrow 39 indicates the light guiding direction in the distributed feedback semiconductor laser according to this embodiment.

【0035】次に動作について説明する。本実施例の動
作原理は上記第2の実施例と全く同様である。即ち、図
5中の基板31とコンタクト層37との間に順バイアス
方向に電流を流すと、活性層33でキャリアの反転分布
が生じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。本
第4の実施例においても、上記第2の実施例と同様、禁
制帯幅の狭い,秩序化した活性層35と、禁制帯幅の広
い,無秩序化した活性層36とが周期的に配置された構
造となっており、このような構造においては、上述した
キャリアの再結合による光の発生は、その殆どが、禁制
帯幅の小さい,秩序化した活性層35において生じる。
従って、クラッド層32aに形成された凹凸構造の周期
(凸部の周期)に応じた利得の分布を得ることができ、
利得結合型の分布帰還型半導体レーザとして動作する。
また、本実施例の半導体レーザにおいても、上記第2の
実施例と同様、活性層33の上下に配置されたクラッド
層32b及び34は同一材料で構成され、その厚さの合
計は導波路方向のどの位置においてもほぼ同じであり、
また、活性層33の厚さも導波路方向のどの位置におい
てもほぼ同じである。従って、上記第2の実施例と同
様、導波路方向においてはほとんど屈折率分布は存在せ
ず、図7に示す従来の分布帰還型半導体レーザに比して
屈折率結合の影響を大幅に低減することができ、レーザ
端面の反射率の制御等の工夫をせずに単一モード発振を
実現することができる。さらに、上記第2の実施例にお
いては、図2に示すように、導波光が、活性層3よりも
禁制帯幅が小さいGaAsコンタクト層7中を通過する
ため、光が導波される間にコンタクト層7によって吸収
され、レーザ特性の劣化が生じる場合が考えられるが、
本第5の実施例では、(100)面上の活性層35で発
生した光は、図5中の矢印39で示すように、活性層よ
りも禁制帯幅の大きな材料からなる層のみを導波される
ので、上記第2の実施例のように、光が導波される間に
吸収を受けることがなく、特性に優れた分布帰還型半導
体レーザを実現できる。
Next, the operation will be described. The operating principle of this embodiment is exactly the same as that of the second embodiment. That is, when a current is passed between the substrate 31 and the contact layer 37 in FIG. 5 in the forward bias direction, population inversion of carriers occurs in the active layer 33, and light is generated by recombination of the carriers. Also in the fourth embodiment, similarly to the second embodiment, the active layer 35 having a narrow bandgap and disordered and the active layer 36 having a wide bandgap and disordered are periodically arranged. In such a structure, most of the above-described generation of light due to carrier recombination occurs in the ordered active layer 35 having a small forbidden band width.
Therefore, it is possible to obtain a distribution of gain according to the cycle of the concave-convex structure formed in the clad layer 32a (the cycle of convex portions),
It operates as a gain-coupled distributed feedback semiconductor laser.
Also in the semiconductor laser of this embodiment, as in the second embodiment, the cladding layers 32b and 34 disposed above and below the active layer 33 are made of the same material, and the total thickness thereof is in the waveguide direction. Is almost the same at any position of
Further, the thickness of the active layer 33 is almost the same at any position in the waveguide direction. Therefore, similar to the second embodiment, there is almost no refractive index distribution in the waveguide direction, and the influence of the refractive index coupling is greatly reduced as compared with the conventional distributed feedback semiconductor laser shown in FIG. Therefore, single mode oscillation can be realized without any ingenuity such as controlling the reflectance of the laser end face. Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 2, since the guided light passes through the GaAs contact layer 7 having a smaller forbidden band width than the active layer 3, the light is guided while being guided. It may be absorbed by the contact layer 7 and deteriorate the laser characteristics.
In the fifth embodiment, the light generated in the active layer 35 on the (100) plane is guided only to a layer made of a material having a forbidden band width larger than that of the active layer, as indicated by an arrow 39 in FIG. Since it is waved, it is possible to realize a distributed feedback semiconductor laser having excellent characteristics without being absorbed while the light is guided as in the second embodiment.

【0036】実施例6.図6は本発明の第6の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
の断面図である。図において、31は第1導電形GaA
s基板、32cは基板31上に形成された、その表面に
所定周期の凹凸構造を有する第1導電形AlGaInP
クラッド層であり、その凹凸構造の凹部の底及び凸部の
頂上に(100)面を有している。33は該クラッド層
32c上にその厚みが均一となるように形成されたGa
InP活性層で、クラッド層32c表面の凹部及び凸部
の(100)面上に形成された活性層35と、(10
0)面以外の面上に形成された活性層36とを含む。3
4は活性層33上に形成された、その表面が平坦である
第2導電形AlGaInPクラッド層、37はクラッド
層34上に形成された第2導電形GaAsコンタクト
層、11及び12は電極である。また矢印38,39は
本実施例による分布帰還型半導体レーザにおける光の導
波方向を示す。
Example 6. FIG. 6 is a sectional view in the waveguide direction showing the structure of a distributed feedback semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, 31 is the first conductivity type GaA.
s substrate, 32c is a first conductivity type AlGaInP formed on the substrate 31 and having an uneven structure of a predetermined period on the surface thereof.
It is a clad layer, and has a (100) plane on the bottom of the concave portion and the top of the convex portion of the uneven structure. 33 is Ga formed on the clad layer 32c so as to have a uniform thickness.
An active layer 35 which is an InP active layer and is formed on the (100) plane of the concave and convex portions on the surface of the cladding layer 32c;
0) surface and the active layer 36 formed on a surface other than the surface. Three
Reference numeral 4 is a second conductivity type AlGaInP cladding layer formed on the active layer 33 and having a flat surface, 37 is a second conductivity type GaAs contact layer formed on the cladding layer 34, and 11 and 12 are electrodes. . Further, arrows 38 and 39 indicate the waveguide directions of light in the distributed feedback semiconductor laser according to this embodiment.

【0037】次に動作について説明する。本実施例の動
作原理は上記第3の実施例と全く同様である。即ち、図
6中の基板31とコンタクト層37との間に順バイアス
方向に電流を流すと、活性層33でキャリアの反転分布
が生じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。本
第6の実施例においても、上記第3の実施例と同様、凹
凸構造の凹部の底及び凸部の頂上に設けられた(10
0)面の上部に、活性層35が秩序化された状態で形成
されており、これ以外の部分、即ち(100)面に対し
て傾いた面の上部には活性層36が無秩序化された状態
で形成されている。これにより、凹部の底の(100)
面の上部に形成された活性層35,及び凸部の頂上の
(100)面の上部に形成された活性層35において光
が発生し、それぞれ図6中の矢印38及び39の方向に
導波され、全体として、凹部の(100)面の上部に形
成された活性層35と凸部の(100)面の上部に形成
された活性層35との両方により利得が生じる一本の導
波光として導波される。即ち、活性層33の利得のある
部分の周期は、クラッド層32c表面上の凹凸構造の周
期の半分になる。その結果、利得分布の周期として、現
在簡便な凹凸構造形成法として知られている干渉露光法
で形成可能な回折格子の最短周期より短い周期が得られ
る。また、本実施例の半導体レーザにおいても、上記第
3の実施例と同様、活性層33の上下に配置されたクラ
ッド層32c及び34は同一材料で構成され、その厚さ
の合計は導波路方向のどの位置においてもほぼ同じであ
り、また、活性層33の厚さも導波路方向のどの位置に
おいてもほぼ同じである。従って、上記第2の実施例と
同様、導波路方向においてはほとんど屈折率分布は存在
せず、図7に示す従来の分布帰還型半導体レーザに比し
て屈折率結合の影響を大幅に低減することができ、レー
ザ端面の反射率の制御等の工夫をせずに単一モード発振
を実現することができる。さらに、上記第3の実施例に
おいては、図3に示すように、導波光が、活性層3より
も禁制帯幅が小さいGaAs基板1c及びGaAsコン
タクト層7中を通過するため、光が導波される間にGa
As基板1c及びGaAsコンタクト層7によって吸収
され、レーザ特性の劣化が生じる場合が考えられるが、
本第6の実施例では、(100)面上の活性層35で発
生した光は、図5中の矢印38,39で示すように、活
性層よりも禁制帯幅の大きな材料からなる層のみを導波
されるので、上記第3の実施例のように、光が導波され
る間に吸収を受けることがなく、特性に優れた分布帰還
型半導体レーザを実現できる。
Next, the operation will be described. The operation principle of this embodiment is exactly the same as that of the third embodiment. That is, when a current is passed between the substrate 31 and the contact layer 37 in FIG. 6 in the forward bias direction, population inversion of carriers occurs in the active layer 33, and light is generated by recombination of the carriers. Also in the sixth embodiment, as in the third embodiment, it is provided on the bottom of the concave portion and the top of the convex portion of the concavo-convex structure (10).
The active layer 35 is formed in an ordered state on the (0) plane, and the active layer 36 is disordered on the other portion, that is, on the plane inclined with respect to the (100) plane. It is formed in the state. This allows the (100)
Light is generated in the active layer 35 formed on the upper surface of the surface and the active layer 35 formed on the upper surface of the (100) surface on the top of the convex portion and guided in the directions of arrows 38 and 39 in FIG. 6, respectively. As a whole, as a single guided light, gain is produced by both the active layer 35 formed on the upper part of the (100) plane of the concave portion and the active layer 35 formed on the upper side of the (100) surface of the convex portion. Guided. In other words, the period of the active layer 33 having a gain is half the period of the uneven structure on the surface of the cladding layer 32c. As a result, the period of the gain distribution is shorter than the shortest period of the diffraction grating that can be formed by the interference exposure method, which is currently known as a simple concavo-convex structure forming method. Also in the semiconductor laser of this embodiment, as in the third embodiment, the cladding layers 32c and 34 disposed above and below the active layer 33 are made of the same material, and the total thickness thereof is in the waveguide direction. Is almost the same at any position, and the thickness of the active layer 33 is also substantially the same at any position in the waveguide direction. Therefore, similar to the second embodiment, there is almost no refractive index distribution in the waveguide direction, and the influence of the refractive index coupling is greatly reduced as compared with the conventional distributed feedback semiconductor laser shown in FIG. Therefore, single mode oscillation can be realized without any ingenuity such as controlling the reflectance of the laser end face. Further, in the third embodiment, as shown in FIG. 3, since the guided light passes through the GaAs substrate 1c and the GaAs contact layer 7 having a forbidden band width smaller than that of the active layer 3, the light is guided. Ga during
It may be absorbed by the As substrate 1c and the GaAs contact layer 7 to cause deterioration of laser characteristics.
In the sixth embodiment, light generated in the active layer 35 on the (100) plane is generated only in a layer made of a material having a forbidden band width larger than that of the active layer, as indicated by arrows 38 and 39 in FIG. As described in the third embodiment, a distributed feedback semiconductor laser having excellent characteristics can be realized without being absorbed while the light is guided.

【0038】なお、上記各実施例においては、基板表面
またはクラッド層表面に設けた凹凸構造のストライプ状
凹部の底面,またはストライプ状凸部の頂上面を(10
0)面とした場合について説明したが、本発明は上記底
面または頂上面を(100)面と等価の全ての面,即ち
{100}面とした場合においても適用することがで
き、上記各実施例と同様の効果を得ることができる。
In each of the above-mentioned embodiments, the bottom surface of the stripe-shaped concave portion or the top surface of the stripe-shaped convex portion provided on the surface of the substrate or the surface of the clad layer is (10)
Although the case where the (0) plane is used has been described, the present invention can be applied to the case where the bottom surface or the top surface is all the planes equivalent to the (100) plane, that is, the {100} plane. The same effect as the example can be obtained.

【0039】また、上記各実施例においては、基板表面
またはクラッド層表面に設けた凹凸構造のストライプ状
凹部の底面,またはストライプ状凸部の頂上面を(10
0)面とした場合について説明したが、活性層の材料と
して使用したGaInPは、{100}面に対して傾い
た面には無秩序化して形成され、さらに、その{10
0}面に対する傾きが大きくなるほど、無秩序化の程度
も大きくなり、禁制帯幅も大きくなることがわかってい
る。したがって、本発明においては、上記底面または頂
上面が、必ずしも{100}面である必要はなく、その
{100}面とのなす角度が,上記底面または頂上面以
外の面が{100}面となす角度以下である面であれ
ば、上記底面または頂上面の上部に形成された活性層
が,上記底面または頂上面以外の面の上部に形成された
活性層に対して小さな程度で無秩序化され、上記各実施
例と同様の効果が得られる。
Further, in each of the above embodiments, the bottom surface of the stripe-shaped concave portion or the top surface of the stripe-shaped convex portion provided on the surface of the substrate or the surface of the clad layer is set to (10).
Although the case of using the (0) plane has been described, GaInP used as the material of the active layer is disordered and formed on the plane inclined with respect to the {100} plane.
It is known that the larger the inclination with respect to the 0} plane, the larger the degree of disordering and the larger the band gap. Therefore, in the present invention, the bottom face or the top face does not necessarily have to be the {100} face, and the angle formed with the {100} face is such that a face other than the bottom face or the top face is the {100} face. If the angle is equal to or less than the angle formed, the active layer formed on the upper surface of the bottom surface or the top surface is disordered to a small degree with respect to the active layer formed on the surface other than the bottom surface or the top surface. The same effects as those of the above-mentioned respective embodiments can be obtained.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第1導
電形半導体基板上に形成された、その表面が、ストライ
プ状の凸部と凹部とが光の導波される方向に周期的に配
置されてなり,上記凹部に平坦な底面を有する凹凸形状
である第1導電形クラッド層と、上記第1導電形クラッ
ド層上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平坦な底面
上に形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な底面上以外
の部分上に形成された領域の禁制帯幅より大きい活性層
と、該活性層上に配置された第2導電形クラッド層とを
備えたから、活性層に利得分布を発生させ、かつ、屈折
率分布を大幅に減少させることができ、屈折率分布の影
響を受けない安定した単一モード発振が得られる利得結
合型の分布帰還型半導体レーザを実現できる効果があ
る。
As described above, according to the present invention, the stripe-shaped convex portions and concave portions formed on the first conductivity type semiconductor substrate are periodically arranged in the light guiding direction. A first conductivity type clad layer having an uneven shape having a flat bottom surface in the recess, and the flat bottom surface formed on the first conductivity type clad layer to have a substantially uniform thickness. An active layer having a forbidden band width larger than the forbidden band width of a region formed on a portion other than the flat bottom surface, and a second-conductivity-type cladding layer disposed on the active layer. Since it is provided, the gain distribution can be generated in the active layer, the refractive index distribution can be greatly reduced, and a stable single-mode oscillation that is not affected by the refractive index distribution can be obtained. There is an effect that a semiconductor laser can be realized.

【0041】また、この発明によれば、第1導電形半導
体基板上に形成された、その表面が、ストライプ状の凸
部と凹部とが光の導波される方向に周期的に配置されて
なり,上記凸部に平坦な頂上面を有する凹凸形状である
第1導電形クラッド層と、上記第1導電形クラッド層上
にほぼ均一な厚さに形成された、上記平坦な頂上面上に
形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な頂上面上以外の
部分上に形成された領域の禁制帯幅より大きい活性層
と、該活性層上に配置された第2導電形クラッド層とを
備えたから、活性層に利得分布を発生させ、かつ、屈折
率分布を大幅に減少させることができ、屈折率分布の影
響を受けない安定した単一モード発振が得られる利得結
合型の分布帰還型半導体レーザを実現できる効果があ
る。
Further, according to the present invention, the surface formed on the first conductivity type semiconductor substrate has stripe-shaped convex portions and concave portions periodically arranged in the light guiding direction. And a first conductivity type clad layer having an uneven shape having a flat top surface on the convex portion, and a flat top surface formed on the first conductivity type clad layer with a substantially uniform thickness. An active layer having a forbidden band width larger than the forbidden band width of a region formed on a portion other than the flat top surface, and a second conductivity type clad layer disposed on the active layer; Since it is provided, the gain distribution can be generated in the active layer, the refractive index distribution can be greatly reduced, and a stable single-mode oscillation that is not affected by the refractive index distribution can be obtained. There is an effect that a semiconductor laser can be realized.

【0042】また、この発明においては、第1導電形半
導体基板上に形成された、第1導電形半導体基板上に形
成された、その表面が、ストライプ状の凸部と凹部とが
光の導波される方向に周期的に配置されてなり,上記凹
部に平坦な底面を有し上記凸部に平坦な頂上面を有する
凹凸形状である第1導電形クラッド層と、上記第1導電
形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平
坦な底面上及び頂上面上に形成された領域の禁制帯幅が
上記平坦な底面上及び頂上面上以外の部分上に形成され
た領域の禁制帯幅より大きい活性層と、該活性層上に配
置された第2導電形クラッド層とを備えたから、屈折率
分布の影響を受けない利得結合型の分布帰還型半導体レ
ーザを実現でき、さらに、利得分布の周期として、現在
の凹凸形成技術で形成可能な周期構造の最短周期よりも
短い周期を得ることができ、発振波長が1μm以下であ
る高性能な利得結合型の分布帰還型半導体レーザを得る
ことができる効果がある。
Further, according to the present invention, the surface of the first conductivity type semiconductor substrate formed on the first conductivity type semiconductor substrate has stripe-shaped convex portions and concave portions for guiding light. A clad layer of the first conductivity type which is periodically arranged in a wave direction, has a flat bottom surface in the concave portion, and has a flat top surface in the convex portion, and the clad layer of the first conductivity type; A region formed on the flat bottom surface and the top top surface having a substantially uniform thickness, and a forbidden band width formed on a portion other than the flat bottom surface and the top top surface. Since the active layer having a larger forbidden band width and the second-conductivity-type cladding layer disposed on the active layer are provided, a gain-coupled distributed feedback semiconductor laser that is not affected by the refractive index distribution can be realized. Furthermore, as the period of the gain distribution, it is Can be obtained a period shorter than the shortest period of growth possible periodic structure, an oscillation wavelength is effective can be obtained distributed feedback semiconductor laser of high performance gain coupled type is 1μm or less.

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

【図1】本発明の第1の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a distributed feedback laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a distributed feedback laser according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a distributed feedback laser according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a distributed feedback laser according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a distributed feedback laser according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a distributed feedback laser according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】従来の分布帰還型レーザダイオードの構造を示
す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional distributed feedback laser diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b,1c 第1導電形GaAs半導体基
板 2 第1導電形AlGaInPク
ラッド層 3 GaInP活性層 4 第2導電型AlGaInPク
ラッド層 5 秩序化した活性層 6 無秩序化した活性層 8,9 光の導波方向 11,12 電極 31 第1導電形GaAs半導体基
板 32a,32b,32c 第1導電形AlGaInPク
ラッド層 33 GaInP活性層 34 第2導電型AlGaInPク
ラッド層 35 秩序化した活性層 36 無秩序化した活性層 37 第2導電形GaAsコンタク
ト層 38,39 光の導波方向
1a, 1b, 1c 1st conductivity type GaAs semiconductor substrate 2 1st conductivity type AlGaInP clad layer 3 GaInP active layer 4 2nd conductivity type AlGaInP clad layer 5 Ordered active layer 6 Disordered active layer 8 9 Light conduction Wave direction 11,12 Electrode 31 First conductivity type GaAs semiconductor substrate 32a, 32b, 32c First conductivity type AlGaInP clad layer 33 GaInP active layer 34 Second conductivity type AlGaInP clad layer 35 Ordered active layer 36 Disordered active layer 37 Second conductivity type GaAs contact layer 38, 39 Waveguide direction of light

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 分布帰還型半導体レーザにおいて、 第1導電形半導体基板上に形成された、その表面が、ス
トライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方向に周期
的に配置されてなり,上記凹部に平坦な底面を有する凹
凸形状である第1導電形クラッド層と、 上記第1導電形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成さ
れた、上記平坦な底面上に形成された領域の禁制帯幅が
上記平坦な底面上以外の部分上に形成された領域の禁制
帯幅より大きい活性層と、 該活性層上に配置された第2導電形クラッド層とを備え
たことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
1. In a distributed feedback semiconductor laser, stripe-shaped convex portions and concave portions formed on a first conductivity type semiconductor substrate are periodically arranged in a light guiding direction. The first conductivity type clad layer having an uneven shape having a flat bottom surface in the recess, and the flat bottom surface formed on the first conductivity type clad layer with a substantially uniform thickness. An active layer having a forbidden band width larger than the forbidden band width of the region formed on a portion other than the flat bottom surface, and a second conductivity type cladding layer disposed on the active layer. A distributed feedback semiconductor laser.
【請求項2】 分布帰還型半導体レーザにおいて、 第1導電形半導体基板上に形成された、その表面が、ス
トライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方向に周期
的に配置されてなり,上記凸部に平坦な頂上面を有する
凹凸形状である第1導電形クラッド層と、 上記第1導電形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成さ
れた、上記平坦な頂上面上に形成された領域の禁制帯幅
が上記平坦な頂上面上以外の部分上に形成された領域の
禁制帯幅より大きい活性層と、 該活性層上に配置された第2導電形クラッド層とを備え
たことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
2. In a distributed feedback semiconductor laser, stripe-shaped convex portions and concave portions formed on a first conductivity type semiconductor substrate are periodically arranged in a light guiding direction. The first conductivity type clad layer having an uneven shape having a flat top surface on the convex portion, and the flat top surface formed on the first conductivity type clad layer with a substantially uniform thickness. An active layer having a forbidden band width larger than the forbidden band width of a region formed on a portion other than the flat top surface, and a second-conductivity-type clad layer disposed on the active layer. A distributed feedback semiconductor laser, comprising:
【請求項3】 分布帰還型半導体レーザにおいて、 第1導電形半導体基板上に形成された、その表面が、ス
トライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方向に周期
的に配置されてなり,上記凹部に平坦な底面を有し上記
凸部に平坦な頂上面を有する凹凸形状である第1導電形
クラッド層と、 上記第1導電形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成さ
れた、上記平坦な底面上及び頂上面上に形成された領域
の禁制帯幅が上記平坦な底面上及び頂上面上以外の部分
上に形成された領域の禁制帯幅より大きい活性層と、 該活性層上に配置された第2導電形クラッド層とを備え
たことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
3. In a distributed feedback semiconductor laser, stripe-shaped convex portions and concave portions formed on a first conductivity type semiconductor substrate are periodically arranged in a light guiding direction. And a concave-convex first conductivity type clad layer having a flat bottom surface in the concave portion and a flat top surface in the convex portion, and a substantially uniform thickness formed on the first conductivity type clad layer. And an active layer in which the forbidden band width of the region formed on the flat bottom surface and the top surface is larger than the forbidden band width of the region formed on a portion other than the flat bottom surface and the top surface. A distributed feedback semiconductor laser, comprising: a second conductivity type clad layer disposed on the active layer.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の分
布帰還型半導体レーザにおいて、 上記活性層は、上記平坦な面上では秩序化もしくは微小
な程度に無秩序化するよう、上記平坦な面上以外の部分
上では上記平坦な面上よりも大きな程度で無秩序化する
よう結晶成長されたものであることを特徴とする分布帰
還型半導体レーザ。
4. The distributed feedback semiconductor laser according to claim 1, wherein the active layer has a flat surface so as to be ordered or disordered to a minute degree on the flat surface. A distributed feedback semiconductor laser, which is characterized by being crystal-grown so as to be disordered to a greater extent than on the flat surface on portions other than the above.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の分
布帰還型半導体レーザ装置において、 上記活性層の材料はGaInPであることを特徴とする
分布帰還型半導体レーザ。
5. The distributed feedback semiconductor laser device according to claim 1, wherein the material of the active layer is GaInP.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の分
布帰還型半導体レーザ装置において、 上記平坦な面は(100)面であり、上記平坦な面以外
の面は(100)面に対して傾いた面であることを特徴
とする分布帰還型半導体レーザ。
6. The distributed feedback semiconductor laser device according to claim 1, wherein the flat surface is the (100) surface, and the surfaces other than the flat surface are relative to the (100) surface. A distributed feedback semiconductor laser, which is characterized by having an inclined surface.
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