JPH11214793A - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
分布帰還型半導体レーザInfo
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、簡単な構造で波長可変が行えるＤ
ＦＢ半導体レーザを提供することを目的としている。 【解決手段】 半導体基板と、基板上に形成された活性
層と、活性層上に形成されたリッジストライプを形成す
る層とが積層され、リッジストライプの伸長方向に周期
構造を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、リッジ
ストライプの活性層及びリッジストライプを形成する層
の成長面と平行な面上には、少なくとも２つのｐ型電極
を有し、かつ基板下部にはｎ型電極を有し、リッジスト
ライプは、平行な面のうち、そのリッジストライプの伸
長方向に垂直な方向の幅が、少なくとも２つの長さの幅
を有することを特徴とする。
ＦＢ半導体レーザを提供することを目的としている。 【解決手段】 半導体基板と、基板上に形成された活性
層と、活性層上に形成されたリッジストライプを形成す
る層とが積層され、リッジストライプの伸長方向に周期
構造を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、リッジ
ストライプの活性層及びリッジストライプを形成する層
の成長面と平行な面上には、少なくとも２つのｐ型電極
を有し、かつ基板下部にはｎ型電極を有し、リッジスト
ライプは、平行な面のうち、そのリッジストライプの伸
長方向に垂直な方向の幅が、少なくとも２つの長さの幅
を有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長可変の機能を有す
る分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢ半導体レーザ
と称す）に関する。
る分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢ半導体レーザ
と称す）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＤＦＢ半導体レーザは、光ＣＡＴＶなど
を含む光通信システムや、高密度情報記録ＳＨＧ短波長
レーザ、又は小型固体レーザのポンプ光源や、光計測分
野などに応用され得る素子として知られている。従来の
ＤＦＢ半導体レーザはいわゆる２段階以上のエピタキシ
ャル成長によって、形成されている。２段階以上のエピ
タキシャル成長で形成するＤＦＢ半導体レーザでは、レ
ーザの導波層に回折格子（グレーティング）を設け、そ
の後導波路上にその他の層をエピタキシャル成長させて
形成する。また、２段階以上のエピタキシャル成長の煩
雑性を回避するために、１段階エピタキシャル成長によ
って作製されるＤＦＢ半導体レーザも開発されている。
を含む光通信システムや、高密度情報記録ＳＨＧ短波長
レーザ、又は小型固体レーザのポンプ光源や、光計測分
野などに応用され得る素子として知られている。従来の
ＤＦＢ半導体レーザはいわゆる２段階以上のエピタキシ
ャル成長によって、形成されている。２段階以上のエピ
タキシャル成長で形成するＤＦＢ半導体レーザでは、レ
ーザの導波層に回折格子（グレーティング）を設け、そ
の後導波路上にその他の層をエピタキシャル成長させて
形成する。また、２段階以上のエピタキシャル成長の煩
雑性を回避するために、１段階エピタキシャル成長によ
って作製されるＤＦＢ半導体レーザも開発されている。
【０００３】このようなＤＦＢ半導体レーザでは、近
年、波長可変を行えるＤＦＢ半導体レーザが重要な位置
付けとなってきている。この波長可変を行えるＤＦＢ半
導体レーザは、現在、チャープト回折格子構造が提案さ
れている。このチャープト回折格子構造は、（ａ）ＤＦ
Ｂ半導体レーザの回折格子を不均一周期にする構造や、
（ｂ）ＤＦＢ半導体レーザの回折格子を均一にし、レー
ザの導波層に曲り導波路を設ける構造などがあり、これ
らの方法により波長可変を行っている。
年、波長可変を行えるＤＦＢ半導体レーザが重要な位置
付けとなってきている。この波長可変を行えるＤＦＢ半
導体レーザは、現在、チャープト回折格子構造が提案さ
れている。このチャープト回折格子構造は、（ａ）ＤＦ
Ｂ半導体レーザの回折格子を不均一周期にする構造や、
（ｂ）ＤＦＢ半導体レーザの回折格子を均一にし、レー
ザの導波層に曲り導波路を設ける構造などがあり、これ
らの方法により波長可変を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（ａ）の方法の場合には、回折格子を不均一にしなけれ
ばならないため、作製が困難であり、量産性に適してい
ないと言う問題があった。また、上記（ｂ）の方法の場
合には、光の進行方向と回折格子とが垂直になっていな
いため、光の損失が多いと言う問題があった。本発明
は、上記の問題に鑑み、簡単な構造で波長可変が行える
ＤＦＢ半導体レーザを提供することを目的としている。
（ａ）の方法の場合には、回折格子を不均一にしなけれ
ばならないため、作製が困難であり、量産性に適してい
ないと言う問題があった。また、上記（ｂ）の方法の場
合には、光の進行方向と回折格子とが垂直になっていな
いため、光の損失が多いと言う問題があった。本発明
は、上記の問題に鑑み、簡単な構造で波長可変が行える
ＤＦＢ半導体レーザを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
半導体基板と、記基板上に形成された活性層と、活性層
上に形成されたリッジストライプを形成する層とが積層
され、リッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた
分布帰還型半導体レーザにおいて、リッジストライプの
活性層及びリッジストライプを形成する層の成長面と平
行な面上には、少なくとも２つの電極を有し、かつ基板
下部には電極を有し、リッジストライプは、上記平行な
面のうち、そのリッジストライプの伸長方向に垂直な方
向の幅が、少なくとも２つの長さの幅を有することを特
徴とする。
半導体基板と、記基板上に形成された活性層と、活性層
上に形成されたリッジストライプを形成する層とが積層
され、リッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた
分布帰還型半導体レーザにおいて、リッジストライプの
活性層及びリッジストライプを形成する層の成長面と平
行な面上には、少なくとも２つの電極を有し、かつ基板
下部には電極を有し、リッジストライプは、上記平行な
面のうち、そのリッジストライプの伸長方向に垂直な方
向の幅が、少なくとも２つの長さの幅を有することを特
徴とする。
【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の分
布帰還型半導体レーザにおいて、リッジストライプの幅
は、半導体レーザのレーザ出射方向に向かって狭まるよ
うな幅であることを特徴とする。
布帰還型半導体レーザにおいて、リッジストライプの幅
は、半導体レーザのレーザ出射方向に向かって狭まるよ
うな幅であることを特徴とする。
【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の分
布帰還型半導体レーザにおいて、リッジストライプは、
半導体レーザのレーザ出射方向の端面の幅が当該レーザ
出射方向とは逆の端面の幅よりも狭くなるように形成さ
れた略台形形状であることを特徴とする。
布帰還型半導体レーザにおいて、リッジストライプは、
半導体レーザのレーザ出射方向の端面の幅が当該レーザ
出射方向とは逆の端面の幅よりも狭くなるように形成さ
れた略台形形状であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明のＤＦＢ半導体レーザによれば、半導体
基板と、記基板上に形成された活性層と、活性層上に形
成されたリッジストライプを形成する層とが積層され、
リッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた分布帰
還型半導体レーザにおいて、リッジストライプの活性層
及びリッジストライプを形成する層の成長面と平行な面
上には、少なくとも２つの電極を有し、かつ基板下部に
は電極を有し、リッジストライプは、上記平行な面のう
ち、そのリッジストライプの伸長方向に垂直な方向の幅
が、少なくとも２つの長さの幅を有するように構成され
ているので、簡単な構成で波長可変が行え、作製も容易
で量産性に適し、さらに光の損失が少ないＤＦＢ半導体
レーザができる。
基板と、記基板上に形成された活性層と、活性層上に形
成されたリッジストライプを形成する層とが積層され、
リッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた分布帰
還型半導体レーザにおいて、リッジストライプの活性層
及びリッジストライプを形成する層の成長面と平行な面
上には、少なくとも２つの電極を有し、かつ基板下部に
は電極を有し、リッジストライプは、上記平行な面のう
ち、そのリッジストライプの伸長方向に垂直な方向の幅
が、少なくとも２つの長さの幅を有するように構成され
ているので、簡単な構成で波長可変が行え、作製も容易
で量産性に適し、さらに光の損失が少ないＤＦＢ半導体
レーザができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、インジウム−リン（以
下、ＩｎＰと称す）基板上に、例えば、原料として有機
金属化合物ガスを用いた有機金属化合物成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）により、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のＤＦＢ半
導体レーザを作製し、特に、リッジストライプを形成す
る層に特徴を有するものである。以下、本発明によるＤ
ＦＢ半導体レーザの素子構造、作製方法及び諸特性を図
面に基づいて説明する。
下、ＩｎＰと称す）基板上に、例えば、原料として有機
金属化合物ガスを用いた有機金属化合物成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）により、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のＤＦＢ半
導体レーザを作製し、特に、リッジストライプを形成す
る層に特徴を有するものである。以下、本発明によるＤ
ＦＢ半導体レーザの素子構造、作製方法及び諸特性を図
面に基づいて説明する。
【００１０】（Ｉ）ＤＦＢ半導体レーザの素子構造 図１は本発明におけるＤＦＢ半導体レーザの断面図であ
る。本図において、例えば、１はＩｎＰからなる基板１
であり、２はｎ型ＩｎＰからなるクラッド層２である。
３及び５はＩｎＧａＡｓＰからなり、後述する活性層に
光の閉じ込めを行うためのガイド層３，５であり、４は
ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層４である。６はｐ型Ｉｎ
Ｐからなるリッジストライプを形成するクラッド層６で
あり、また、７はｐ型ＩｎＧａＡｓＰ又はｐ型ＩｎＧａ
Ａｓからなるリッジストライプを形成するコンタクト層
７である。また、８はＳｉＯ2 等からなる絶縁物層８で
ある。
る。本図において、例えば、１はＩｎＰからなる基板１
であり、２はｎ型ＩｎＰからなるクラッド層２である。
３及び５はＩｎＧａＡｓＰからなり、後述する活性層に
光の閉じ込めを行うためのガイド層３，５であり、４は
ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層４である。６はｐ型Ｉｎ
Ｐからなるリッジストライプを形成するクラッド層６で
あり、また、７はｐ型ＩｎＧａＡｓＰ又はｐ型ＩｎＧａ
Ａｓからなるリッジストライプを形成するコンタクト層
７である。また、８はＳｉＯ2 等からなる絶縁物層８で
ある。
【００１１】上述した各層が図１に示されている順番で
積層成長され、レーザ構造を有するレーザ基板を形成す
る。また、図示されていないが、ガイド層５上に発振波
長に対応した周期の回折格子９が形成されており、この
回折格子９は、後述する電子線描画方法などにより形成
される。
積層成長され、レーザ構造を有するレーザ基板を形成す
る。また、図示されていないが、ガイド層５上に発振波
長に対応した周期の回折格子９が形成されており、この
回折格子９は、後述する電子線描画方法などにより形成
される。
【００１２】図２は、図１に示したＤＦＢ半導体レーザ
の斜視図であり、本発明では、リッジストライプを形成
するクラッド層６及びコンタクト層７の各層の成長面と
平行な面の面形状がレーザ出射方向であるリッジストラ
イプの伸長方向に向かって略台形を成している。すなわ
ち、レーザ出射が行われる端面のリッジストライプの幅
Ｗf と、レーザ出射が行われる端面とは逆の端面のリッ
ジストライプの幅Ｗrにより、略台形の形状を形成して
いる。なお、図示はされていないが本図においてもクラ
ッド層６及びコンタクト層７の両側は絶縁物層８となっ
ている。
の斜視図であり、本発明では、リッジストライプを形成
するクラッド層６及びコンタクト層７の各層の成長面と
平行な面の面形状がレーザ出射方向であるリッジストラ
イプの伸長方向に向かって略台形を成している。すなわ
ち、レーザ出射が行われる端面のリッジストライプの幅
Ｗf と、レーザ出射が行われる端面とは逆の端面のリッ
ジストライプの幅Ｗrにより、略台形の形状を形成して
いる。なお、図示はされていないが本図においてもクラ
ッド層６及びコンタクト層７の両側は絶縁物層８となっ
ている。
【００１３】本図におけるＤＦＢ半導体レーザは、リッ
ジストライプの幅がＷf である端面の活性層近傍よりレ
ーザの出射が行われる。また、レーザ出射が行われる端
面は無反射の端面となっており、レーザ出射が行われる
端面とは逆の端面は高反射膜を形成した端面となってい
る。先述した回折格子９は、本図に示すようにＤＦＢ半
導体レーザのレーザ出射方向に略垂直な方向に所定の均
一な周期を持って形成されている。なお、図１，図２に
おいては、電極形成前の状態を示しており、最終的に
は、後述する図８のようなＤＦＢ半導体レーザとなる。
ジストライプの幅がＷf である端面の活性層近傍よりレ
ーザの出射が行われる。また、レーザ出射が行われる端
面は無反射の端面となっており、レーザ出射が行われる
端面とは逆の端面は高反射膜を形成した端面となってい
る。先述した回折格子９は、本図に示すようにＤＦＢ半
導体レーザのレーザ出射方向に略垂直な方向に所定の均
一な周期を持って形成されている。なお、図１，図２に
おいては、電極形成前の状態を示しており、最終的に
は、後述する図８のようなＤＦＢ半導体レーザとなる。
【００１４】（II）ＤＦＢ半導体レーザの作製方法 図３乃至図８は、本発明による半導体レーザを形成する
素子の作製方法を段階的に示した図である。
素子の作製方法を段階的に示した図である。
【００１５】（積層工程）先ず、図３に示すように、Ｉ
ｎＰ基板１を用意し、化学エッチングで表面を清浄し、
所定のエピタキシャル成長方法（液相成長法、有機金属
気相成長法、分子線成長法など）でＳＣＨ(Separate Co
nfinement Heterostructure)構造領域３，４，５、リッ
ジストライプを形成するクラッド層６及びコンタクト層
７などを形成する。例えば、本発明においては、図１及
び図３に示された各材料層が用いられている。
ｎＰ基板１を用意し、化学エッチングで表面を清浄し、
所定のエピタキシャル成長方法（液相成長法、有機金属
気相成長法、分子線成長法など）でＳＣＨ(Separate Co
nfinement Heterostructure)構造領域３，４，５、リッ
ジストライプを形成するクラッド層６及びコンタクト層
７などを形成する。例えば、本発明においては、図１及
び図３に示された各材料層が用いられている。
【００１６】（リッジストライプ形成工程）次に、図４
に示すように、リッジストライプがレーザの出射方向に
伸長するように、例えばフォトリソグラフィー技術等を
用いて、ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 等からなる所定のストライ
プマスクを、コンタクト層７上に形成する。そして、ス
トライプマスクを形成した場所以外のクラッド層６及び
コンタクト層７をエッチングして、両側平坦部１０と平
面上面部１１（ａ）を有するリッジストライプ１１とを
形成する。なお、本発明においては、図５に示したよう
に、リッジストライプを形成するクラッド層６及びコン
タクト層７の各層の成長面と平行な面の面形状がレーザ
出射方向に向かって略台形を成すように、所定のストラ
イプマスクを形成する。すなわち、レーザ出射が行われ
る前端面のストライプマスクの幅をＷfとし、レーザ出
射が行われる端面とは逆の後端面のストライプマスクの
幅をＷrとした略台形の形状によりストライプマスクを
形成する。この形状は、略台形としたが、台形そのもの
でも良い。なお、当該リッジストライプは、幅Ｗf ＜幅
Ｗr となっている。また、本工程後、ストライプマスク
は除去される。
に示すように、リッジストライプがレーザの出射方向に
伸長するように、例えばフォトリソグラフィー技術等を
用いて、ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 等からなる所定のストライ
プマスクを、コンタクト層７上に形成する。そして、ス
トライプマスクを形成した場所以外のクラッド層６及び
コンタクト層７をエッチングして、両側平坦部１０と平
面上面部１１（ａ）を有するリッジストライプ１１とを
形成する。なお、本発明においては、図５に示したよう
に、リッジストライプを形成するクラッド層６及びコン
タクト層７の各層の成長面と平行な面の面形状がレーザ
出射方向に向かって略台形を成すように、所定のストラ
イプマスクを形成する。すなわち、レーザ出射が行われ
る前端面のストライプマスクの幅をＷfとし、レーザ出
射が行われる端面とは逆の後端面のストライプマスクの
幅をＷrとした略台形の形状によりストライプマスクを
形成する。この形状は、略台形としたが、台形そのもの
でも良い。なお、当該リッジストライプは、幅Ｗf ＜幅
Ｗr となっている。また、本工程後、ストライプマスク
は除去される。
【００１７】（回折格子形成工程）本発明における回折
格子９は、例えば電子線描画方法等により形成される。
先ず、両側平坦部１０及び平坦上端部１１（ａ）上にわ
たって、図示せぬＳｉＯ2 等の保護膜を形成する。次
に、保護膜を形成した両側平坦部１０及び平面上端部１
１（ａ）上にわたって、電子ビーム描画レジストをコー
ティングして、その後、熱処理して図示せぬレジスト層
を形成する。そして、図６に示すように、所望のレーザ
発振波長に合わせた周期で、そのラインをレーザの出射
方向と垂直な方向に沿って電子ビーム描画し、レジスト
層上に、リッジストライプの伸長方向、すなわち共振器
方向に周期Λの回折格子のパターンを形成する。
格子９は、例えば電子線描画方法等により形成される。
先ず、両側平坦部１０及び平坦上端部１１（ａ）上にわ
たって、図示せぬＳｉＯ2 等の保護膜を形成する。次
に、保護膜を形成した両側平坦部１０及び平面上端部１
１（ａ）上にわたって、電子ビーム描画レジストをコー
ティングして、その後、熱処理して図示せぬレジスト層
を形成する。そして、図６に示すように、所望のレーザ
発振波長に合わせた周期で、そのラインをレーザの出射
方向と垂直な方向に沿って電子ビーム描画し、レジスト
層上に、リッジストライプの伸長方向、すなわち共振器
方向に周期Λの回折格子のパターンを形成する。
【００１８】その後、ＣＦ4 ドライエッチングでＳｉＯ
2 保護膜にレジスト層の回折格子を転写し、塩酸系エッ
チャントで、両側平坦部１０を選択的にウエットエッチ
ングして両端平坦部１０から回折格子９を形成するとと
もに、保護膜を除去する。なお、その際、本発明の回折
格子９は、図６に示したように、リッジストライプの側
面まで形成しているが、両側平坦部１０のみでも良い。
また、本実施の形態では、回折格子の形成工程をドライ
エッチングとウエットエッチングの両者を用いる方法に
ついて述べたが、ドライエッチングのみで行うことも可
能である。その際は、リッジストライプ形成工程で除去
したストライプマスクを残しておき、ドライエッチング
終了後、ストライプマスクを除去するようにする。
2 保護膜にレジスト層の回折格子を転写し、塩酸系エッ
チャントで、両側平坦部１０を選択的にウエットエッチ
ングして両端平坦部１０から回折格子９を形成するとと
もに、保護膜を除去する。なお、その際、本発明の回折
格子９は、図６に示したように、リッジストライプの側
面まで形成しているが、両側平坦部１０のみでも良い。
また、本実施の形態では、回折格子の形成工程をドライ
エッチングとウエットエッチングの両者を用いる方法に
ついて述べたが、ドライエッチングのみで行うことも可
能である。その際は、リッジストライプ形成工程で除去
したストライプマスクを残しておき、ドライエッチング
終了後、ストライプマスクを除去するようにする。
【００１９】ここで、ＤＦＢ半導体レーザは、一般的に
レーザ光が伝搬する方向に周期Λで変化する周期構造が
形成され、そのため屈折率も周期的に変化し、周期的に
反射されてくる光の反射率が高い波長で（ブラッグ反
射）、レーザ発振が起こる。よってＤＦＢ半導体レーザ
の発振波長は周期構造の周期Λ及び屈折率ｎによって決
まり、一般にその周期は、
レーザ光が伝搬する方向に周期Λで変化する周期構造が
形成され、そのため屈折率も周期的に変化し、周期的に
反射されてくる光の反射率が高い波長で（ブラッグ反
射）、レーザ発振が起こる。よってＤＦＢ半導体レーザ
の発振波長は周期構造の周期Λ及び屈折率ｎによって決
まり、一般にその周期は、
【００２０】
【数１】Λ＝ｍλ／２ｎ を満たすブラッグ条件にて単一縦モードが得られる。な
お、ｍは整数、λは発振波長（真空中）、及びｎは半導
体レーザ媒体の屈折率を示す。
お、ｍは整数、λは発振波長（真空中）、及びｎは半導
体レーザ媒体の屈折率を示す。
【００２１】（電極形成工程）次に、図７に示したよう
に、リッジストライプ１１及び回折格子９の全面に、例
えばＳｉＯ2 からなる絶縁物層８を形成し、その後、平
面上端部１１（ａ）が露出するまで絶縁物層８を除去
し、露出した平面上端部１１（ａ）のコンタクト層７上
と絶縁物層８上に、例えばＡｕ／Ｚｎからなる合金金属
を上部ｐ型電極１２として堆積する。
に、リッジストライプ１１及び回折格子９の全面に、例
えばＳｉＯ2 からなる絶縁物層８を形成し、その後、平
面上端部１１（ａ）が露出するまで絶縁物層８を除去
し、露出した平面上端部１１（ａ）のコンタクト層７上
と絶縁物層８上に、例えばＡｕ／Ｚｎからなる合金金属
を上部ｐ型電極１２として堆積する。
【００２２】最後に、図８に示したように、ｐ型クラッ
ド層６、コンタクト層７及び上部ｐ型電極１２は、レー
ザ出射方向の略中間位置にてエッチングにより分離さ
れ、電極分離溝１３を形成し、当該ｐ型電極はｐ型電極
１２（Ａ），（Ｂ）に分離される。このｐ型電極の分離
は、後述するように波長可変の制御を行うために設けら
れたものであり、その分離数は２個に限定されるもので
はなく、波長可変の方法に応じて適宜決められるもので
ある。すなわち、リッジストライプの幅が異なる部分に
それぞれ電極を形成すれば良い。
ド層６、コンタクト層７及び上部ｐ型電極１２は、レー
ザ出射方向の略中間位置にてエッチングにより分離さ
れ、電極分離溝１３を形成し、当該ｐ型電極はｐ型電極
１２（Ａ），（Ｂ）に分離される。このｐ型電極の分離
は、後述するように波長可変の制御を行うために設けら
れたものであり、その分離数は２個に限定されるもので
はなく、波長可変の方法に応じて適宜決められるもので
ある。すなわち、リッジストライプの幅が異なる部分に
それぞれ電極を形成すれば良い。
【００２３】また、本発明においては、ｐ型クラッド層
６、コンタクト層７及び上部ｐ型電極１２を分離した
が、コンタクト層７及び上部ｐ型電極１２のみを分離す
るだけでも良い。そして、基板下部には例えばＡｕ／Ｇ
ｅからなる合金金属を下部ｎ型電極層１４として堆積す
る。このようにして本発明のＤＦＢ半導体レーザを形成
する素子が作製される。
６、コンタクト層７及び上部ｐ型電極１２を分離した
が、コンタクト層７及び上部ｐ型電極１２のみを分離す
るだけでも良い。そして、基板下部には例えばＡｕ／Ｇ
ｅからなる合金金属を下部ｎ型電極層１４として堆積す
る。このようにして本発明のＤＦＢ半導体レーザを形成
する素子が作製される。
【００２４】(III)本発明によるＤＦＢ半導体レーザの
波長可変原理 上述した方法により作製されたＤＦＢ半導体レーザの波
長可変の原理について詳述する。図９は、本発明におけ
るＤＦＢ半導体レーザにおいて、発振波長のシフト状況
を表した図であり、図面上、横軸は半導体レーザの発振
波長λで、縦軸は相対強度スペクトラムを表している。
また、細線ａは半導体レーザのレーザ利得カーブ内の可
能な発振モード（回折格子がない場合に発振可能なモー
ド）を表しており、太線ｂ及び破線ｃは図８において上
部ｐ型電極１２Ａ，１２Ｂに所定の電流を流した場合に
発振する単一モード発振である。
波長可変原理 上述した方法により作製されたＤＦＢ半導体レーザの波
長可変の原理について詳述する。図９は、本発明におけ
るＤＦＢ半導体レーザにおいて、発振波長のシフト状況
を表した図であり、図面上、横軸は半導体レーザの発振
波長λで、縦軸は相対強度スペクトラムを表している。
また、細線ａは半導体レーザのレーザ利得カーブ内の可
能な発振モード（回折格子がない場合に発振可能なモー
ド）を表しており、太線ｂ及び破線ｃは図８において上
部ｐ型電極１２Ａ，１２Ｂに所定の電流を流した場合に
発振する単一モード発振である。
【００２５】例えば、図８において、上部ｐ型電極Ａ，
Ｂにレーザ発振が可能な所定量の電流を同じ量だけ流す
と、当該ＤＦＢ半導体レーザは、回折格子９のフィルタ
効果によりその電流値に対応した所定の波長のレーザ、
例えば図９の太線ｂの波長のレーザを出射する。この状
態において、上部ｐ型電極１２Ａ，Ｂの電流量を可変さ
せることにより当該波長が短波長方向又は長波長方向に
シフトすることになる。例えば、短波長方向にシフトし
た場合には、図９の破線ｃの波長のレーザを出射する。
具体的には、上部ｐ型電極１２Ａの電流量と上部ｐ型電
極１２Ｂの電流量との関係を、
Ｂにレーザ発振が可能な所定量の電流を同じ量だけ流す
と、当該ＤＦＢ半導体レーザは、回折格子９のフィルタ
効果によりその電流値に対応した所定の波長のレーザ、
例えば図９の太線ｂの波長のレーザを出射する。この状
態において、上部ｐ型電極１２Ａ，Ｂの電流量を可変さ
せることにより当該波長が短波長方向又は長波長方向に
シフトすることになる。例えば、短波長方向にシフトし
た場合には、図９の破線ｃの波長のレーザを出射する。
具体的には、上部ｐ型電極１２Ａの電流量と上部ｐ型電
極１２Ｂの電流量との関係を、
【００２６】
【数２】上部ｐ型電極１２Ａの電流量＞上部ｐ型電極１
２Ｂの電流量 とすると、レーザの発振波長は短波長側、すなわち図９
において紙面に向かって左側にシフトし、
２Ｂの電流量 とすると、レーザの発振波長は短波長側、すなわち図９
において紙面に向かって左側にシフトし、
【００２７】
【数３】上部ｐ型電極１２Ａの電流量＜上部ｐ型電極１
２Ｂの電流量 とすると、レーザの発振波長は長波長側、すなわち図９
において紙面に向かって右側にシフトすることになる。
２Ｂの電流量 とすると、レーザの発振波長は長波長側、すなわち図９
において紙面に向かって右側にシフトすることになる。
【００２８】よって、本発明のＤＦＢ半導体レーザは、
上部ｐ型電極Ａ，Ｂに流す電流の量を可変させることの
みで波長の可変制御が行えるようになった。このよう
に、本発明のＤＦＢ半導体レーザの波長の可変制御が行
えるのは、リッジストライプの幅が関係している。
上部ｐ型電極Ａ，Ｂに流す電流の量を可変させることの
みで波長の可変制御が行えるようになった。このよう
に、本発明のＤＦＢ半導体レーザの波長の可変制御が行
えるのは、リッジストライプの幅が関係している。
【００２９】図１０は、本発明のＤＦＢ半導体レーザの
リッジストライプの幅Ｗの変化による実効屈折率ｎe の
変化を表したものである。本図において、横軸はリッジ
ストライプの幅Ｗを表し、縦軸は半導体レーザ全体の実
効屈折率ｎe を表している。図１０から分かるように、
リッジストライプの幅Ｗの長さが短くなるにつれ実効屈
折率ｎe が減少していることが分かる。ここで、上述し
たようにＤＦＢ半導体レーザの発振波長の周期Λは数１
によって規定されており、本式より発振波長λは、
リッジストライプの幅Ｗの変化による実効屈折率ｎe の
変化を表したものである。本図において、横軸はリッジ
ストライプの幅Ｗを表し、縦軸は半導体レーザ全体の実
効屈折率ｎe を表している。図１０から分かるように、
リッジストライプの幅Ｗの長さが短くなるにつれ実効屈
折率ｎe が減少していることが分かる。ここで、上述し
たようにＤＦＢ半導体レーザの発振波長の周期Λは数１
によって規定されており、本式より発振波長λは、
【００３０】
【数４】λ＝２ｎΛ／ｍ を満たすことがわかる。本発明によるＤＦＢ半導体レー
ザの屈折率ｎは、半導体レーザの各層の形状などの幾何
構造や、ＳＣＨ構造領域層、クラッド層、コンタクト層
及び絶縁物層などの物理構造等により決められており、
それらの屈折率を全て含めて実効屈折率ｎe としてい
る。よって、本発明によるＤＦＢ半導体レーザの発振波
長は、
ザの屈折率ｎは、半導体レーザの各層の形状などの幾何
構造や、ＳＣＨ構造領域層、クラッド層、コンタクト層
及び絶縁物層などの物理構造等により決められており、
それらの屈折率を全て含めて実効屈折率ｎe としてい
る。よって、本発明によるＤＦＢ半導体レーザの発振波
長は、
【００３１】
【数５】λ＝２ｎe Λ／ｍ となる。よって、数５よりＤＦＢ半導体レーザの発振波
長は、回折格子の周期Λが一定の場合には、実効屈折率
ｎe により変化することがわかる。すなわち、実効屈折
率ｎe が小さくなると当該発振波長は短波長となり、実
効屈折率ｎe が大きくなると当該発振波長は長波長とな
る。また、この実効屈折率ｎe は上述したように、リッ
ジストライプの幅Ｗにより変化するので、数５の関係及
び図１０から、当該発振波長はリッジストライプの幅Ｗ
により変化することになる。
長は、回折格子の周期Λが一定の場合には、実効屈折率
ｎe により変化することがわかる。すなわち、実効屈折
率ｎe が小さくなると当該発振波長は短波長となり、実
効屈折率ｎe が大きくなると当該発振波長は長波長とな
る。また、この実効屈折率ｎe は上述したように、リッ
ジストライプの幅Ｗにより変化するので、数５の関係及
び図１０から、当該発振波長はリッジストライプの幅Ｗ
により変化することになる。
【００３２】このリッジストライプの幅Ｗは、図５に示
されているようにレーザ出射面である前端面の幅Ｗf が
後端面の幅Ｗr よりも狭くなるように構成されているの
で、数２で示したように電流量を制御すると、上述した
関係から波長が短くなるのである。また、数３で示した
ように電流量を制御すると、上述した関係から波長が長
くなるのである。
されているようにレーザ出射面である前端面の幅Ｗf が
後端面の幅Ｗr よりも狭くなるように構成されているの
で、数２で示したように電流量を制御すると、上述した
関係から波長が短くなるのである。また、数３で示した
ように電流量を制御すると、上述した関係から波長が長
くなるのである。
【００３３】なお、図１０に示したように、実効屈折率
ｎe がリッジストライプの幅Ｗにより変化する理由は、
上述した半導体レーザの幾何構造によるものである。す
なわち、リッジストライプの幅が狭い部分ではリッジス
トライプの幅が広い部分よりも、その光の強度部分が絶
縁物層８に大幅にはみ出すため、リッジストライプを形
成する層よりも屈折率の低い絶縁物層が関与し、全体の
実効屈折率が下がることになるのである。
ｎe がリッジストライプの幅Ｗにより変化する理由は、
上述した半導体レーザの幾何構造によるものである。す
なわち、リッジストライプの幅が狭い部分ではリッジス
トライプの幅が広い部分よりも、その光の強度部分が絶
縁物層８に大幅にはみ出すため、リッジストライプを形
成する層よりも屈折率の低い絶縁物層が関与し、全体の
実効屈折率が下がることになるのである。
【００３４】以上に示したように、本発明のＤＦＢ半導
体レーザにおいては、リッジストライプの形状をレーザ
出射方向に向かって略台形とし、各電極に流す電流を制
御するのみでＤＦＢ半導体レーザの波長可変が行われる
のである。なお、本発明においては、リッジストライプ
の形状をレーザ出射方向に向かって略台形としたが、こ
の形状に限られるわけではなく、波長可変を行うために
は、少なくとも２つの長さの幅を有するリッジストライ
プであれば良い。また、本発明においては、横結合リッ
ジ型ＤＦＢ半導体レーザについて説明したが、これに限
定されるわけではなく、内部に回折格子を有する全ての
ＤＦＢ半導体レーザに対して適用可能である。
体レーザにおいては、リッジストライプの形状をレーザ
出射方向に向かって略台形とし、各電極に流す電流を制
御するのみでＤＦＢ半導体レーザの波長可変が行われる
のである。なお、本発明においては、リッジストライプ
の形状をレーザ出射方向に向かって略台形としたが、こ
の形状に限られるわけではなく、波長可変を行うために
は、少なくとも２つの長さの幅を有するリッジストライ
プであれば良い。また、本発明においては、横結合リッ
ジ型ＤＦＢ半導体レーザについて説明したが、これに限
定されるわけではなく、内部に回折格子を有する全ての
ＤＦＢ半導体レーザに対して適用可能である。
【００３５】また、本発明においては、リッジストライ
プの下に回折格子を有していないが、リッジストライプ
の下に回折格子を有するリッジ型ＤＦＢ半導体レーザに
対しても適用可能である。また、本発明においては、回
折格子が均一周期を有するものとしたが、例えば、不均
一周期にした場合にも適用可能である。その際には、不
均一周期がレーザの出射方向に向かって短い周期となる
ように形成すれば、リッジストライプの幅と不均一周期
の相乗効果により、波長のシフト量が、回折格子均一周
期の場合に比べて、同じ電流量に対してより大きくな
る。また、本発明においては、リッジストライプを有す
るＤＦＢ半導体レーザに関して説明したが、図１１に示
したように活性層から上の層が全て台形形状を成し、回
折格子がガイド層に設けられているような活性層ストラ
イプ埋め込み型ＤＦＢ半導体レーザに関しても適用可能
である。
プの下に回折格子を有していないが、リッジストライプ
の下に回折格子を有するリッジ型ＤＦＢ半導体レーザに
対しても適用可能である。また、本発明においては、回
折格子が均一周期を有するものとしたが、例えば、不均
一周期にした場合にも適用可能である。その際には、不
均一周期がレーザの出射方向に向かって短い周期となる
ように形成すれば、リッジストライプの幅と不均一周期
の相乗効果により、波長のシフト量が、回折格子均一周
期の場合に比べて、同じ電流量に対してより大きくな
る。また、本発明においては、リッジストライプを有す
るＤＦＢ半導体レーザに関して説明したが、図１１に示
したように活性層から上の層が全て台形形状を成し、回
折格子がガイド層に設けられているような活性層ストラ
イプ埋め込み型ＤＦＢ半導体レーザに関しても適用可能
である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＤＦＢ半
導体レーザにおいては、リッジストライプの形状をレー
ザ出射方向に向かって略台形とし、各電極に流す電流を
制御するのみで半導体レーザの波長可変が行われるの
で、簡単な構成であり、作製も容易で量産性に適し、さ
らに光の損失が少ないＤＦＢ半導体レーザができる。
導体レーザにおいては、リッジストライプの形状をレー
ザ出射方向に向かって略台形とし、各電極に流す電流を
制御するのみで半導体レーザの波長可変が行われるの
で、簡単な構成であり、作製も容易で量産性に適し、さ
らに光の損失が少ないＤＦＢ半導体レーザができる。
【図１】本発明の半導体素子の断面図である（電極形成
前）。
前）。
【図２】本発明の半導体素子の斜視図である（電極形成
前）。
前）。
【図３】本発明の半導体素子の作製工程の１過程を示す
図である。
図である。
【図４】本発明の半導体素子の作製工程の１過程を示す
図である。
図である。
【図５】本発明の半導体素子のリッジストライプの形状
を示す図である。
を示す図である。
【図６】本発明の半導体素子の作製工程の１過程を示す
図である。
図である。
【図７】本発明の半導体素子の作製工程の１過程を示す
図である。
図である。
【図８】本発明の半導体素子の作製工程の最終過程を示
す図である。
す図である。
【図９】本発明の半導体素子の発振波長対相対強度のス
ペクトラムを示す図である。
ペクトラムを示す図である。
【図１０】本発明の半導体素子のリッジストライプの幅
対実行屈折率を示す図である。
対実行屈折率を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例の半導体素子の斜視図で
ある（電極形成前）。
ある（電極形成前）。
１・・・・ＩｎＰ基板 ２・・・・ｎ型ＩｎＰクラッド層 ３，５・・・・ＩｎＧａＡｓＰガイド層 ４・・・・ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ６・・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層 ７・・・・ｐ型ＩｎＰＧａＡｓＰ又はｐ型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層 ８・・・・絶縁物層 ９・・・・回折格子 １０・・・・平坦部 １１・・・・リッジストライプ部 １１ａ・・・・平面上端部 １２・・・・上部ｐ型電極 １３・・・・電極分離溝 １４・・・・下部ｎ型電極層
コンタクト層 ８・・・・絶縁物層 ９・・・・回折格子 １０・・・・平坦部 １１・・・・リッジストライプ部 １１ａ・・・・平面上端部 １２・・・・上部ｐ型電極 １３・・・・電極分離溝 １４・・・・下部ｎ型電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹間 清文 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板と、前記基板上に形成された
活性層と、前記活性層上に形成されたリッジストライプ
を形成する層とが積層され、前記リッジストライプの伸
長方向に周期構造を備えた分布帰還型半導体レーザにお
いて、 前記リッジストライプの前記活性層及び前記リッジスト
ライプを形成する層の成長面と平行な面上には、少なく
とも２つのｐ型電極を有し、かつ前記基板下部にはｎ型
電極を有し、 前記リッジストライプは、前記平行な面のうち、そのリ
ッジストライプの伸長方向に垂直な方向の幅が、少なく
とも２つの長さの幅を有することを特徴とする分布帰還
型半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記リッジストライプの幅は、前記半導
体レーザのレーザ出射方向に向かって狭まるような幅で
あることを特徴とする請求項１記載の分布帰還型半導体
レーザ。 - 【請求項３】 前記リッジストライプは、半導体レーザ
のレーザ出射方向の端面の幅が当該レーザ出射方向とは
逆の端面の幅よりも狭くなるように形成された略台形形
状であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一
項に記載の分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03054698A JP3682367B2 (ja) | 1998-01-28 | 1998-01-28 | 分布帰還型半導体レーザ |
| US09/237,890 US6301283B1 (en) | 1998-01-28 | 1999-01-27 | Distributed feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03054698A JP3682367B2 (ja) | 1998-01-28 | 1998-01-28 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214793A true JPH11214793A (ja) | 1999-08-06 |
| JP3682367B2 JP3682367B2 (ja) | 2005-08-10 |
Family
ID=12306802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03054698A Expired - Fee Related JP3682367B2 (ja) | 1998-01-28 | 1998-01-28 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6301283B1 (ja) |
| JP (1) | JP3682367B2 (ja) |
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| JP2003110193A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-04-11 | Nanoplus Gmbh Nanosystems & Technologies | 弱く結合されたグレーティングを有する半導体レーザ |
| KR100765470B1 (ko) | 2006-08-31 | 2007-10-09 | 한국광기술원 | 자기 발진 다중 영역 ｄｆｂ 레이저 다이오드 및 그제조방법 |
| JP2012526375A (ja) * | 2009-05-05 | 2012-10-25 | ナノプラス ゲーエムベーハー ナノシステムズ アンド テクノロジーズ | 大出力パワー用の横結合を持つｄｆｂレーザダイオード |
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| KR100575964B1 (ko) * | 2003-12-16 | 2006-05-02 | 삼성전자주식회사 | 광검출기가 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조 모듈 |
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| JP3112115B2 (ja) | 1992-03-13 | 2000-11-27 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路の製造方法 |
| FR2703524B1 (fr) | 1993-03-29 | 1995-05-12 | France Telecom | Modulateur optique d'amplitude utilisant une structure de type laser DFB biélectrode. |
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-
1998
- 1998-01-28 JP JP03054698A patent/JP3682367B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-01-27 US US09/237,890 patent/US6301283B1/en not_active Expired - Fee Related
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