JPS58140179A - 分布帰還型半導体レ−ザ - Google Patents
分布帰還型半導体レ−ザInfo
- Publication number
- JPS58140179A JPS58140179A JP57022548A JP2254882A JPS58140179A JP S58140179 A JPS58140179 A JP S58140179A JP 57022548 A JP57022548 A JP 57022548A JP 2254882 A JP2254882 A JP 2254882A JP S58140179 A JPS58140179 A JP S58140179A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- refractive index
- band width
- semiconductor laser
- forbidden band
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、単一波長で発振する分布帰還型半導体レーザ
に関するものである。
に関するものである。
光半導体素子及び光ファイバの進歩によつて、光フアイ
バ通信の実用化が各分野で開始さｆている。しかし、光
フアイバ通信の特性を充分に利用するＫは、光ファイバ
が最低損失となる波長１．５ミクロンか５１．６ミクロ
ンの領域で良い特性を有する半導体レーザが必要である
が、この波長斌において良い特性、すなわち低電流で駆
動可能でかつ発振波長が単一で安定な半導体レーザが従
来得られなかった。低電流で発振できなｈと、半導体レ
ーザの信頼性の低下、電源の大形化、等種々の問題を引
きおこし、また単一で安定な波長で発振する半導体レー
ザが得られないと、１．５ミクロンから１．６ミクロン
の波長領域における光ファイバの材料分散は大きいため
、高速の信号伝送が出来なくなる。単一で安定な波長で
発振する半導体レーザを目的として、ダブリエ・ストレ
イファー（Ｗ、 ８ ｔ ｒ ｅ １ ｆ ｅ ｒ ）
氏等はアイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オプ・カ
ンタムやエレクトロニクス（ＩＥＥＥＩ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＥｌ ｅｃ ｔ ｒｏｎ
ｉ ｃ ｓ ） （ＱＢ−１１巻、８６７３！； １９
７５年）誌上において分布帰還型半導体レーザを発表し
た。このレーザは導波路に周期的な屈折率の大／Ｊ％が
める九め、この間隔に適合した波長の発振モードしか発
振せず、そのために単一の波長で発振した。しかし、活
性層に周期的な直線状の凹凸を持たせるため、凹凸の形
状を有する界面での非発光再結合が多く発生し、低い電
流で発振出来なかった。その後、基板に凹凸の形状を形
成し、活性層と基板の間に基板の屈折率よυは高くかつ
禁制帯幅の小さい層を設け、活性層の境界面は平板状で
ある分布帰還型半導体レーザが提案さｎた。この分布帰
還型レーザは、活性層に凹凸をつけることをせずに、活
性層と、基板と反対側のクラッド層の間に新たにもう一
層設け、この層に凹凸を与えることによって活性層の境
界面の結晶性向上をはかシ非発光再結合が低減され発振
しきい値電流の低減がはから詐た。しかし、新設した層
の禁制帯幅はクラッド層に比べ小さく注入電子の閉じ込
めが充分でなかつたため充分低い電流で発振出来なか−
）た。
バ通信の実用化が各分野で開始さｆている。しかし、光
フアイバ通信の特性を充分に利用するＫは、光ファイバ
が最低損失となる波長１．５ミクロンか５１．６ミクロ
ンの領域で良い特性を有する半導体レーザが必要である
が、この波長斌において良い特性、すなわち低電流で駆
動可能でかつ発振波長が単一で安定な半導体レーザが従
来得られなかった。低電流で発振できなｈと、半導体レ
ーザの信頼性の低下、電源の大形化、等種々の問題を引
きおこし、また単一で安定な波長で発振する半導体レー
ザが得られないと、１．５ミクロンから１．６ミクロン
の波長領域における光ファイバの材料分散は大きいため
、高速の信号伝送が出来なくなる。単一で安定な波長で
発振する半導体レーザを目的として、ダブリエ・ストレ
イファー（Ｗ、 ８ ｔ ｒ ｅ １ ｆ ｅ ｒ ）
氏等はアイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オプ・カ
ンタムやエレクトロニクス（ＩＥＥＥＩ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＥｌ ｅｃ ｔ ｒｏｎ
ｉ ｃ ｓ ） （ＱＢ−１１巻、８６７３！； １９
７５年）誌上において分布帰還型半導体レーザを発表し
た。このレーザは導波路に周期的な屈折率の大／Ｊ％が
める九め、この間隔に適合した波長の発振モードしか発
振せず、そのために単一の波長で発振した。しかし、活
性層に周期的な直線状の凹凸を持たせるため、凹凸の形
状を有する界面での非発光再結合が多く発生し、低い電
流で発振出来なかった。その後、基板に凹凸の形状を形
成し、活性層と基板の間に基板の屈折率よυは高くかつ
禁制帯幅の小さい層を設け、活性層の境界面は平板状で
ある分布帰還型半導体レーザが提案さｎた。この分布帰
還型レーザは、活性層に凹凸をつけることをせずに、活
性層と、基板と反対側のクラッド層の間に新たにもう一
層設け、この層に凹凸を与えることによって活性層の境
界面の結晶性向上をはかシ非発光再結合が低減され発振
しきい値電流の低減がはから詐た。しかし、新設した層
の禁制帯幅はクラッド層に比べ小さく注入電子の閉じ込
めが充分でなかつたため充分低い電流で発振出来なか−
）た。
本発明の目的は、単一波長で発振し、かつ発振しきい値
電流が充分小さい分布帰還型半導体レーザを得ることに
ある。
電流が充分小さい分布帰還型半導体レーザを得ることに
ある。
本発明によｎば、表面に直線状の凹凸が同期的に形成さ
ｆ’ｌ半導体結晶基板上に、手記半導体結晶基板の屈折
率より大なる屈折率を有する第一層と、この第一層の禁
制帯幅よｐ大なる禁制帯幅を有する第二層と、第一層の
屈折率よシ大なる屈折率を有しかつ第二層の禁制帯幅よ
シは小なる禁制帯幅を有する葛三層と、この第三層の屈
折率よシは小なる屈折率を有しかつ第三層の禁制帯幅よ
シは大なる禁制帯幅を有する第四層とが積層さ′ｔ′し
たことを特徴とする分布帰還型レーザが得らｎる。
ｆ’ｌ半導体結晶基板上に、手記半導体結晶基板の屈折
率より大なる屈折率を有する第一層と、この第一層の禁
制帯幅よｐ大なる禁制帯幅を有する第二層と、第一層の
屈折率よシ大なる屈折率を有しかつ第二層の禁制帯幅よ
シは小なる禁制帯幅を有する葛三層と、この第三層の屈
折率よシは小なる屈折率を有しかつ第三層の禁制帯幅よ
シは大なる禁制帯幅を有する第四層とが積層さ′ｔ′し
たことを特徴とする分布帰還型レーザが得らｎる。
次に図面を用いて本発明を説明する。
第１図は本発明の一実施例を説明する図であり、本発明
による分布帰還型半導体レーザの断面構造を示す、ｎ−
ＩｎＰの基板１１の表面に０．４５ミクロン周期の直線
上の凹凸がヘリウム・カドミウムレーザの干渉縞を利用
したフォトリソグラフィーによりて形成さｔた。この基
板の屈折率は３．４５であシ禁制帯幅は１．３５ｅＶで
おる。この基板上に、気相成長法によって屈折率が３゜
６７禁制帯幅が１．１０ｅＶでかつ格子定数がＩｎＰ基
板と合うｎ−ＩｎＧａＡｓＰ結晶を約０．５ミクａｙ（
５０００オングストローム）成長し表面が平坦な第一層
１２を得た。平坦になった第一層１２の上に厚みが５０
０オングストロームの非常に薄いｎ−ＩｎＰ層を第二層
１３として形成した。次に、１５００オングストローム
の厚さで、屈折率が３．８５で、禁制帯幅がｏ、７ｓｅ
Ｖで、格子定数がＩｎＰ基板と合うノンドープＩｎＱａ
ＡｓＰ結晶層を第三層１４として形成した。第三層１４
は注入さｎたキャリヤを閉じ込め、活性層として機能す
る。さらにｐ型ＩｎＰ結晶を約２ミクロン成長し第四層
とした。上記層構造を有する分布帰還型半導体レーザ内
でのキａｔ リヤやレーザ光が閉じ込めらｎる様子を第
２図を用いて説明する。第２図Ｄ）は第１図で説明した
層構造を縦型に書き直した図であり、（ｂ）はエネルギ
ーレベル図、（Ｃ）は屈折率図、（ｄ）は光エネルギー
分布図である。活性層となる第三層１４は禁制帯幅が（
ｂ）図に示すように最も狭く、かつ第三層の両側の層の
エネルキー障壁は充分高いので注入されたキャリヤの内
電子は導電帯の底２３に閉じ込めらｎｌかつホールは充
満帯の天井２４に閉じ込めらｆる。このため、注入され
たキャリヤは効率的に元エネルギーに変換さ九、充分低
いしきい値電流で発振するレーザが得られる。一方、注
入されたキャリヤの再結合によって放射さｆｉｆＣレー
ザ光は屈折率図（Ｃ）の屈折率の高い部分に閉じ込めら
れる。しかし、第二層１３の屈折率の低い部分２５の厚
みは５００オングストロームと非常に薄いため、レーザ
光は屈折率の低い部分２５にもしみ出し、図（ｄ）のよ
うな一様な分布となり、波長選択性をもつ周期状の凹凸
の境界に、光エネルギーが充分拡がり、そのため導波さ
ｎるさいに波長選択を受け、単一波長で安定に発振する
。
による分布帰還型半導体レーザの断面構造を示す、ｎ−
ＩｎＰの基板１１の表面に０．４５ミクロン周期の直線
上の凹凸がヘリウム・カドミウムレーザの干渉縞を利用
したフォトリソグラフィーによりて形成さｔた。この基
板の屈折率は３．４５であシ禁制帯幅は１．３５ｅＶで
おる。この基板上に、気相成長法によって屈折率が３゜
６７禁制帯幅が１．１０ｅＶでかつ格子定数がＩｎＰ基
板と合うｎ−ＩｎＧａＡｓＰ結晶を約０．５ミクａｙ（
５０００オングストローム）成長し表面が平坦な第一層
１２を得た。平坦になった第一層１２の上に厚みが５０
０オングストロームの非常に薄いｎ−ＩｎＰ層を第二層
１３として形成した。次に、１５００オングストローム
の厚さで、屈折率が３．８５で、禁制帯幅がｏ、７ｓｅ
Ｖで、格子定数がＩｎＰ基板と合うノンドープＩｎＱａ
ＡｓＰ結晶層を第三層１４として形成した。第三層１４
は注入さｎたキャリヤを閉じ込め、活性層として機能す
る。さらにｐ型ＩｎＰ結晶を約２ミクロン成長し第四層
とした。上記層構造を有する分布帰還型半導体レーザ内
でのキａｔ リヤやレーザ光が閉じ込めらｎる様子を第
２図を用いて説明する。第２図Ｄ）は第１図で説明した
層構造を縦型に書き直した図であり、（ｂ）はエネルギ
ーレベル図、（Ｃ）は屈折率図、（ｄ）は光エネルギー
分布図である。活性層となる第三層１４は禁制帯幅が（
ｂ）図に示すように最も狭く、かつ第三層の両側の層の
エネルキー障壁は充分高いので注入されたキャリヤの内
電子は導電帯の底２３に閉じ込めらｎｌかつホールは充
満帯の天井２４に閉じ込めらｆる。このため、注入され
たキャリヤは効率的に元エネルギーに変換さ九、充分低
いしきい値電流で発振するレーザが得られる。一方、注
入されたキャリヤの再結合によって放射さｆｉｆＣレー
ザ光は屈折率図（Ｃ）の屈折率の高い部分に閉じ込めら
れる。しかし、第二層１３の屈折率の低い部分２５の厚
みは５００オングストロームと非常に薄いため、レーザ
光は屈折率の低い部分２５にもしみ出し、図（ｄ）のよ
うな一様な分布となり、波長選択性をもつ周期状の凹凸
の境界に、光エネルギーが充分拡がり、そのため導波さ
ｎるさいに波長選択を受け、単一波長で安定に発振する
。
上記実施例においては、厚み方向の光エネルギーとキャ
リヤの閉じ込め効果のみを述べたが、横方向には通常の
半導体レーザで一般に行なわｎているストライプ状の閉
じ込め方法が使用できる。
リヤの閉じ込め効果のみを述べたが、横方向には通常の
半導体レーザで一般に行なわｎているストライプ状の閉
じ込め方法が使用できる。
特に、ＩｎＰで導波路側面を埋め込ん７’２埋め込み型
構造を採用すると、通常の半導体レーザと同様に、安定
な率−横モードで発振し、かつもれ電流が少ないため、
上記実施例で得らｎた特性が損なわｎることなくさらに
活用さｎる。
構造を採用すると、通常の半導体レーザと同様に、安定
な率−横モードで発振し、かつもれ電流が少ないため、
上記実施例で得らｎた特性が損なわｎることなくさらに
活用さｎる。
本実施例では成長方法として気相成長法によったため、
禁制帯幅の小さいＩｎＧａＡｓＰ４元層の上にＩｎＢ１
を容易に形成した。９．５００λの非常に薄い第二層１
３を形成することが容易に出来たが、分子線エピタキシ
ー成長法や液相成長法を利用して吃形成は可能である。
禁制帯幅の小さいＩｎＧａＡｓＰ４元層の上にＩｎＢ１
を容易に形成した。９．５００λの非常に薄い第二層１
３を形成することが容易に出来たが、分子線エピタキシ
ー成長法や液相成長法を利用して吃形成は可能である。
本実施例によるレーザは、基板１１の上に四層構造の膜
が形成された分布帰還型半導体レーザであったが、第四
層１５の上に電極を形成しやすいＩｎＱａＡｓＰ等の第
五層等をもうけても良い。
が形成された分布帰還型半導体レーザであったが、第四
層１５の上に電極を形成しやすいＩｎＱａＡｓＰ等の第
五層等をもうけても良い。
本実施例では第二層１３の厚みを５００オングストロー
ムとしたが、発振波長が１，６ミクロンであるので、こ
の厚みには限定されず、よシ厚くしても本発明の効果は
得らｎる。
ムとしたが、発振波長が１，６ミクロンであるので、こ
の厚みには限定されず、よシ厚くしても本発明の効果は
得らｎる。
本実施例では、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ系の結晶が用い
られたが、ＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系や他の結晶系でも
良い。
られたが、ＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系や他の結晶系でも
良い。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図でｓｂ、１１・
−周期状の直線状の凹部が表面に形成さｆまた半導体結
晶基板、１２・・・クラッドとして働く第一層、１３−
・キャリア閉じ込め層として働く第二層、１４・−・活
性層として働く第三層、１５・・・クラッド及びキャリ
ア閉じ込め層として働く第四層である。 第２図は本発明の一実施例の効果を説明する図でｔｈり
、（ａ）・・・層構造を示し、（ｂ）・・・エネルギー
レベル図で、２１・・・縦軸としてエネルギーを示し、
２３・・・導電帯の底、２４・・・充満帯の頭を示し、
（Ｃ）・・・は屈折率図で、２６・・・縦軸として屈折
率を示し、２５・・・第三層の屈折率を示し、（ｄ）・
・・光エネルギー分布図であｊｊ）、２７−・・縦軸と
して光エネルギーを示し、２８・・・光エネルギー分布
を示す。
−周期状の直線状の凹部が表面に形成さｆまた半導体結
晶基板、１２・・・クラッドとして働く第一層、１３−
・キャリア閉じ込め層として働く第二層、１４・−・活
性層として働く第三層、１５・・・クラッド及びキャリ
ア閉じ込め層として働く第四層である。 第２図は本発明の一実施例の効果を説明する図でｔｈり
、（ａ）・・・層構造を示し、（ｂ）・・・エネルギー
レベル図で、２１・・・縦軸としてエネルギーを示し、
２３・・・導電帯の底、２４・・・充満帯の頭を示し、
（Ｃ）・・・は屈折率図で、２６・・・縦軸として屈折
率を示し、２５・・・第三層の屈折率を示し、（ｄ）・
・・光エネルギー分布図であｊｊ）、２７−・・縦軸と
して光エネルギーを示し、２８・・・光エネルギー分布
を示す。
Claims (1)
- 表面に直線状の凹凸が同期的に形成された半導体結晶基
板上に、前記半導体結晶基板の屈折率より大なる屈折率
を有する第一層と、前記第一層の禁制帯幅より大なる禁
制帯幅を有する第二層と、前記第一層の屈折率より大な
る屈折率を有しかつ前記第二層の禁制帯幅よりは小なる
禁制帯幅を有する第三層と前記第三層の屈折率よシは小
なる屈折率を有しかつ前記第三層の禁制帯幅よシは大な
る禁制帯幅を有する第四層とが積層されたことを特徴と
する分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57022548A JPS58140179A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57022548A JPS58140179A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58140179A true JPS58140179A (ja) | 1983-08-19 |
Family
ID=12085884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57022548A Pending JPS58140179A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58140179A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3728566A1 (de) * | 1987-08-27 | 1989-03-09 | Telefunken Electronic Gmbh | Optoelektronisches halbleiterbauelement |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105780A (ja) * | 1975-03-14 | 1976-09-18 | Nippon Telegraph & Telephone | Bunpukikangatahandotaireeza |
| JPS52105789A (en) * | 1976-03-01 | 1977-09-05 | Nec Corp | Complex semiconductor laser element |
-
1982
- 1982-02-15 JP JP57022548A patent/JPS58140179A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105780A (ja) * | 1975-03-14 | 1976-09-18 | Nippon Telegraph & Telephone | Bunpukikangatahandotaireeza |
| JPS52105789A (en) * | 1976-03-01 | 1977-09-05 | Nec Corp | Complex semiconductor laser element |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3728566A1 (de) * | 1987-08-27 | 1989-03-09 | Telefunken Electronic Gmbh | Optoelektronisches halbleiterbauelement |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5675601A (en) | Semiconductor laser device | |
| JPH07202327A (ja) | 光半導体素子 | |
| JP6209129B2 (ja) | 半導体光素子 | |
| US6487225B2 (en) | Surface-emitting laser device | |
| JPH08213703A (ja) | レーザダイオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオードを使った光通信システム | |
| US6111906A (en) | Distributed-feedback semiconductor laser | |
| JP2002353559A (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JPS6322637B2 (ja) | ||
| JP2622143B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザ及び分布帰還型半導体レーザの作成方法 | |
| JP2522021B2 (ja) | 半導体レ―ザ | |
| JPH11195838A (ja) | 分布帰還型半導体レーザ | |
| JPS58140179A (ja) | 分布帰還型半導体レ−ザ | |
| JPH04350988A (ja) | 量子井戸構造発光素子 | |
| US6734464B2 (en) | Hetero-junction laser diode | |
| JPS5832794B2 (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JP5163355B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPS5897888A (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JP2755357B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH0671121B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2950297B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JPS59218786A (ja) | 単一軸モ−ド半導体レ−ザ | |
| JP2023020996A (ja) | 半導体光デバイス | |
| JPH04280490A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPS6237833B2 (ja) | ||
| JPS6355878B2 (ja) |