JPS58158988A - 分布帰還形半導体レ−ザ - Google Patents

分布帰還形半導体レ−ザ

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JPS58158988A
JPS58158988A JP57041316A JP4131682A JPS58158988A JP S58158988 A JPS58158988 A JP S58158988A JP 57041316 A JP57041316 A JP 57041316A JP 4131682 A JP4131682 A JP 4131682A JP S58158988 A JPS58158988 A JP S58158988A
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JP57041316A
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Takashi Matsuoka
隆志 松岡
Haruo Nagai
治男 永井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速変調時にも単−縦モードで発振し得る分
布帰還形半導体レーザに関′するものである。
光通信用光源として用いられる半導体レーザは、発振波
長9発振モードが高速の変調時にも安定であることが要
求される。そこで、このような要求を満たす半導体レー
ザとして、いわゆる分布帰還形半導体1゛−ザ(以下D
FBレーザと称す)が提案されている。このDFBレー
ザは、光導波路を形成する半導体層(活性層又は活性層
と接して形成され゛る光ガイド層)の厚さを光の発振す
る方向に治って周期的に変化させて周期構造を形成し、
この周期構造によシ導波路中にMi lJj的屈折屈折
率変化入し、この屈折率変化によシ光のフィードバック
(帰還)機能を持たせてレーザ発振を可能としたもので
ある。ところが、上記周期構造の最適周期は0.2〜0
.6μ風と微細であるため、周期構造を高精度に加工す
ることが困難であり、そのため光の帰還効率の高い尚期
構造が得難く、良好な発振特性を肩するDFBレーザを
歩留り良く製造するのが困難であった。
本発明はこのような従来の欠点を改善したものであシ、
その目的は、周期構造の加工精度が従来と同一であって
も高い帰還効率が得られるようにしたDFBレーレー提
供することにある。以−下実施例について詳細に脱明す
る。
第1図及び第2図は本発明実施例DFBレーザの素子断
面図であシ、第1図は光の取シ出し方向に対して垂直な
断面図、第2図は光取9出し方向に洛って素子中央部で
切断した場合の断面図である。
なお、各図において、1はp形1nP基板等のp形半導
体基板、2はp形又は外形のGα11%AzP 4元混
晶層等から成る活性層、脣1形Ga1rLAzP  4
元混晶層等から成る光ガイド層、4は電流阻止層、5は
光ガイド層および電流阻止層4によって形成された回折
格子、6,7は%形1nP層等の外形半導体層、8はp
形1nP層等のp形半導体層、9は化学エツチング岬の
手法により活性R12及び光ガイド層3に対して傾いて
形成した面、10はη開や化学エツチング等の手法で形
成した光取り出し面、11はp形オーミック寛極、12
は外形オーミック電極、13は放射されるレーザ光であ
る。活性層2及び光ガイド層6が光導波層となシ、p形
半導体基板1及び外形半導体層6が光閉じ込め層となる
本実施例のDFBレーザが従来のDFBレーザと相違す
るところは、従来のDFBレーレー光ガイド層30表面
を凹凸に加工して第2図の電流阻止層4を含む凹凸相当
領域を形成しその上に外形半導体層6を形成したのに対
し、本実施例では、光ガイド層30表面を凹凸に加工す
るとともにその凸部に電流阻止層4を設け、この電流阻
止層4と光ガイド層3上にn形半導体層を形成した点に
ある。
一般に、DFBレーザにおいては、回折格子5のJij
il1期Aが Δ:WK/2?S               四囲
・(1)但し、λはレーザ発振の波長、mは回折格子の
次数、舅は活性層2.光ガイド層3r を流阻止層4で
構成される光導波路の実効屈折率である。
を満足する波長でDFBモードのレーザ発振が引き起こ
されるが、そのレーザ特性は回折格子5による回折効率
が高いほど良くなる。回折効率は、回折格子の形状と、
回折格子を境界として光閉じ込め層6の凸部の屈折率と
光閉じ込め層6の凹部にある電流阻止層4及び光ガイド
層6の等側屈折率との差によって決められるので、回折
格子の形状が同一でおればその屈折率差が大きいtなど
回折効率は高くなシ、従ってDFBレーレー性が良くな
る。
本実施例では、前述したように、光ガイド層3の凸部頂
上(光閉じ込め層凹部底面)に電流阻止層4を形成しで
ある。一般に半導体結晶では注入キャリアが多くなると
屈折率が低下するので、このような構造にすると注入さ
れた電流が光閉じ込め層6の凸部に集中する結果その部
分の屈折率が低下し、上述した屈折率差が従来に比し大
きくなシ、回折効率が高まることになる。また、半導体
結晶の不純物濃度を高くするとその屈折率が低下するの
で、光閉じ込め層6の不純物濃度を従来より高くすれば
、よシ屈折率差が大きくなシ、回折効率が更に高まる。
上記電流阻止層4としては、IILfLを完全に連断す
るものが好ましいが、ある程度抑制するものでも良く、
比抵抗が光閉じ込め層6の凸部よシ大きい高低□抗詣形
半導体(InP 、Ga1nAzP等)、絶縁層。
或は光閉じ込め層6の導電形と反対導電形のp形半導体
層を用いることができる。
〈具体例〉 第1図及び第2図の各層を以下に示すような値としたD
FEレーザを製作した。
p形半導体基板1 Zルドープ(100) p形IルP基板、厚さ80μ薄
、キャリア密度5 x 10117c、1、EPD (
エッチピット密度) 5 X 10”/am” 活性層2 ノンドープGα。、42I昏。、5@A#。、1111
PO,124元混晶活性層、厚さ0.15μm 光ガイド層6 SnドープG60.247”Oj4 ”jOj4 PG
、444元混晶導波路層、厚さ0.2μ屏、キャリア密
度7 X 10m″/c+a’1流阻止層4 ノンドープInP結晶層、厚さ0.1μ寓、キャリア濃
度2X10”/cJ 外形半導体層6 S4ドープs Y!/znp結晶層、厚さ2.5μ+m
、キャリア密度5X10”/eJ n形半導体/1i17 Snドープn形1nP軸晶噛、厚さ2μ累、キャリア密
度4X10”/c♂ p形半導体層8 Z%ドープp形1nP結晶層、厚さ1μ肩、ギヤリア密
度3 X 10”/cJ これらの結晶層L、通常の所謂スライドボート法を用い
た欣相エピタキシャル成長法にょシ行ない、各結晶層の
成長温度は950C−605℃の間にあった。製作手順
は次の通シである。
(1)  上記p形1nP 、:!i¥板上に活性層2
.光ガイド層3及び電流阻止層4を連続成長した。
(2)  フォトレジストを基板表面に厚さ5ooi4
布し、三光束干渉法を用いて<ilo> 方向に滴っ実
子渉縞を嬉光した。現g#S後、1 naj4 Cf2
 oy :HBr : CH2C0OH= 5: 1 
: 1を用いて結晶層6,4をエツチングし、深さ0.
2μ票の回折格子5を形成した。
(3)n形半導体層6を成長後、rfスパッタ法を用い
てSiO,Mを結晶表面に形成し、フォト技術を用いて
<110>方向に沿って1鴫9μ罵のSK Ot膜のス
トライプバタンを形成し、メタノールブロム液を用いて
、6μ罵の深さまでメザエツチングを行った。
(4)  %形体導体層7.p形半導体層8の順に埋め
込み層の結晶成長を行なった後、5g02膜を除去した
(5)  基板側にp形電極11としてAu Zn合金
、結晶成長層側に外形電極12としてAu −Gg −
Ni合金を蒸着によυ形成し、その後シンタリングした
(6)  フォトレジストをマスクとして<ilo> 
 方向に沿って、間隔400μ肩で幅60μm、深さ1
0μ購の溝をI No1K1Cr20−1 : HBr
 : CHBCOOH: 1 : 1 : 1のエツチ
ング液を用いて形成した。これにより面9を形成し、θ
、=54.5°を得た。
(7)  ストライプの中央部を骨間によ部分離しくθ
=90°)、長さ200ハのDFBレーザを得た。
このようにして製造したDFBレーザのp形を極   
′11を正極、負形寛極12を負極にして直、5fi、
電流を流したところ、25℃において閾値55m、4で
分布帰還モードのレーザ発振を示した。発振スペクトル
は発振閾値からその6倍以上まで単−縦モードである仁
とが認められた。また、このDFBレーザに65whA
の直流電流を流しておき、さらに400MHzの正弦波
亀R,Ci、−、= 2[1寓A)を印加したときのス
ペクトルを観察したが、波長1.5167Jm付近でや
はり単−縦モードの分布帰還モードによるレーザ発振を
認めた。第3図はそのときに観察されたスペクトルの一
例を示す線図である。
なお、上記工程中で電流阻止層4を除いた工程によ多形
成した従来のDFBレーザの閾値は、上述した工程で製
作した素子の約1.4倍でおつ九。また単−縦モードは
、閾値電流の1.8倍までしか保たれなかった。
上述の実施例では、基板1としてp形のものを用いたが
、外形のものを用いた場合には他の半導体層の導電形を
上述と反対にすれに良い。また、凹凸の周期構造を基板
側に設ける構成としても良く、閉じ込め層と活性層との
間に光ガイド層を介しない場合には活性層の膜厚を拘期
的に変化させれは良い。更に、使用する半導体材料とし
ては、Ga1vbAaP/I*P系以外にGaA#/G
aAJAp系、 GIIsh/GaAIAzSb系等が
考えられる。
以上の説明から判るように、本発明は、活性層と対向す
る面に光の取シ出し方向に沿う周期的な凹凸構造を有す
る光閉じ込め層の凹部底面に電流阻止層を設けたもので
あり、注入を流が光閉じ込め層の凸部に集中して流れる
結果その部分の屈折率が低下し、凹凸両者の屈折率差が
大きくなるので、みかけの凹凸の構造が同じでも分布帰
還の効率を大きくすることができ、DFBモードでのレ
ーザ発振特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明実施例の素子断面図、第3図
は発振スペクトラムの一例を示す線図である。 It′ip形牛導体基板、2は活性層、3Fi光ガイド
層、4は電流阻止層、5は回折格子、6,7はn形半導
体層、8はp形半導体層、11はp形オーミック電極、
12はn形オーミック電極である。 第1 図 宋 4、。       5 ♀ 第3図 波  長  (μm)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光導波層の厚さを光の取シ出し方向に沿って周期的に変
    化させて光の分布帰還を可能とした分布帰還形半導体レ
    ーザにおいて、活性層と対向する面に光の取シ出し方向
    に沿う周期的な凹凸構造を有する光間じ込め層と、該光
    間じ込め層の凹部の底面に形成された電流阻止層と、骸
    電流阻止層及び前記光間じ込め層により光の取り出し方
    向に沿って周期的に層の厚さが変化する光導波層とを具
    備したことを特徴とする分布帰還形半導体レーザ。
JP57041316A 1982-03-16 1982-03-16 分布帰還形半導体レ−ザ Granted JPS58158988A (ja)

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JPS6317356B2 JPS6317356B2 (ja) 1988-04-13

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61182295A (ja) * 1985-02-07 1986-08-14 Sharp Corp 半導体レ−ザ装置
EP0390077A2 (en) * 1989-03-30 1990-10-03 Oki Electric Industry Co., Ltd. Laser diode and method for fabricating of the same

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