JPS58158989A - 分布帰還半導体レ−ザ - Google Patents
分布帰還半導体レ−ザInfo
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- JPS58158989A JPS58158989A JP4131782A JP4131782A JPS58158989A JP S58158989 A JPS58158989 A JP S58158989A JP 4131782 A JP4131782 A JP 4131782A JP 4131782 A JP4131782 A JP 4131782A JP S58158989 A JPS58158989 A JP S58158989A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- diffraction grating
- refractive index
- electrode
- 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
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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
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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】
発明の技術分野
本発明は回折効果が高く、且つ製造が容易な分布帰還半
導体レーザに関するものである。
導体レーザに関するものである。
従来技術と問題点
光通信用半導体レーザとしては、高速動作時に於いても
、単一波長の発振が得られるものが望ましい。これを実
現する半導体レーザに分布帰還半導体レーザ（以下ＤＦ
Ｂ半導体レーザと略す）がある。これは活性層、或はそ
の近傍の半導体層（ガイド＃）に周期的な屈折率分布を
持たせて回折格子を形成することにより、発振周波数に
強い選択性を与えるようにしたものである。ところで、
活性層、半導体層（ガイド１−）に周期的な屈折率分布
を持たせる場合、従来は、基板結晶表面にトライエツチ
ング或は化学エツチング等の手段により、周期的な凹凸
を形成させ、更にこの上に活性ｊ−等を成長させ、光の
導波路を形成する活性層内等に周期的な厚みの変動を導
入させることにより、活性層、半導体層に周期的な屈折
率分布を持たせるようにしている。
、単一波長の発振が得られるものが望ましい。これを実
現する半導体レーザに分布帰還半導体レーザ（以下ＤＦ
Ｂ半導体レーザと略す）がある。これは活性層、或はそ
の近傍の半導体層（ガイド＃）に周期的な屈折率分布を
持たせて回折格子を形成することにより、発振周波数に
強い選択性を与えるようにしたものである。ところで、
活性層、半導体層（ガイド１−）に周期的な屈折率分布
を持たせる場合、従来は、基板結晶表面にトライエツチ
ング或は化学エツチング等の手段により、周期的な凹凸
を形成させ、更にこの上に活性ｊ−等を成長させ、光の
導波路を形成する活性層内等に周期的な厚みの変動を導
入させることにより、活性層、半導体層に周期的な屈折
率分布を持たせるようにしている。
第１図は上述した従来方法を用いて構成したＤＦＢ半導
体レーザの一例の断面図であり、１は従来方法により回
折格子を形成したｎ形１ｎＰ基板、２は活性１＋１とな
るＩｎ、Ｇａ、、−、ｌ、Ａｇ３． Ｐ、、半導体層、
３はｐ形１ｎＰ半導体層、４は電極層となるｐ形ＩｒＬ
ｗＧαＨ−ｗＡＪＩＩ ｚ Ｐｚ半導体層、５は電極、
６は’ａｍである。
体レーザの一例の断面図であり、１は従来方法により回
折格子を形成したｎ形１ｎＰ基板、２は活性１＋１とな
るＩｎ、Ｇａ、、−、ｌ、Ａｇ３． Ｐ、、半導体層、
３はｐ形１ｎＰ半導体層、４は電極層となるｐ形ＩｒＬ
ｗＧαＨ−ｗＡＪＩＩ ｚ Ｐｚ半導体層、５は電極、
６は’ａｍである。
ところで、同図に示したＤＦＢ半導体レーザは、ドライ
エツチング、化学エツチング等により、ｎ形１ｎＰ基板
１の表面に周期的な凹凸を設けて回折格子を形成したも
のであるから、次のような欠点があった。即ち、大きな
屈折率変動を与える為にｎ形１ｎＰ基板１に微細なパタ
ーンの深い凹凸を形成する必要があり、このような凹凸
の形成は困難であり、且つ凹凸を有するｎ形１ｎＰ基＠
１上に薄い結晶層を形成させることが困難である為、素
子の製造が難しい欠点があった。また、結晶成長を液相
成長法により行なう場合には、微細な凹凸が結晶成長中
に溶けてしまい、所望の特性が得られない欠点があった
。また、更に、基板の材質を変更する場合には、新たな
エツチング条件を見出さなければならない欠点があった
。
エツチング、化学エツチング等により、ｎ形１ｎＰ基板
１の表面に周期的な凹凸を設けて回折格子を形成したも
のであるから、次のような欠点があった。即ち、大きな
屈折率変動を与える為にｎ形１ｎＰ基板１に微細なパタ
ーンの深い凹凸を形成する必要があり、このような凹凸
の形成は困難であり、且つ凹凸を有するｎ形１ｎＰ基＠
１上に薄い結晶層を形成させることが困難である為、素
子の製造が難しい欠点があった。また、結晶成長を液相
成長法により行なう場合には、微細な凹凸が結晶成長中
に溶けてしまい、所望の特性が得られない欠点があった
。また、更に、基板の材質を変更する場合には、新たな
エツチング条件を見出さなければならない欠点があった
。
発明の目的
本発明は前述の如き欠点を改善したものであり、その目
的は、回折格子形成条件の材料依存性を除去し、且つ回
折格子の回折効率を向上させることにある。以下実施例
について詳細に説明する。
的は、回折格子形成条件の材料依存性を除去し、且つ回
折格子の回折効率を向上させることにある。以下実施例
について詳細に説明する。
発明の実施例
第２図は本発明の一実施例の断面図であ抄、第１図に示
した従来例と異なる点は、ｎ形１ｎＰ基板１上にシリコ
ン酸化膜７を周期的、且つストライブ状に配列すること
により、回折格子を構成した点である。伺、他の第１図
と同一符号は同一部分を表わしている。
した従来例と異なる点は、ｎ形１ｎＰ基板１上にシリコ
ン酸化膜７を周期的、且つストライブ状に配列すること
により、回折格子を構成した点である。伺、他の第１図
と同一符号は同一部分を表わしている。
同図に示す構造を得るには、先ずｎ形１ｎＰ基板１の表
面にスパッタリング法、化学蒸着法等により、シリコン
酸化膜を形成させ、次にシリコン酸化膜をフォトエツチ
ング技術を用いてエツチングし、シリコン酸化膜７のス
トライプ構造から成る回折格子を形成する。その後、液
相成長法等により、活性層となるＩｎｚＧａ、−、ＡＳ
、 、Ｐ、、半導体層２、ｐ形１ｎＰ半導体層６、電極
層となるｐ形１ｎｗ Ｇａ１−ヮＡｍ、−□Ｐｚ半導体
層４を順次成長させ、更に、電極５を外形１ｎＰ泰板１
上に、電極６をストライブ状にｐ形ＩｎｗＧα＋−ｗＡ
８ｔ −ｚ Ｐｚ半導体層４上に形成させる。
面にスパッタリング法、化学蒸着法等により、シリコン
酸化膜を形成させ、次にシリコン酸化膜をフォトエツチ
ング技術を用いてエツチングし、シリコン酸化膜７のス
トライプ構造から成る回折格子を形成する。その後、液
相成長法等により、活性層となるＩｎｚＧａ、−、ＡＳ
、 、Ｐ、、半導体層２、ｐ形１ｎＰ半導体層６、電極
層となるｐ形１ｎｗ Ｇａ１−ヮＡｍ、−□Ｐｚ半導体
層４を順次成長させ、更に、電極５を外形１ｎＰ泰板１
上に、電極６をストライブ状にｐ形ＩｎｗＧα＋−ｗＡ
８ｔ −ｚ Ｐｚ半導体層４上に形成させる。
ところで、この場合、ｎ形１ｎＰ基板１の一部はシリコ
ン酸化膜７で横われている為、その部分に於いてはＺｎ
ｚ Ｇ１１ｌ、−Ｚ Ａａ、 ｙ Ｐｙがエピタキシャ
ル成長しにくいが、液相成長法によれば、話形１ｎＰ基
叛１上に成長した結晶がシリコン酸化膜７上までオーバ
ーグロース（ｏｖｅｒ ｇｒｏｗｔｈ ）するので、第
２図のような構造は簡単に得ることができる。また、回
折格子はシリコン酸化に７のストライプ構造より成るも
のであるから、液相成長時に回折格子が溶けてしまうと
いう、いわゆるメルトノ（ツクの心配は全くない。また
シリコン酸化膜７の屈折率は３彫１ｎＰ基板１及びＩｎ
、 Ｇａ、−、Ａｓ□、 Ｐ、半導体層２等の屈折率よ
りはるかに小さいものであるから、ｎ形１ｎＰ基板１と
Ｉｎ、Ｇａｌ−２ｃＡｓ、 、Ｐ、）＊２との界面に周
期的で且つ大きな屈折率分布を形成することができ、従
って、第１図に示した従来例に比較して回折効率を向上
させ、素子の性能を向上させることができる。またシリ
コン酸化膜のエツチングのみにより、回折格子を形成す
ることができるものであるから、基板の材料を変更する
場合に於いても、同一の条件で回折格子を形成すること
ができる。
ン酸化膜７で横われている為、その部分に於いてはＺｎ
ｚ Ｇ１１ｌ、−Ｚ Ａａ、 ｙ Ｐｙがエピタキシャ
ル成長しにくいが、液相成長法によれば、話形１ｎＰ基
叛１上に成長した結晶がシリコン酸化膜７上までオーバ
ーグロース（ｏｖｅｒ ｇｒｏｗｔｈ ）するので、第
２図のような構造は簡単に得ることができる。また、回
折格子はシリコン酸化に７のストライプ構造より成るも
のであるから、液相成長時に回折格子が溶けてしまうと
いう、いわゆるメルトノ（ツクの心配は全くない。また
シリコン酸化膜７の屈折率は３彫１ｎＰ基板１及びＩｎ
、 Ｇａ、−、Ａｓ□、 Ｐ、半導体層２等の屈折率よ
りはるかに小さいものであるから、ｎ形１ｎＰ基板１と
Ｉｎ、Ｇａｌ−２ｃＡｓ、 、Ｐ、）＊２との界面に周
期的で且つ大きな屈折率分布を形成することができ、従
って、第１図に示した従来例に比較して回折効率を向上
させ、素子の性能を向上させることができる。またシリ
コン酸化膜のエツチングのみにより、回折格子を形成す
ることができるものであるから、基板の材料を変更する
場合に於いても、同一の条件で回折格子を形成すること
ができる。
第３図は本発明の他の実施例の断面図であり、活性層と
回折格子とを分離し、回折格子界面の影響を除去するよ
うにした、いわゆるＳＣＨ（ＳｇｐａｒａｔｓｄＣｏｎ
ｆｉｎｅｎａｎｔ Ｓｔｒｕｃｈｂｒｇ ） −ＤＦＢ
半導体レーザに本発明を適用した場合についてのもので
ある９第２図に示した実施例と異なる点は、シリコン酸
化膜のストライプ構造から成る回折格子が設けられてい
るｎ形１Ｐ基板１上にガイド層となるｐ形Ｉｎ１ＬＧａ
ｌ−１，Ａｓ、−、Ｐｖ半導体層８を設け、活性層とな
るＩｔＬよＧａｌ 、Ａｓ、 ｙＰＨ半導体層２と回折
格子とを分離させた点であり、他の第２図と同一符号は
同一部分を表わしている。但し、ｐ形ＩζＧα、 、Ａ
ｓ、−ｖＰ半導体層８の組成は、そのバンドキャップが
１ζＧａ、 、Ａｓｓ 、Ｐτ半導体層２のノくンドギ
ャップより本太きく、且つｎ形１ｎＰ基板１のノ（ンド
ギャップより小さく′なるようにすることが必要である
。
回折格子とを分離し、回折格子界面の影響を除去するよ
うにした、いわゆるＳＣＨ（ＳｇｐａｒａｔｓｄＣｏｎ
ｆｉｎｅｎａｎｔ Ｓｔｒｕｃｈｂｒｇ ） −ＤＦＢ
半導体レーザに本発明を適用した場合についてのもので
ある９第２図に示した実施例と異なる点は、シリコン酸
化膜のストライプ構造から成る回折格子が設けられてい
るｎ形１Ｐ基板１上にガイド層となるｐ形Ｉｎ１ＬＧａ
ｌ−１，Ａｓ、−、Ｐｖ半導体層８を設け、活性層とな
るＩｔＬよＧａｌ 、Ａｓ、 ｙＰＨ半導体層２と回折
格子とを分離させた点であり、他の第２図と同一符号は
同一部分を表わしている。但し、ｐ形ＩζＧα、 、Ａ
ｓ、−ｖＰ半導体層８の組成は、そのバンドキャップが
１ζＧａ、 、Ａｓｓ 、Ｐτ半導体層２のノくンドギ
ャップより本太きく、且つｎ形１ｎＰ基板１のノ（ンド
ギャップより小さく′なるようにすることが必要である
。
以下に第２図の構造を有するＤＦＢ半導体レーザの試作
例及びレーザ発振時の測定結果を示す。
例及びレーザ発振時の測定結果を示す。
外形１ｎＰ基板１のキャリア濃度け２ Ｘ １０”ｃｒ
ｎ。
ｎ。
Ｉｎ、Ｇａ、 、Ａｓ、 、Ｐ？１半導体層２（但し、
ｚ＝０．５８゜７＝０．１２）のキャリヤ濃度は１Ｘ
１Ｑ”６ｎ”、ｐ形１ｎＰ半導体層３のキャリア濃度１
ｄ Ｉ Ｘ １０”ｍ−’、ｐ形Ｉ〜ＧａＩ−ｕ） ”
ｌ−ｇ ＰＺ半導体層４（但し、ｗ＝０．４２．ｔ＝０
．４４ ）のキャリア濃度は１ 、５ Ｘ １０” ｔ
ｘｌとした。オた、電極５にはＡｌｔ−Ｇ ｇ −Ｎｉ
を、電極６にはＡｍ−Ｚｎを用い、電極６のストライプ
幅は１５μｍとした。
ｚ＝０．５８゜７＝０．１２）のキャリヤ濃度は１Ｘ
１Ｑ”６ｎ”、ｐ形１ｎＰ半導体層３のキャリア濃度１
ｄ Ｉ Ｘ １０”ｍ−’、ｐ形Ｉ〜ＧａＩ−ｕ） ”
ｌ−ｇ ＰＺ半導体層４（但し、ｗ＝０．４２．ｔ＝０
．４４ ）のキャリア濃度は１ 、５ Ｘ １０” ｔ
ｘｌとした。オた、電極５にはＡｌｔ−Ｇ ｇ −Ｎｉ
を、電極６にはＡｍ−Ｚｎを用い、電極６のストライプ
幅は１５μｍとした。
また、シリコン酸化膜７のストライプ構造は、シリコン
酸化膜上にフォトレジストを塗布した後、三光束干渉法
を用いてフォトレジストを露光し、現偉後、ＨＦを用い
てシリコン酸化膜をエツチングすることＫより構成した
ものであし、その周期ｔｉ Ｏ，４６７μ情、深さは０
．２μｍとした。また、素子長は３００μｍとし、素子
の片端面は骨間、他方の端面は化学エツチング法で傾い
丸面とした。
酸化膜上にフォトレジストを塗布した後、三光束干渉法
を用いてフォトレジストを露光し、現偉後、ＨＦを用い
てシリコン酸化膜をエツチングすることＫより構成した
ものであし、その周期ｔｉ Ｏ，４６７μ情、深さは０
．２μｍとした。また、素子長は３００μｍとし、素子
の片端面は骨間、他方の端面は化学エツチング法で傾い
丸面とした。
この素子に於いて、ｎ形１ｎＰ基板１側を負、ｐ形１ｎ
ｗＧ４ｔ＝ ｗ Ａｓ”Ｍ Ｐ、ｙ半導体層４側を正に
印加して直流電流を流したところ、２５℃に於いて閾値
１５０ｍＡで単−縦モードのレーザ発振を得た。このと
き波長は１．５１７μｍであった。また、とのレーザに
１６０ｍＡの直流電流を流しておき、４００ＭＨｚの正
弦波電流（振幅５０ｍＡ）を印加しても発振のモードは
単−縦モードであった。
ｗＧ４ｔ＝ ｗ Ａｓ”Ｍ Ｐ、ｙ半導体層４側を正に
印加して直流電流を流したところ、２５℃に於いて閾値
１５０ｍＡで単−縦モードのレーザ発振を得た。このと
き波長は１．５１７μｍであった。また、とのレーザに
１６０ｍＡの直流電流を流しておき、４００ＭＨｚの正
弦波電流（振幅５０ｍＡ）を印加しても発振のモードは
単−縦モードであった。
尚、実施例に於いてはＩｎＰ ／ ＩｎＧａ Ａｓ Ｐ
系の材料を使用してＤＦＢ半導体レーザを構成したが、
ＧａＡｇ／ＡＪＧａＡｇ系等の他の材料を用いても良い
ことは勿論である。また、実施例に於いては、半導体基
板上にシリコン酸化膜を周期的、且つストライプ状に配
列することにより、回折格子を構成したが、５ｉ１Ｎ、
、 ＡＺｆｆｉＯ，等の他の低屈折率材料を周期的、
且つストライプ状に配列し、回折格子を構成するように
しても良いことは勿論である。また、実施例は、電極の
構造が電極ストライプ構造のＤＦＢ半導体レーザに本発
明を適用した場合のものであるが、電極構造が酸化膜ス
トライプ構造、埋込み構造等のＤＦＢ半導体レーザにも
本発明を適用できることは勿論である。
系の材料を使用してＤＦＢ半導体レーザを構成したが、
ＧａＡｇ／ＡＪＧａＡｇ系等の他の材料を用いても良い
ことは勿論である。また、実施例に於いては、半導体基
板上にシリコン酸化膜を周期的、且つストライプ状に配
列することにより、回折格子を構成したが、５ｉ１Ｎ、
、 ＡＺｆｆｉＯ，等の他の低屈折率材料を周期的、
且つストライプ状に配列し、回折格子を構成するように
しても良いことは勿論である。また、実施例は、電極の
構造が電極ストライプ構造のＤＦＢ半導体レーザに本発
明を適用した場合のものであるが、電極構造が酸化膜ス
トライプ構造、埋込み構造等のＤＦＢ半導体レーザにも
本発明を適用できることは勿論である。
発明の詳細
な説明したように、本発明は半導体基板上に酸化アルミ
等の低屈折率材料を周期的、且つストライプ状に配列す
ることにより構成し友ものでめ “るから、回折格
子形成の材料依存性を除去することができる利点がある
と共に、回折効率の高い高性能のＤＦＥレーザを得るこ
とができる利点がある。
等の低屈折率材料を周期的、且つストライプ状に配列す
ることにより構成し友ものでめ “るから、回折格
子形成の材料依存性を除去することができる利点がある
と共に、回折効率の高い高性能のＤＦＥレーザを得るこ
とができる利点がある。
第１図は従来例の断面図、第２図は本発明の一実施例の
断面図、第３図は本発明の他の実施例の断面図である。 ＩＦｉ算形外形Ｐ基板、２Ｆｉ活性層となるＩｓｚ Ｇ
ａ１−エＡＪｔ１− Ｙ Ｆ５半導体層、３はｐ形１ｎ
Ｐ半導体層、４はｐ形１ｎＩＢ Ｇａ、−ｗＡ’＊ Ｚ
ＰＺ半導体層、５，６は電極、７Ｖｉシリコン酸化膜
、８はｐ形ＩζＧα、 、Ａｓ、−、Ｐヮ半導体層であ
る。 特許出願人 日本電信電話公社
断面図、第３図は本発明の他の実施例の断面図である。 ＩＦｉ算形外形Ｐ基板、２Ｆｉ活性層となるＩｓｚ Ｇ
ａ１−エＡＪｔ１− Ｙ Ｆ５半導体層、３はｐ形１ｎ
Ｐ半導体層、４はｐ形１ｎＩＢ Ｇａ、−ｗＡ’＊ Ｚ
ＰＺ半導体層、５，６は電極、７Ｖｉシリコン酸化膜
、８はｐ形ＩζＧα、 、Ａｓ、−、Ｐヮ半導体層であ
る。 特許出願人 日本電信電話公社
Claims (1)
- 半導体基板上に少なくとも活性層を含む複数の半導体層
を有し、レーザ発振に必要な光の帰還を回折格子により
行なう分布帰還半導体レーザに於いて、前記回折格子を
前記半導体基板上に低屈折率材料を周期的、且つストラ
イプ状に配列して構成したことを特徴とする分布帰還半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4131782A JPS58158989A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | 分布帰還半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4131782A JPS58158989A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | 分布帰還半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58158989A true JPS58158989A (ja) | 1983-09-21 |
Family
ID=12605128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4131782A Pending JPS58158989A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | 分布帰還半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58158989A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4980895A (en) * | 1988-03-28 | 1990-12-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Distributed feedback semiconductor laser having a laser-active layer serving as diffraction grating |
| US5020072A (en) * | 1989-05-22 | 1991-05-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
| WO2000036664A2 (en) * | 1998-12-17 | 2000-06-22 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
| US6727646B1 (en) | 1999-03-23 | 2004-04-27 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5023589A (ja) * | 1973-06-30 | 1975-03-13 | ||
| JPS51120739A (en) * | 1975-04-16 | 1976-10-22 | Hitachi Ltd | Light wave guicle passage |
-
1982
- 1982-03-16 JP JP4131782A patent/JPS58158989A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5023589A (ja) * | 1973-06-30 | 1975-03-13 | ||
| JPS51120739A (en) * | 1975-04-16 | 1976-10-22 | Hitachi Ltd | Light wave guicle passage |
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| WO2000036664A3 (en) * | 1998-12-17 | 2000-11-16 | Seiko Epson Corp | Light-emitting device |
| US6704335B1 (en) | 1998-12-17 | 2004-03-09 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
| US6727646B1 (en) | 1999-03-23 | 2004-04-27 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
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