JPS59152685A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS59152685A JPS59152685A JP58028073A JP2807383A JPS59152685A JP S59152685 A JPS59152685 A JP S59152685A JP 58028073 A JP58028073 A JP 58028073A JP 2807383 A JP2807383 A JP 2807383A JP S59152685 A JPS59152685 A JP S59152685A
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- stripe
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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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- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
- H01S5/2234—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
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- H01S5/24—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 having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
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- 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】
く技術分野〉
本発明は、レーザ発振活性導波路とその両端に連結され
た態形出力導波路を有する半導体レーザ素子に於いて、
レーザ光の吸収の少ない態形出力導波路上に耐折格子を
設け、これをレーザ光の共振器とした分布ブラッグ反射
型半導体レーザ素子に関するものである。
た態形出力導波路を有する半導体レーザ素子に於いて、
レーザ光の吸収の少ない態形出力導波路上に耐折格子を
設け、これをレーザ光の共振器とした分布ブラッグ反射
型半導体レーザ素子に関するものである。
〈従来技術〉
半導体レーザ素子を長距離光通信あるいは計測制御用の
゛光源として利用する場合には、精度を維持するために
安定な縦単一モードの発振が要求される。しかしながら
、従来の結晶臂開面を共振端面として共振器を構成した
ファプリベロー（ＦＰ）型半導体レーザでは、共振長が
数百μｍとレーザ光の共振器内波長に比べてはるかに長
く、共振器内に多数の共振モード（縦モード）が存在す
るため、発振スペクトルが注入電流レベルや素子温度に
よって変化し、安定な単−縦モード発振を得るのは非常
に困難である。一方、分布帰還（ＤＦＢ。
゛光源として利用する場合には、精度を維持するために
安定な縦単一モードの発振が要求される。しかしながら
、従来の結晶臂開面を共振端面として共振器を構成した
ファプリベロー（ＦＰ）型半導体レーザでは、共振長が
数百μｍとレーザ光の共振器内波長に比べてはるかに長
く、共振器内に多数の共振モード（縦モード）が存在す
るため、発振スペクトルが注入電流レベルや素子温度に
よって変化し、安定な単−縦モード発振を得るのは非常
に困難である。一方、分布帰還（ＤＦＢ。
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型半導体
レーザあるいは分布ブラッグ反射（ＤＢＲ； Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ）型半導体レーザにおいては、発振波長は活性層
内又はこれに連設して形成された回折格子の周期（ピッ
チ）で決定されるため、レーザ光の波長に対応して回折
格子の周期を適宜制御することにより、安定な縦単一モ
ードのレーザ発振を得ることが容易であると考えられる
。ＤＦＢ型半導体レーザは活性層の下方に回折格子を形
設し、ＤＢＲ型半導体レーザは活性層とは別の領域に回
折格子を形設している。この回折格子間で光が往復して
共振し、レーザ発振が行なわれるが、回折格子の周期を
ａλ′ とするとａ＝−・ｍ（ｍは整数）の関係がある。
レーザあるいは分布ブラッグ反射（ＤＢＲ； Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ）型半導体レーザにおいては、発振波長は活性層
内又はこれに連設して形成された回折格子の周期（ピッ
チ）で決定されるため、レーザ光の波長に対応して回折
格子の周期を適宜制御することにより、安定な縦単一モ
ードのレーザ発振を得ることが容易であると考えられる
。ＤＦＢ型半導体レーザは活性層の下方に回折格子を形
設し、ＤＢＲ型半導体レーザは活性層とは別の領域に回
折格子を形設している。この回折格子間で光が往復して
共振し、レーザ発振が行なわれるが、回折格子の周期を
ａλ′ とするとａ＝−・ｍ（ｍは整数）の関係がある。
ここでλ′は共振器内波長であシ、発振波長λを屈折率
ｎで割ったものに等し込。従って、回折格子の周期ａに
よシレーザ光の波長λが定められる０従来上り、ＧａＡ
ＡＡｓ／ＧａＡｓ系又はＩｎＧａＡｓＰ／ Ｉ ｎ Ｐ
系で種々のＤＦＢ型とＤＢＲ型の半導体レーザが提唱さ
れている（例えば日経エレクトロニクス１９８１．１２
．２１．Ｐ６６〜Ｐ７０）が、製造方法が困難で素子特
性も満足すべきものが得られなかった。
ｎで割ったものに等し込。従って、回折格子の周期ａに
よシレーザ光の波長λが定められる０従来上り、ＧａＡ
ＡＡｓ／ＧａＡｓ系又はＩｎＧａＡｓＰ／ Ｉ ｎ Ｐ
系で種々のＤＦＢ型とＤＢＲ型の半導体レーザが提唱さ
れている（例えば日経エレクトロニクス１９８１．１２
．２１．Ｐ６６〜Ｐ７０）が、製造方法が困難で素子特
性も満足すべきものが得られなかった。
〈発明の目的〉
本発明は上記従来の問題点に鑑み、素子構造に新規な技
術を駆使するととによシ、製作を容易にしかつ素子特性
を改善したＤＢＲ型半導体レーザ素子を提供することを
目的とするものである。
術を駆使するととによシ、製作を容易にしかつ素子特性
を改善したＤＢＲ型半導体レーザ素子を提供することを
目的とするものである。
本発明の半導体レーザ素子は、厚い活性層を有するレー
ザ発振活性導波路と薄い活りを有する態形出力導波路を
具備して成り、両溝波路を１回のエピタキシャル成長で
形成することができる。
ザ発振活性導波路と薄い活りを有する態形出力導波路を
具備して成り、両溝波路を１回のエピタキシャル成長で
形成することができる。
また、態形出力導波路に回折格子が形成されており、こ
の部分で縦単一モード発振を得るように構成されている
。
の部分で縦単一モード発振を得るように構成されている
。
〈実施例〉
第１図は本発明の１実施例を示すＤＢＲ型牛型体導体レ
ーザ素子面構成図である。第２図（４）ω）はそれぞれ
第１図のＸ−Ｘ、Ｙ−￥断面図である。
ーザ素子面構成図である。第２図（４）ω）はそれぞれ
第１図のＸ−Ｘ、Ｙ−￥断面図である。
ｐ型基板１上にｎ型電流阻止層２が積層され、中央部と
端面近傍で異なる幅のストライプ溝が電流阻止層２より
ｐ型基板ｌに達する迄形成されてい為。このストライプ
溝により電流阻止層２の除去された部分が電流通路とな
る。更にこの上に重畳してｐ型クラッド層３．ｎ型活性
層４．ｎ型光ガイド層５．ｎ型クラッド層６．ｎ型キャ
ップ層７が順次積層されている。各層はＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系半導体で構成される。また、キャップ層７上
にはｎ側電極８．基板１の裏面にはｐ側電極９が形成さ
れている。
端面近傍で異なる幅のストライプ溝が電流阻止層２より
ｐ型基板ｌに達する迄形成されてい為。このストライプ
溝により電流阻止層２の除去された部分が電流通路とな
る。更にこの上に重畳してｐ型クラッド層３．ｎ型活性
層４．ｎ型光ガイド層５．ｎ型クラッド層６．ｎ型キャ
ップ層７が順次積層されている。各層はＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系半導体で構成される。また、キャップ層７上
にはｎ側電極８．基板１の裏面にはｐ側電極９が形成さ
れている。
活性層４は中央部の長さＬａの部分では第２図囚に示す
ストライプ幅ＷＡを有する広いストライプ溝に対応して
厚く湾曲状に形成されており、端面近傍の長さＬｗの部
分では第２図ω）に示すストライプ＠ＷＢを有する狭い
ストライプ溝のため平坦なｐ型クラッド層３上に均一な
薄い層として形成されている０この長さＬａの部分の活
性層４内で光を作るためのレーザ発振活性導波路、長さ
Ｌｗの部分の活性層４で光の共振及び窓機能を有する態
形出力導波路が構成される。ストライプ溝の幅が異なる
ことより、１回のエピタキシャル成長で層厚の異なる活
性層４を形成することができる０ 活性層４上に積層された光ガイド層５には態形出力導波
路に対応する長さＬＷの部分に回折格子１２が形成され
ている。回折格子１２は光の共振器を構成するための波
形の凹凸面として兵役され、レーザ発振活性導波路に対
応する長さＬａの部分の光ガイド層５は平坦面で層設さ
れている。
ストライプ幅ＷＡを有する広いストライプ溝に対応して
厚く湾曲状に形成されており、端面近傍の長さＬｗの部
分では第２図ω）に示すストライプ＠ＷＢを有する狭い
ストライプ溝のため平坦なｐ型クラッド層３上に均一な
薄い層として形成されている０この長さＬａの部分の活
性層４内で光を作るためのレーザ発振活性導波路、長さ
Ｌｗの部分の活性層４で光の共振及び窓機能を有する態
形出力導波路が構成される。ストライプ溝の幅が異なる
ことより、１回のエピタキシャル成長で層厚の異なる活
性層４を形成することができる０ 活性層４上に積層された光ガイド層５には態形出力導波
路に対応する長さＬＷの部分に回折格子１２が形成され
ている。回折格子１２は光の共振器を構成するための波
形の凹凸面として兵役され、レーザ発振活性導波路に対
応する長さＬａの部分の光ガイド層５は平坦面で層設さ
れている。
第１図中には導波路に沿って伝播される光の分布状態も
図示している。ｎ側電極８及びｐ側電極９を介て電流を
注入することによりレーザ動作が開始され、レーザ出力
光は一方の璧開面１０より放射される。この襞間面１０
に対向する他方の面１１はＦＰモード発振を抑制するた
めに化学エツチング等で傾斜面に形成されている。従っ
て、回折格子の周期によシレーザ発振の縦モードが決定
されることとなる。
図示している。ｎ側電極８及びｐ側電極９を介て電流を
注入することによりレーザ動作が開始され、レーザ出力
光は一方の璧開面１０より放射される。この襞間面１０
に対向する他方の面１１はＦＰモード発振を抑制するた
めに化学エツチング等で傾斜面に形成されている。従っ
て、回折格子の周期によシレーザ発振の縦モードが決定
されることとなる。
以上によりＤＢＲ型半導体レーザ素子が構成される。こ
こで、本発明を創作する上での非常に重要な物理的事象
について説明する。これは、同一成長条件でそれぞれ活
性層湾曲型ＦＰレーザと活性層平坦型ＦＰレーザを個別
に作製した場合、常に後者の方が１００〜２００Ａ程度
短波長で発振するとと即ち２１〜４２ｍｅＶだけバンド
ギャップが広くなるということである。この理由は、バ
ンドンィリングによる吸収端の高エネルギー側へのシフ
トが活性層の薄い程大きくなるためである。
こで、本発明を創作する上での非常に重要な物理的事象
について説明する。これは、同一成長条件でそれぞれ活
性層湾曲型ＦＰレーザと活性層平坦型ＦＰレーザを個別
に作製した場合、常に後者の方が１００〜２００Ａ程度
短波長で発振するとと即ち２１〜４２ｍｅＶだけバンド
ギャップが広くなるということである。この理由は、バ
ンドンィリングによる吸収端の高エネルギー側へのシフ
トが活性層の薄い程大きくなるためである。
従って、これら２種類の活性層を有する光導波路・を結
合して一体的に形成すれば、レーザ発振は活性層の湾曲
部分で生起され、平坦部ではレーザ光の波長に対して吸
収の少ない窓としての機能が得られる。更に、活性層４
上に成長された光ガイド層５の窓機能領域のみに周期Ａ
の回折格子をストライプ溝と直交する方向に形成すれば
、発振波長λ３＝２・ｎｅ”ｆｆ（λＢ）・Ａでレーザ
光が襞間面１□０より出力され、安定な単−縦モード発
振を確立することができる０尚、ｎｅｆｆ（λＢ）は波
長λ８での実効屈折率である。
合して一体的に形成すれば、レーザ発振は活性層の湾曲
部分で生起され、平坦部ではレーザ光の波長に対して吸
収の少ない窓としての機能が得られる。更に、活性層４
上に成長された光ガイド層５の窓機能領域のみに周期Ａ
の回折格子をストライプ溝と直交する方向に形成すれば
、発振波長λ３＝２・ｎｅ”ｆｆ（λＢ）・Ａでレーザ
光が襞間面１□０より出力され、安定な単−縦モード発
振を確立することができる０尚、ｎｅｆｆ（λＢ）は波
長λ８での実効屈折率である。
次に、上記ＤＢＲ型半導体レーザ素子の製造方法につい
て説明する。ｐ型ＩｎＰ基板１上にｎ型ＩｎＰ電流阻止
層２を０．８μｍの厚さに液相エピタキシャル成長させ
た後、幅ｗＡ＝６μｍで長さ２５０μｍ及び幅ＷＢ−３
μｍで長さ１ｍｍの２種類のＶ字型溝を同一線上に交互
に形成してストライプ溝とする。ストライプ溝はエツチ
ングにょ層形成し、その深さは１〜１．５μｍ程度とす
る。再度液相エピタキシャル成長法により、ｐ型ＩｎＰ
クラッド層３１．ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層４（吸収端
１．２９ 顯Ｏ。
て説明する。ｐ型ＩｎＰ基板１上にｎ型ＩｎＰ電流阻止
層２を０．８μｍの厚さに液相エピタキシャル成長させ
た後、幅ｗＡ＝６μｍで長さ２５０μｍ及び幅ＷＢ−３
μｍで長さ１ｍｍの２種類のＶ字型溝を同一線上に交互
に形成してストライプ溝とする。ストライプ溝はエツチ
ングにょ層形成し、その深さは１〜１．５μｍ程度とす
る。再度液相エピタキシャル成長法により、ｐ型ＩｎＰ
クラッド層３１．ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層４（吸収端
１．２９ 顯Ｏ。
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５（吸収端１．１５μｍ
）を順次積層形成する。次に、幅ｗＢのストライプ溝に
対応する光ガイド層５の窓領域のみにストライプ溝と直
來する方向に１次の回折格子をアルゴンイオンレーザに
よる干渉法とホトリングラフィ技術により周期Ａ＝０．
２１μｍ、深さ０．１６μｍで形成する。再度液相エピ
タキシャル成長法により、ｎ型ＩｎＰクラッド層６及び
ｎ型ＩｎＰキャップ層７を形成するＯｎ型ＩｎＰキャッ
プ層゛７表面にけＡｕ−８ｎから成るｎ側電極８を、ｐ
型ＩｎＰ基板１裏面にはＡｕ−Ｚｎから成るｐ側電極９
を形成する。
）を順次積層形成する。次に、幅ｗＢのストライプ溝に
対応する光ガイド層５の窓領域のみにストライプ溝と直
來する方向に１次の回折格子をアルゴンイオンレーザに
よる干渉法とホトリングラフィ技術により周期Ａ＝０．
２１μｍ、深さ０．１６μｍで形成する。再度液相エピ
タキシャル成長法により、ｎ型ＩｎＰクラッド層６及び
ｎ型ＩｎＰキャップ層７を形成するＯｎ型ＩｎＰキャッ
プ層゛７表面にけＡｕ−８ｎから成るｎ側電極８を、ｐ
型ＩｎＰ基板１裏面にはＡｕ−Ｚｎから成るｐ側電極９
を形成する。
次に、ブラッグ反射鏡となる窓領域の片面を襞間法によ
り形成し、他方の面１１を化学エツチングによシ傾斜面
とすることによシ臂開面１０でレーザ放射面を形成する
とともにＦＰモード発振を防止した構造とする。作製さ
れたＤＢＲ型半導体レーザ素子はＬａ＝２５０ μｍ、
Ｌｗ’＝５００ μｍであり、全長１．２５μｍであ
る。 □出力レーザ光を襞間面１０側で測定し
たところ、発振波長１．３１μｍ閾値電流５５ｍＡで室
温連続発振１し、５ｒｎＷまで安定な単−縦モードのレ
ーザ光・振が得られた。また、発振波長の温度変化はＩ
Ａ／℃であった。
り形成し、他方の面１１を化学エツチングによシ傾斜面
とすることによシ臂開面１０でレーザ放射面を形成する
とともにＦＰモード発振を防止した構造とする。作製さ
れたＤＢＲ型半導体レーザ素子はＬａ＝２５０ μｍ、
Ｌｗ’＝５００ μｍであり、全長１．２５μｍであ
る。 □出力レーザ光を襞間面１０側で測定し
たところ、発振波長１．３１μｍ閾値電流５５ｍＡで室
温連続発振１し、５ｒｎＷまで安定な単−縦モードのレ
ーザ光・振が得られた。また、発振波長の温度変化はＩ
Ａ／℃であった。
本発明のＤＢＲ型半導体レーザ素子は出力導波路に変調
器や検出器などの他の素子を一体化し、モノリシックな
光集積回路を構成することが可能である。また、本発明
の半導体レーザ素子はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限定
されるものではなく、ＧａＡｔＡｓ／ＧａＡｓ系等他の
半導体材料を用いることも自然に可能である。
器や検出器などの他の素子を一体化し、モノリシックな
光集積回路を構成することが可能である。また、本発明
の半導体レーザ素子はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限定
されるものではなく、ＧａＡｔＡｓ／ＧａＡｓ系等他の
半導体材料を用いることも自然に可能である。
〈発明の効果〉
本発明によれば、厚い活性層を有するレーザ発振活性導
波路と薄い活性層を有する態形出力導波、路を１回のエ
ピタキシャル成長で同時形成することができる。従って
、製造工程が簡略化され、半導体レーザ素子の製作が容
易となる。また、得られる半導体レーザ素子は、縦単一
モードで安定に発振し、温度変化に対しても出力光の変
動が少なく、信頼性の高いものである。
波路と薄い活性層を有する態形出力導波、路を１回のエ
ピタキシャル成長で同時形成することができる。従って
、製造工程が簡略化され、半導体レーザ素子の製作が容
易となる。また、得られる半導体レーザ素子は、縦単一
モードで安定に発振し、温度変化に対しても出力光の変
動が少なく、信頼性の高いものである。
第１図は本発明Ω１実施例を示すＤＢＲ型半導体レーザ
素子の断面構成図である０第２図（５）の）はそれぞれ
第１図のＸ−Ｘ、Ｙ−Ｙ断面面である。 １°°・・・基板 ２・・・電流阻止層 ３・・・
６型りラッ７ド層 ４・・・活性層 ５・・・光ガ
イド層 ６・・・ｎ型クラッド層 ７・・・キャッ
プ層 １０・・・襞間面 １２・・・回折格子
素子の断面構成図である０第２図（５）の）はそれぞれ
第１図のＸ−Ｘ、Ｙ−Ｙ断面面である。 １°°・・・基板 ２・・・電流阻止層 ３・・・
６型りラッ７ド層 ４・・・活性層 ５・・・光ガ
イド層 ６・・・ｎ型クラッド層 ７・・・キャッ
プ層 １０・・・襞間面 １２・・・回折格子
Claims (1)
- １、基板上に形成した電流狭窄用ストライプ溝のストラ
イプ幅の変化に対応した厚い活性層を有するレーザ発振
活性導波路と該レーザ発振活性導波路の両端に連結され
た薄い活性層を有する態形出力導波路を兵役し、該態形
出力導波路に回、折格子を形成して光の共振器としたこ
とを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58028073A JPS59152685A (ja) | 1983-02-21 | 1983-02-21 | 半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58028073A JPS59152685A (ja) | 1983-02-21 | 1983-02-21 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59152685A true JPS59152685A (ja) | 1984-08-31 |
Family
ID=12238591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58028073A Pending JPS59152685A (ja) | 1983-02-21 | 1983-02-21 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59152685A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61260696A (ja) * | 1985-05-14 | 1986-11-18 | Fujikura Ltd | 分布反射型半導体レ−ザ |
| JPS63284876A (ja) * | 1987-05-18 | 1988-11-22 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザ素子 |
-
1983
- 1983-02-21 JP JP58028073A patent/JPS59152685A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61260696A (ja) * | 1985-05-14 | 1986-11-18 | Fujikura Ltd | 分布反射型半導体レ−ザ |
| JPS63284876A (ja) * | 1987-05-18 | 1988-11-22 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザ素子 |
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