JPS60247986A - 分布帰還型半導体レ−ザ - Google Patents
分布帰還型半導体レ−ザInfo
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- JPS60247986A JPS60247986A JP59104115A JP10411584A JPS60247986A JP S60247986 A JPS60247986 A JP S60247986A JP 59104115 A JP59104115 A JP 59104115A JP 10411584 A JP10411584 A JP 10411584A JP S60247986 A JPS60247986 A JP S60247986A
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- 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
-
- 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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/3235—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
- H01S5/32391—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers based on In(Ga)(As)P
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は半導体発光装置に係り、特に光ガイド層に周期
的な屈折率変化をもたせ、特定の波長の光のみを取出す
ようにした分布帰還型半導体レーザ(以下DFB LD
と略す)に関するものである。
的な屈折率変化をもたせ、特定の波長の光のみを取出す
ようにした分布帰還型半導体レーザ(以下DFB LD
と略す)に関するものである。
従来技術
第1図に従来のDFE LDの例を示す。図において、
1が外形半導体結晶、2がn形りラッド層、6が活性層
、4がP形ガイド層、5がP形りラッド層、6がP形コ
ンタクト層である。
1が外形半導体結晶、2がn形りラッド層、6が活性層
、4がP形ガイド層、5がP形りラッド層、6がP形コ
ンタクト層である。
P形りラッド層5にはピッチAの周期的な凸凹7を設け
、さらにP形りラッド層5よシも屈折率の大きいP形ガ
イド層4が積層されておシ、活性層6を伝搬する光に対
する屈折率が凸となっているところと凹となっていると
ころでは異なるため、凸、凹のところで少しずつ光が反
射される。そして、活性層乙の光が感じる屈折率の平均
値をnとすると、波長λ0が、 A −n λoW (??L=1.2.3・・・)ηt のとき、凸凹で反射される光の位相が一致し、波長λ0
の光のみを帰還及び増幅するレーザキャビティが構成さ
れる。これにより、波長λGのみによって発振するレー
ザとなる。
、さらにP形りラッド層5よシも屈折率の大きいP形ガ
イド層4が積層されておシ、活性層6を伝搬する光に対
する屈折率が凸となっているところと凹となっていると
ころでは異なるため、凸、凹のところで少しずつ光が反
射される。そして、活性層乙の光が感じる屈折率の平均
値をnとすると、波長λ0が、 A −n λoW (??L=1.2.3・・・)ηt のとき、凸凹で反射される光の位相が一致し、波長λ0
の光のみを帰還及び増幅するレーザキャビティが構成さ
れる。これにより、波長λGのみによって発振するレー
ザとなる。
しかし、このような波長併択性を持たせるためには、活
性層を伝搬する光に対する屈折率の変化を大きくする必
要がある。このためには、ガイド層4を非常に薄くシ、
凸凹7をできるだけ活性層に近づけなくてはならない。
性層を伝搬する光に対する屈折率の変化を大きくする必
要がある。このためには、ガイド層4を非常に薄くシ、
凸凹7をできるだけ活性層に近づけなくてはならない。
そのため、DFBLDの製造には特に高い結晶成長技術
(膜厚制御技術)を必要とするという欠点がある。
(膜厚制御技術)を必要とするという欠点がある。
発明の目的
′本発明は、従来における問題点を解決し、比較的ガイ
ド層が厚い場合でも比較的高い周期的屈折率分布を活性
層を伝搬する光に与えることができる分布帰還型半導体
レーザを提供することをその目的とする。
ド層が厚い場合でも比較的高い周期的屈折率分布を活性
層を伝搬する光に与えることができる分布帰還型半導体
レーザを提供することをその目的とする。
問題点解決の手段
本発明では、光ガイド層に周期的な凸凹を有する分布帰
還型半導体レーザにおいて、凸凹を形成する結晶層を互
いに分離されたストライプ状の結晶層として、この結晶
層の有無によシ凸凹を形成するようにし、それに接する
上下の結晶層とは伝導形の異なる結晶とする。以下、よ
り具体的に第2図、第6図によシ本発明を説明する。第
2図にしいて、活性層23上にP形ガイド層24が形成
され、その上にn形メツシュ層27及びP形りラッド層
25が形成されている。なお、26はコンタクト層、2
2は外形クラッド層である。各部のバンドギャップエネ
ルギーE!は第21右のごとくなっている。以上のよう
な構成にすると、素子の動作時にn形メツシュ層27に
は電流が流れ込まず、図の矢印のごとく電流が流れるこ
とになる。
還型半導体レーザにおいて、凸凹を形成する結晶層を互
いに分離されたストライプ状の結晶層として、この結晶
層の有無によシ凸凹を形成するようにし、それに接する
上下の結晶層とは伝導形の異なる結晶とする。以下、よ
り具体的に第2図、第6図によシ本発明を説明する。第
2図にしいて、活性層23上にP形ガイド層24が形成
され、その上にn形メツシュ層27及びP形りラッド層
25が形成されている。なお、26はコンタクト層、2
2は外形クラッド層である。各部のバンドギャップエネ
ルギーE!は第21右のごとくなっている。以上のよう
な構成にすると、素子の動作時にn形メツシュ層27に
は電流が流れ込まず、図の矢印のごとく電流が流れるこ
とになる。
メツシュ層27に電流が流れないとその効果は活性層2
5にまで及び、活性層26の電流分布、キャリヤ濃度分
布はそれぞれ第6図α及びbのようになる。半導体の屈
折率はキャリヤ濃度に反比例するため、活性層23には
第3図Cのような屈折率分布が生じる。これは電流分布
の効果のみで生じている。さらに、電流分布がない場合
でも、メツシュ層2’7の屈折率がP形りラッド層25
の屈折率よシも高くなるような屈折率分布を持たせた構
造とすれば、前記の電流分布による変化と合せてよシ大
きな屈折率変化を得ることができる。
5にまで及び、活性層26の電流分布、キャリヤ濃度分
布はそれぞれ第6図α及びbのようになる。半導体の屈
折率はキャリヤ濃度に反比例するため、活性層23には
第3図Cのような屈折率分布が生じる。これは電流分布
の効果のみで生じている。さらに、電流分布がない場合
でも、メツシュ層2’7の屈折率がP形りラッド層25
の屈折率よシも高くなるような屈折率分布を持たせた構
造とすれば、前記の電流分布による変化と合せてよシ大
きな屈折率変化を得ることができる。
次に、特に本発明において高い屈折率変化が得られるこ
との意義について説明する。
との意義について説明する。
通常、DFBレーザにおいては、レーザ端面は弁開等に
より鏡面状に仕上げられ、端面に反射防止のためΩ処理
が施こされることが多いが、この場合でも端面の反射率
を0%とすることが・困難である。反射率が0%以上で
あるとレーザの両端の襞間面が7アプリベロ共振器を形
成し、前記のような凸凹による屈折率変化が小さく、D
FBモードにくらベファプリペロモードのほうが共振器
の損失よりも利得が大きくなるような条件となるとファ
ブリペロモードでの発振が起こる。ファブリペロモード
ではΔλ−λ”/2nL(λ:発振波長、n=活性層の
屈折率、L:キャビテイ長)の間隔の発振軸モードが存
在するため、第4図に示すようなスペクトルを持った発
振が起こり易い。ファブリペロモードであっても構造等
を工夫することによシ特定の温度では第6図に示すよう
な単一の軸モードで発振するレーザを得ることができる
が、この場合でもレーザの温度が変化すると活性層のバ
ンドギャップエネルギーが変化し、これによシ利得スペ
クトルが変化するため第5図に示すように利得の高い軸
モードに発振が移行してしまうという欠点がある。この
ようなファブリペロモードを抑圧するには前記のような
凸凹による屈折率差を大きくシ、凸凹の界面での光の反
射率を高くシ、凸凹の周期によって決まる波長以外の波
長での共振器の損失を大きくすることが有効である。特
にDFBモードの発振波長の温度による変化は、温度に
よる活性層の屈折率の変化と、結晶の線膨張め変化のみ
によシはぼ決定され、約0.7 A’/ deg の変
化であるのに対し、レーザの利得スペクトルは温度によ
って比較的大きく変化する。このため凸凹による屈折率
の変化が小さい場合には、第7図のようにDFBモード
の発振波長と利得スペクトルが重なっている場合は良い
が、第8図のごとく両者のずれが大きくなった場合には
DFBモードの発振をしなくなシ、ファブリペロ(−ド
の発振となシ易くなる。この為、できるだけ屈折率変化
は大きくとった方が良く、屈折率変化が大きい程広い温
度範囲でDFBモードで発振することができる。
より鏡面状に仕上げられ、端面に反射防止のためΩ処理
が施こされることが多いが、この場合でも端面の反射率
を0%とすることが・困難である。反射率が0%以上で
あるとレーザの両端の襞間面が7アプリベロ共振器を形
成し、前記のような凸凹による屈折率変化が小さく、D
FBモードにくらベファプリペロモードのほうが共振器
の損失よりも利得が大きくなるような条件となるとファ
ブリペロモードでの発振が起こる。ファブリペロモード
ではΔλ−λ”/2nL(λ:発振波長、n=活性層の
屈折率、L:キャビテイ長)の間隔の発振軸モードが存
在するため、第4図に示すようなスペクトルを持った発
振が起こり易い。ファブリペロモードであっても構造等
を工夫することによシ特定の温度では第6図に示すよう
な単一の軸モードで発振するレーザを得ることができる
が、この場合でもレーザの温度が変化すると活性層のバ
ンドギャップエネルギーが変化し、これによシ利得スペ
クトルが変化するため第5図に示すように利得の高い軸
モードに発振が移行してしまうという欠点がある。この
ようなファブリペロモードを抑圧するには前記のような
凸凹による屈折率差を大きくシ、凸凹の界面での光の反
射率を高くシ、凸凹の周期によって決まる波長以外の波
長での共振器の損失を大きくすることが有効である。特
にDFBモードの発振波長の温度による変化は、温度に
よる活性層の屈折率の変化と、結晶の線膨張め変化のみ
によシはぼ決定され、約0.7 A’/ deg の変
化であるのに対し、レーザの利得スペクトルは温度によ
って比較的大きく変化する。このため凸凹による屈折率
の変化が小さい場合には、第7図のようにDFBモード
の発振波長と利得スペクトルが重なっている場合は良い
が、第8図のごとく両者のずれが大きくなった場合には
DFBモードの発振をしなくなシ、ファブリペロ(−ド
の発振となシ易くなる。この為、できるだけ屈折率変化
は大きくとった方が良く、屈折率変化が大きい程広い温
度範囲でDFBモードで発振することができる。
この意味から、本発明において大きな屈折率変化が得ら
れることは意義がある。
れることは意義がある。
発明の実施例
第9図において、左11111,4−Dは平面図、右側
α〜dは側面図であシ、各工程を列挙すると次のごとく
である。
α〜dは側面図であシ、各工程を列挙すると次のごとく
である。
、4;n−1nP基板91(n形キャリヤ濃度I X
11018a )上に、n−16Fクラッド層92(外
形キャリヤ濃度5X1[)”Cl−3)、 InGaA
sP活性層96゜P−InGaAsPガイド層94.
n−InGaAsP層95(それぞれ外形キャリヤ濃度
−P形キャリヤ濃度=5×1017CrIL−3)を液
相エピタキシャル法によね成長する。このとき、P I
nGaAsP層94とn−InGaAsP層95のIn
、 Ga、 As、 Pの組成は同一とし、活性層より
もバンドギャップエネルギを大きくする。
11018a )上に、n−16Fクラッド層92(外
形キャリヤ濃度5X1[)”Cl−3)、 InGaA
sP活性層96゜P−InGaAsPガイド層94.
n−InGaAsP層95(それぞれ外形キャリヤ濃度
−P形キャリヤ濃度=5×1017CrIL−3)を液
相エピタキシャル法によね成長する。このとき、P I
nGaAsP層94とn−InGaAsP層95のIn
、 Ga、 As、 Pの組成は同一とし、活性層より
もバンドギャップエネルギを大きくする。
B; 最上面にフォトレジスト96を塗布し、2方向よ
peg−Cdレーザを照射し、ピッチ約400OAのレ
ジストパターンができるように干渉露光および化学的処
理を行う。
peg−Cdレーザを照射し、ピッチ約400OAのレ
ジストパターンができるように干渉露光および化学的処
理を行う。
C;Bによって得られたレジストパターンをマスクとし
て、ケミカルエツチングあるいはドライエツチング法に
よすn −InGaAsP層95の一部をP −13G
aAsP層94に達するまでストライプ状に除去する。
て、ケミカルエツチングあるいはドライエツチング法に
よすn −InGaAsP層95の一部をP −13G
aAsP層94に達するまでストライプ状に除去する。
D; レジスト96を除去し、P−InGaAsP層9
4゜nメツシュ層(n−InGaAsP層)95上に、
p−InGaAsPクラッド層97. n−InGaA
sPキャップ層98を順次液相エピタキシャル成長する
。
4゜nメツシュ層(n−InGaAsP層)95上に、
p−InGaAsPクラッド層97. n−InGaA
sPキャップ層98を順次液相エピタキシャル成長する
。
このとき、P−InGaAsP層(クラッド層)97の
バンドギャップエネルギはP−1nGaAsP (ガイ
ド層)94のバンドギャップエネルギよりも大きくなる
ようにする。さらに幅6〜5μmの幅でP −InGa
AsP層97まで達するようにストライプ状にP形不純
物を拡散する(斜線部分)。
バンドギャップエネルギはP−1nGaAsP (ガイ
ド層)94のバンドギャップエネルギよりも大きくなる
ようにする。さらに幅6〜5μmの幅でP −InGa
AsP層97まで達するようにストライプ状にP形不純
物を拡散する(斜線部分)。
その後、上下に電極を取付けると第10図の構造が得ら
れる。第10図において99,100が電極である。
れる。第10図において99,100が電極である。
発明の効果
本発明によれば、(1)構造的に活性層の屈折率はn−
メツシュ層のある部分で高く、ない部分で低い分布を持
ち、DFBレーザが形成され、(ii)さらに動作時に
は、n−メツシュ部には電流が流れないため、n−メツ
シュの下では活性層のキャリヤ濃度が低下し、屈折率が
高くなる。この2つの効果により、活性層は凸部がP形
である場合(即ち、接する上下の結晶層と伝導形が異な
りない場合)にくらべて、より高い屈折率分布を実現す
ることができる。また、比較的ガイド層が厚い場合でも
比較的高い周期的屈折率分布を活性層に持たせることが
できる分布帰還型半導体レーザが提供される。そして、
分布帰還型半導体レーザの発振可能な温度範囲を広くて
さる利点がある。
メツシュ層のある部分で高く、ない部分で低い分布を持
ち、DFBレーザが形成され、(ii)さらに動作時に
は、n−メツシュ部には電流が流れないため、n−メツ
シュの下では活性層のキャリヤ濃度が低下し、屈折率が
高くなる。この2つの効果により、活性層は凸部がP形
である場合(即ち、接する上下の結晶層と伝導形が異な
りない場合)にくらべて、より高い屈折率分布を実現す
ることができる。また、比較的ガイド層が厚い場合でも
比較的高い周期的屈折率分布を活性層に持たせることが
できる分布帰還型半導体レーザが提供される。そして、
分布帰還型半導体レーザの発振可能な温度範囲を広くて
さる利点がある。
なお、本発明が利用しているキャリヤ濃度と屈折率の関
係については文献(■F、 5terル、J、ofAp
pli gt:L Physics Vol 、 47
、 NO、12、P、5382(1976) +■G
、H,D、 Thompson 、 0pto −El
ectron 、 Vol、4.P2S5(1972)
、■に、 Kobayashi 、 Technica
l Reportof IECE Vat、 75.
No、89 (1975) )が参照される。
係については文献(■F、 5terル、J、ofAp
pli gt:L Physics Vol 、 47
、 NO、12、P、5382(1976) +■G
、H,D、 Thompson 、 0pto −El
ectron 、 Vol、4.P2S5(1972)
、■に、 Kobayashi 、 Technica
l Reportof IECE Vat、 75.
No、89 (1975) )が参照される。
第1図は従来のDFB LDの断面構造を示す図、第2
図は本発明のDFB LDの断面構造を示す図、第6図
α〜Cは本発明のDFE LDのそれぞれ電流分布、キ
ャリヤ濃度分布、屈折率分布を示す図、第4図、第5図
はそれぞれファブリペロLDの特性を示す図、第6図は
単一の軸モードで発振するレーデ特性を示す図、第7図
、第8図はそれぞれレーザのゲインスペクトルとDFB
発振との関係を示す図、第9図A−D、α〜dは本発明
のDFE LDの各工程(=おける構成を示す図であり
、A −Dはいずれも平面図、α〜dは断面構造を示す
図、第10図は本発明のDFB LDの一部切欠断面を
示す斜視図。 (主な符号) 1.21・・・外形半導体結晶、2,22・・・外形ク
ラッド層、6,26・・・活性層、4,24・・・P形
ガイド層、5.25・・・P形りラッド層、6,26・
・・P形コンタクト層、7・・・凸凹、27・・・ル形
メツシュ層特許出願人 富士通株式会社 代理人 弁理士玉蟲久五部(外1名) 第 1 図 第2図 E。 第3図 第4図 第5図 第6図 入 第7図 第8図 第9図 ニニ]:; 第10図 9
図は本発明のDFB LDの断面構造を示す図、第6図
α〜Cは本発明のDFE LDのそれぞれ電流分布、キ
ャリヤ濃度分布、屈折率分布を示す図、第4図、第5図
はそれぞれファブリペロLDの特性を示す図、第6図は
単一の軸モードで発振するレーデ特性を示す図、第7図
、第8図はそれぞれレーザのゲインスペクトルとDFB
発振との関係を示す図、第9図A−D、α〜dは本発明
のDFE LDの各工程(=おける構成を示す図であり
、A −Dはいずれも平面図、α〜dは断面構造を示す
図、第10図は本発明のDFB LDの一部切欠断面を
示す斜視図。 (主な符号) 1.21・・・外形半導体結晶、2,22・・・外形ク
ラッド層、6,26・・・活性層、4,24・・・P形
ガイド層、5.25・・・P形りラッド層、6,26・
・・P形コンタクト層、7・・・凸凹、27・・・ル形
メツシュ層特許出願人 富士通株式会社 代理人 弁理士玉蟲久五部(外1名) 第 1 図 第2図 E。 第3図 第4図 第5図 第6図 入 第7図 第8図 第9図 ニニ]:; 第10図 9
Claims (1)
- 光ガイド層に周期的な凸凹を備える分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、前記凸凹は互いに分離されたストライプ
状の結晶層により形成し、かつ該ストライプ状の結晶層
は、それに接する上下の結晶層とは伝導形が異なる結晶
とし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 |
---|---|---|---|
JP59104115A JPS60247986A (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59104115A JPS60247986A (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60247986A true JPS60247986A (ja) | 1985-12-07 |
Family
ID=14372123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59104115A Pending JPS60247986A (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60247986A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5020072A (en) * | 1989-05-22 | 1991-05-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
US5027368A (en) * | 1988-08-17 | 1991-06-25 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
US5033816A (en) * | 1987-12-18 | 1991-07-23 | Thomson-Csf | Method for making a diffraction lattice on a semiconductor material |
FR2684498A1 (fr) * | 1991-11-21 | 1993-06-04 | Mitsubishi Electric Corp | Laser a semiconducteurs a reaction repartie. |
EP0664588A1 (fr) * | 1994-01-20 | 1995-07-26 | France Telecom | Structure semiconductrice à réseau de diffraction virtuel |
US5553091A (en) * | 1993-12-06 | 1996-09-03 | France Telecom Etablissement Autonome De Droit Public | Optical component having a plurality of bragg gratings and process for the production of said components |
US11133649B2 (en) * | 2019-06-21 | 2021-09-28 | Palo Alto Research Center Incorporated | Index and gain coupled distributed feedback laser |
-
1984
- 1984-05-23 JP JP59104115A patent/JPS60247986A/ja active Pending
Cited By (10)
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