JPS61119089A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
- Publication number
- JPS61119089A JPS61119089A JP59240230A JP24023084A JPS61119089A JP S61119089 A JPS61119089 A JP S61119089A JP 59240230 A JP59240230 A JP 59240230A JP 24023084 A JP24023084 A JP 24023084A JP S61119089 A JPS61119089 A JP S61119089A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- layer
- diffraction grating
- active layer
- width
- 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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-
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体レーザに関する。
一般に回折格子（分布反射器）により共振器を構成する
分布帰還形の半導体レーザや分布反射形の半導体レーザ
は、他のデバイスとの集積化が可能であり、しかも発振
波長の設定が可能でわる。−この点、へき開面を共振器
として用いるファブリペロ−型の半導体レーザとは異な
っている。また、分布帰還形成は分布反射形の半導体レ
ーザは、回折格子をブラッグ反射器として用いているの
で反射率に波長依存性があシ、発振波長の温度依存性が
通常のファプリ〈ロー型の半導体レーザに比べて優れて
いる。しかしながら、発振横モード制ａＫ関しては通常
の半導体レーザと同様に活性層の幅を狭くすることｋよ
り、高次の横モード発振を遮断している。
分布帰還形の半導体レーザや分布反射形の半導体レーザ
は、他のデバイスとの集積化が可能であり、しかも発振
波長の設定が可能でわる。−この点、へき開面を共振器
として用いるファブリペロ−型の半導体レーザとは異な
っている。また、分布帰還形成は分布反射形の半導体レ
ーザは、回折格子をブラッグ反射器として用いているの
で反射率に波長依存性があシ、発振波長の温度依存性が
通常のファプリ〈ロー型の半導体レーザに比べて優れて
いる。しかしながら、発振横モード制ａＫ関しては通常
の半導体レーザと同様に活性層の幅を狭くすることｋよ
り、高次の横モード発振を遮断している。
一方、利得導波形の半導体レーザの横モードの制御は、
１ｇ４図に示す構造が提案されている。
１ｇ４図に示す構造が提案されている。
すなわち半導体レーザの共振器１のへき開面の中央部分
を除いて反射防止膜２を形成し、反射防止膜２０部分の
反射鏡損失を中央部分く比べ大きくして基本横モード発
振させるというものである。
を除いて反射防止膜２を形成し、反射防止膜２０部分の
反射鏡損失を中央部分く比べ大きくして基本横モード発
振させるというものである。
分布帰還形の半導体レーザや分布反射形の半導体レーザ
の場合、高次の横モードを全て遮断するためには、活性
層の幅を１μｍ以下にする必要がある。しかし、所謂マ
スク合わせ誤差等の製造技術上の問題からこのような微
細加工は極めて困難である。このため所定の仕様を満し
た半導体レーザの製造を容易に行う、ことができないと
いった問題がある。
の場合、高次の横モードを全て遮断するためには、活性
層の幅を１μｍ以下にする必要がある。しかし、所謂マ
スク合わせ誤差等の製造技術上の問題からこのような微
細加工は極めて困難である。このため所定の仕様を満し
た半導体レーザの製造を容易に行う、ことができないと
いった問題がある。
また、第４図に示す部分的に反射防止膜を設けた半導体
レーザは、へき開面な共振器とするファブリベロー型で
あるため、半導体レーザな直接変調した場合や周囲の温
度が変化した場合に、発振波長が不安定になる問題があ
る。
レーザは、へき開面な共振器とするファブリベロー型で
あるため、半導体レーザな直接変調した場合や周囲の温
度が変化した場合に、発振波長が不安定になる問題があ
る。
本発明は、上記問題点を解消するために、半導体基板上
に少なくとも活性層と該活性層よりも禁制帯幅が大きく
且つ屈折率の小さい光導波路層を具備してなるヘテロ接
合型の半導体レーザにおいて、光導波路層の上面或は下
面に、活性層中の活性媒質となる領域の幅より狭く、且
つ前記光導波路層の幅より狭いストライプ状の回折格子
を設けた半導体レーザである。
に少なくとも活性層と該活性層よりも禁制帯幅が大きく
且つ屈折率の小さい光導波路層を具備してなるヘテロ接
合型の半導体レーザにおいて、光導波路層の上面或は下
面に、活性層中の活性媒質となる領域の幅より狭く、且
つ前記光導波路層の幅より狭いストライプ状の回折格子
を設けた半導体レーザである。
本発明に係る半導体レーザは、以下に述べる原理に基づ
く作用により後述する効果を奏するものである。すなわ
ち、本発明の原理は、分布反射路の反射率が共振器長り
と前進波と後進波の結合係数Ｋによって異なるという事
実に基づくものである。半導体レーザの各横モードｌに
よる差異は、各モードｉｉ対する結合係数Ｋｉによって
表わされる。ブラッグ条件が成立する場合の各横モード
ｉＫ対する分布反射器の電力反射率Ｒ１は、光導波路の
損失を無視すると、次式（１）Ｋて表わされる。
く作用により後述する効果を奏するものである。すなわ
ち、本発明の原理は、分布反射路の反射率が共振器長り
と前進波と後進波の結合係数Ｋによって異なるという事
実に基づくものである。半導体レーザの各横モードｌに
よる差異は、各モードｉｉ対する結合係数Ｋｉによって
表わされる。ブラッグ条件が成立する場合の各横モード
ｉＫ対する分布反射器の電力反射率Ｒ１は、光導波路の
損失を無視すると、次式（１）Ｋて表わされる。
Ｒｌ ＝ ｔ ａｎｈ” （Ｋｉ Ｌ） ・”＝”・・
（１）ここで、ＫＩ＝Ｋ・ξｉ ・・・・・・・・・
・・・（２）なお、Ｋは、二次元スラブ導波路（全面に
回折格子を有する）の場合の結合係数、ξ量は、ストラ
イプ状の回折格子内の各モード最の光閉じ込め係数であ
る。
（１）ここで、ＫＩ＝Ｋ・ξｉ ・・・・・・・・・
・・・（２）なお、Ｋは、二次元スラブ導波路（全面に
回折格子を有する）の場合の結合係数、ξ量は、ストラ
イプ状の回折格子内の各モード最の光閉じ込め係数であ
る。
ストライプ状の回折格子内の光閉じ込め係数ξｉは、基
本モードで大きくなプ、高次モードで小さくなる。この
ため式＋１１ 、 ＋２１から回折格子内の反射率は、
基本モードで高く高次モードで低くなる。その結果、反
射鏡損失は基本モードで小さく、高次モードで大きくな
シ、基本横モードで発振することになる。
本モードで大きくなプ、高次モードで小さくなる。この
ため式＋１１ 、 ＋２１から回折格子内の反射率は、
基本モードで高く高次モードで低くなる。その結果、反
射鏡損失は基本モードで小さく、高次モードで大きくな
シ、基本横モードで発振することになる。
本発明に係る半導体レーザによれば、単−縦モード、単
−横モードで発振し、かつ、発振波長の温度依存性が小
さいと共忙、極めて製造が容易なものである。
−横モードで発振し、かつ、発振波長の温度依存性が小
さいと共忙、極めて製造が容易なものである。
本発明の一実抱例の半導体レーザについて図面を参照し
ながら説明する。この半導体レーザの構造をその製造工
程に従って説明する。先ず、面方位（１ｏｏ）のｎ型Ｉ
ｎＰ からなる半導体基板１０上にホトレジスト膜を形
成する。次いで、Ｈｅ−Ｃｄ レーザの干渉を利用し
てホトレジスト膜に周期２０００Ｘの回折格子を形成す
る。次いで、回折格子を形成したホトレジスト膜なマス
クにしてエツチング液にＨＵ ： ＣＨ，Ｃ０ＯＨ：Ｈ
，Ｏ＝１：１：１の組成を有する液を使用し、半導体基
板１０の表面に溝１１を形成し、ホトレジスト膜を除去
する。次に、溝１ノを形成した半導体基板１０の表面上
にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉ目◎λ）法により、厚さ約４０００１の８
ｔ Ｏ！膜１２を形成する。次いで、周知のホトリソグ
ラフィ法によりｓｔｂ、膜にパターニングを施し、半導
体基板１０の中央部の溝１１上に幅約１５μｍ１１の５
１０２膜１２を残存させる（第１図（６）参照）。
ながら説明する。この半導体レーザの構造をその製造工
程に従って説明する。先ず、面方位（１ｏｏ）のｎ型Ｉ
ｎＰ からなる半導体基板１０上にホトレジスト膜を形
成する。次いで、Ｈｅ−Ｃｄ レーザの干渉を利用し
てホトレジスト膜に周期２０００Ｘの回折格子を形成す
る。次いで、回折格子を形成したホトレジスト膜なマス
クにしてエツチング液にＨＵ ： ＣＨ，Ｃ０ＯＨ：Ｈ
，Ｏ＝１：１：１の組成を有する液を使用し、半導体基
板１０の表面に溝１１を形成し、ホトレジスト膜を除去
する。次に、溝１ノを形成した半導体基板１０の表面上
にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉ目◎λ）法により、厚さ約４０００１の８
ｔ Ｏ！膜１２を形成する。次いで、周知のホトリソグ
ラフィ法によりｓｔｂ、膜にパターニングを施し、半導
体基板１０の中央部の溝１１上に幅約１５μｍ１１の５
１０２膜１２を残存させる（第１図（６）参照）。
次に、残存した８ｉ０１膜１２をマスクに【−てＨｄ：
Ｈ２０＝４：１ の組成を有するエツチング液を用い
て溝１１をエツチングし、平坦な平面１３にする。次い
で、８１０．膜１２をマスクにして半導体基板１０の表
面領域にＺｎを所定の深さ拡散し、Ｐ型のＩｎＰ電流狭
窄層１４を形成する（第１図（ト）参照）。
Ｈ２０＝４：１ の組成を有するエツチング液を用い
て溝１１をエツチングし、平坦な平面１３にする。次い
で、８１０．膜１２をマスクにして半導体基板１０の表
面領域にＺｎを所定の深さ拡散し、Ｐ型のＩｎＰ電流狭
窄層１４を形成する（第１図（ト）参照）。
次に、Ｓ１０！膜１２を弗酸で除去し、ストライプ状の
回折格子１５を所定のパターンで半導体基板１０上に得
る（第１図（ｑ参照）。
回折格子１５を所定のパターンで半導体基板１０上に得
る（第１図（ｑ参照）。
然る後、回折格子１５及びＩｎＰ 電流狭窄層１４を含
む半導体基板１０上に１液相成長法によ＃）ｎ盛のＧａ
ＩｎＡｓＰ（λｇ ＝ １．１ μｍ ）からなる光導
波路層（Ｔｅドープ）１６、ノンドープＧａＩｎ人ａＰ
（λ＃＝１．３μｍ）からなる活性層１７、Ｐ型のＩｎ
Ｐ からなるクラッド層（Ｚｎドープ）１８、及びＰ型
のＧａＩｎＡｓＰ（λＮ＝１．１μｍ）からなるキャッ
プ層（Ｚｎドープ）１９を順次積層形成する。
む半導体基板１０上に１液相成長法によ＃）ｎ盛のＧａ
ＩｎＡｓＰ（λｇ ＝ １．１ μｍ ）からなる光導
波路層（Ｔｅドープ）１６、ノンドープＧａＩｎ人ａＰ
（λ＃＝１．３μｍ）からなる活性層１７、Ｐ型のＩｎ
Ｐ からなるクラッド層（Ｚｎドープ）１８、及びＰ型
のＧａＩｎＡｓＰ（λＮ＝１．１μｍ）からなるキャッ
プ層（Ｚｎドープ）１９を順次積層形成する。
次１ｃ、８１０．絶縁膜を形成しキャップ層１９０回折
格千１５に対応する領域に窓を開口し、キャップ層１９
上ＫＰ型のオーミック電極２１を形成する。、ｎ型基板
１０側ｉｎ型のオーミック電極２３を全面に形成【２て
半導体レーザ３−０を得る（第１図０参照）。また、第
２図（６）は、第１図山の半導体レーザ３−０のＡ−入
線に沿う断面図であり、第２図（至）は、第１図口に示
す半導体レーザ３−０のＢ−Ｂ線忙沿う断面図である。
格千１５に対応する領域に窓を開口し、キャップ層１９
上ＫＰ型のオーミック電極２１を形成する。、ｎ型基板
１０側ｉｎ型のオーミック電極２３を全面に形成【２て
半導体レーザ３−０を得る（第１図０参照）。また、第
２図（６）は、第１図山の半導体レーザ３−０のＡ−入
線に沿う断面図であり、第２図（至）は、第１図口に示
す半導体レーザ３−０のＢ−Ｂ線忙沿う断面図である。
このように構成され九半導体レーザ３−０によれば、活
性層１７の幅を広くしても光導波路層１６に活性層中の
活性媒質となる領域の幅より狭いストライブ状の回折格
子１５を設けているので、基本縦或は横モードでの高出
力動作が可能である。このため、例えばこの半導体レー
ザ３−０を光フアイバ通信の光源に用いて中継距離を増
大させることができる。また、レーザ共振器として回折
格子１５を用いているので反射率に波長依存性があるた
め温度変動或いは半導体レーザな直接変調した際にも、
発振波長変動は通常のファブリベロー型の半導体レーザ
に、比べ小さい。更に１活性＠１７の発振に寄与する部
分よりも、回折格子１５０幅を狭くすれば、上記効果が
得られるので、マスク合せ誤差等を十分にとって活性層
１７を形成できるので、製造が容易である。
性層１７の幅を広くしても光導波路層１６に活性層中の
活性媒質となる領域の幅より狭いストライブ状の回折格
子１５を設けているので、基本縦或は横モードでの高出
力動作が可能である。このため、例えばこの半導体レー
ザ３−０を光フアイバ通信の光源に用いて中継距離を増
大させることができる。また、レーザ共振器として回折
格子１５を用いているので反射率に波長依存性があるた
め温度変動或いは半導体レーザな直接変調した際にも、
発振波長変動は通常のファブリベロー型の半導体レーザ
に、比べ小さい。更に１活性＠１７の発振に寄与する部
分よりも、回折格子１５０幅を狭くすれば、上記効果が
得られるので、マスク合せ誤差等を十分にとって活性層
１７を形成できるので、製造が容易である。
次に、本発明の他の実施例の半導体レーザについて第３
図を参照して説明する。この半導体レーザは埋込み型の
へテロ接合のものである。
図を参照して説明する。この半導体レーザは埋込み型の
へテロ接合のものである。
この半導体レーザ４０は、上述の実施例のものと同様に
幅１５μｍのストライブ状の回折格子１５を形成した半
導体基板１０上に、光導波路層１６、活性ｌ１１７、ク
ラッド＃１８及びキャップ＠１９を液相成長法により順
次形成している、そして、キャップ層１９の直下の回折
格子１５上の各層の領域は、光導波路層１６内に達する
厚さの断面逆台形の形状にして、周知のホトリソグラフ
ィ法支びブロムメタノールを用いたエツチング法によシ
残存している。露出した光導波路層１６上には、キャッ
プ層１９に達する肉厚になるようにして、先ず光導波路
層１６をメルトバックしてから、Ｐ型のＩｎＰ（Ｚｎド
ープ）層４１、ｎ型のＩｎＰ （Ｔｅドープ）層４２を
順次積層形成する。次に、ａ １０Ｈ絶縁膜を形成し、
キャップ層１９の回折格子１６に対応する領域に窓を開
口し、キャップ層１９上にＰ型のオーミック電極２１を
形成する。更にｎ型基板１０側にｎ型のオーミック電極
２３を全面に形成する。
幅１５μｍのストライブ状の回折格子１５を形成した半
導体基板１０上に、光導波路層１６、活性ｌ１１７、ク
ラッド＃１８及びキャップ＠１９を液相成長法により順
次形成している、そして、キャップ層１９の直下の回折
格子１５上の各層の領域は、光導波路層１６内に達する
厚さの断面逆台形の形状にして、周知のホトリソグラフ
ィ法支びブロムメタノールを用いたエツチング法によシ
残存している。露出した光導波路層１６上には、キャッ
プ層１９に達する肉厚になるようにして、先ず光導波路
層１６をメルトバックしてから、Ｐ型のＩｎＰ（Ｚｎド
ープ）層４１、ｎ型のＩｎＰ （Ｔｅドープ）層４２を
順次積層形成する。次に、ａ １０Ｈ絶縁膜を形成し、
キャップ層１９の回折格子１６に対応する領域に窓を開
口し、キャップ層１９上にＰ型のオーミック電極２１を
形成する。更にｎ型基板１０側にｎ型のオーミック電極
２３を全面に形成する。
このように構成された半導体レーザ４θによれば、例え
ば活性層１７の幅を３０μｍＫした場合でも、光導波路
１ｌ１６に幅１５μｍのストライブ状の回折格子１５を
設けているので、基本縦横モードでの高出力動作が可能
である。このため、例えばこの半導体レーザ４−０を光
フアイバ通信の光源に使用して中継距離を増大させるこ
とができる。また、第１の実癩例と同様に共振器として
回折格子１５を用いているため温度変動或いは半導体レ
ーザな直接変調した際に対しても発振波長が安定であり
、また、発振に寄与する活性層１７の部分が回折格子１
５の幅より大きいので、単−縦或は横モードの発振が可
能であると共に、製造工程を容易にすることができる。
ば活性層１７の幅を３０μｍＫした場合でも、光導波路
１ｌ１６に幅１５μｍのストライブ状の回折格子１５を
設けているので、基本縦横モードでの高出力動作が可能
である。このため、例えばこの半導体レーザ４−０を光
フアイバ通信の光源に使用して中継距離を増大させるこ
とができる。また、第１の実癩例と同様に共振器として
回折格子１５を用いているため温度変動或いは半導体レ
ーザな直接変調した際に対しても発振波長が安定であり
、また、発振に寄与する活性層１７の部分が回折格子１
５の幅より大きいので、単−縦或は横モードの発振が可
能であると共に、製造工程を容易にすることができる。
第１図（５）乃至同図（ト）は、本発明の一実施例の半
導体レーザを製造工程順に示す説明図、第２図（５）、
（Ｂ１は、第１図−に示す半導体レーザの断面図、第３
図は、本発明の他の実施例の半導体レーザの構成を示す
説明図、第４図は、半導体レーザの共振器の説明図であ
る。 １０・・・半導体基板、１１・・・溝、１２・・・Ｓｉ
ｎ。 膜、１３・・・平坦な平面、１４・・・ＩｎＰ電流狭搾
“層、１５・・・回折格子、１６・・・光導波路層、１
７・・・活性層、１８・・・クラッド層、１９・・・キ
ャップ層、２１．２３・・・オーミック電極、２ｏ・・
・８．１０１膜、３０．す・・・半導体レーザ、４ノ・
・・ＩｎＰ （Ｚｎドープ）層、４２−・・ＩｎＰ （
Ｔｅドープ）層。
導体レーザを製造工程順に示す説明図、第２図（５）、
（Ｂ１は、第１図−に示す半導体レーザの断面図、第３
図は、本発明の他の実施例の半導体レーザの構成を示す
説明図、第４図は、半導体レーザの共振器の説明図であ
る。 １０・・・半導体基板、１１・・・溝、１２・・・Ｓｉ
ｎ。 膜、１３・・・平坦な平面、１４・・・ＩｎＰ電流狭搾
“層、１５・・・回折格子、１６・・・光導波路層、１
７・・・活性層、１８・・・クラッド層、１９・・・キ
ャップ層、２１．２３・・・オーミック電極、２ｏ・・
・８．１０１膜、３０．す・・・半導体レーザ、４ノ・
・・ＩｎＰ （Ｚｎドープ）層、４２−・・ＩｎＰ （
Ｔｅドープ）層。
Claims (1)
- 半導体基板上に少なくとも活性層と該活性層よりも禁制
帯幅が大きく且つ屈折率の小さい光導波路層を具備して
なるヘテロ接合型の半導体レーザにおいて、光導波路層
の上面或は下面に、活性層中の活性媒質となる領域の幅
より狭く、且つ前記光導波路層の幅より狭いストライプ
状の回折格子を設けたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59240230A JPS61119089A (ja) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59240230A JPS61119089A (ja) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61119089A true JPS61119089A (ja) | 1986-06-06 |
Family
ID=17056383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59240230A Pending JPS61119089A (ja) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61119089A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62296588A (ja) * | 1986-06-17 | 1987-12-23 | Sony Corp | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
-
1984
- 1984-11-14 JP JP59240230A patent/JPS61119089A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62296588A (ja) * | 1986-06-17 | 1987-12-23 | Sony Corp | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
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