JPS61171190A - 分布反射形レ−ザ - Google Patents

分布反射形レ−ザ

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JPS61171190A
JPS61171190A JP60012181A JP1218185A JPS61171190A JP S61171190 A JPS61171190 A JP S61171190A JP 60012181 A JP60012181 A JP 60012181A JP 1218185 A JP1218185 A JP 1218185A JP S61171190 A JPS61171190 A JP S61171190A
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Yasuharu Suematsu
末松 安晴
Shigehisa Arai
滋久 荒井
Yuichi Tomori
裕一 東盛
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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
    • HELECTRICITY
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    • 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
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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】 〔概要〕 分布反射形レーザにおいて、活性導波路領域を。
連続形成されている外部導波路領域中に埋め込み。
さらに活性導波路領域と外部導波路領域との間の整合を
とり、結合部でのレーザ光の反射を極低減化するもので
ある。
(産業上の利用分野〕 本発明は9分布反射形半導体レーザに関するものである
〔従来の技術〕
長距離大容量光通信を実現する波長1.55μm帯の光
源としては、現在、動的単一モードレーザの使用が不可
欠となっている。
動的単一モードレーザには9分布帰還形(DFB)レー
ザ、分布反射形(D B R)レーザ、複合共振器レー
ザなど、各種のものがあるが、中でも回折格子を分布ブ
ラック反射器として用いた分布反射形(D B R)レ
ーザは、高速変調時に安定な単−縦モード動作を維持し
やすいこと、他の機能素子とのモノリシック集積が容易
であること、レーザ共振器の短共振化が可能であること
、などの利点をもっているために、特に有望視されてい
る。
次に9分布反射形レーザとして、従来提案されている集
積二重導波路構造をもつDBR−ITG形レーザと、B
JB形と呼ばれる直接結合構造をもつDBR−BJB形
レーザについて概要を説明する。
第2図は、DBR−ITG形レーザの概略的な構造を示
す断面図である。図において、21は活性導波路、22
は外部導波路、23および24は分布ブラック反射器、
25および26はレーザ光の電界分布を表わしている。
図示のように、DBR−ITG形レーザの場合。
活性導波路21は、外部導波路22上に並行して形成さ
れている。したがって活性導波路21と外部導波路22
との間の結合は、矢線で示されているように上下の方向
となるから、活性導波路21の中央位置における電界分
布25と9分布ブラック反射器24の位置における電界
分布26との整合条件は、斜線で示した活性領域長に依
存し、この領域長と、各層間の制御が、従来技術では困
難なため、活性導波路21と外部導波路22との間に部
分的な反射が生じるという欠点があった。
第3図は、DBR−BJB形レーザの概略的な構造を示
す断面図である0図において、31は活性導波路、32
および33は外部導波路、34および35は分布ブラッ
ク反射器、36および37は電界分布を表わしている。
このDBR−BJB形レーザは、DBR−ITG形レー
ザとは異なり、活性導波路31と外部導波路32.、%
3とは、はぼ直線的に配置されており、活性領域と外部
導波路領域の電界分布、及び。
等価屈折率を等しく設計する事が可能である。
しかし、実際の作製工程上、このDBR−BJB形レー
ザでは、結合部で外部導波路層の厚みが変化して1段差
が生じ易(、この段差により、活性導波路31と、外部
導波路32.33の間に部分的な反射を生じる欠点があ
った。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の分布反射形(DBR)レーザは、活性導波路と外
部導波路との間の高効率結合の為の条件      J
が非常に実現困難であり、あるいは、これらの導波路間
に生じる段差のため、導波路結合部において2反射が生
じ、多モードのレーザ発振が起りやすく、また発振効率
を上げにくいという問題があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の原理は9分布反射形レーザの活性導波路を外部
導波路中に埋め込んだ構造をとり、さらに活性導波路と
外部導波路の両頭域における伝播定数と電界分布とを整
合させることにより、結合部における反射をなくすもの
である。
第4図は2本発明による分布反射形レーザの典型例の構
造を示す断面図である。図において、41は活性導波路
、42は外部導波路、43および44は分布ブラック反
射器、45および46は電界分布を表わしている。
図示のように、活性導波路41の前後および、上部を取
り囲む形で外部導波路42が形成されることにより、活
性導波路41から出力されるレーザ光は、全て外部導波
路42中に入射される。さらに分布ブラック反射器43
.44で反射された光は、主に低損失の外部導波路42
中を伝播し、一部の光が外部へ放射される。
第4図において9分布反射形レーザの活性導波路41お
よび外部導波路42等の物理的寸法および組成を適切に
設定すれば9両導波路領域の伝播定数をほぼ等しクシ、
また図示の電界分布45゜46で例示されるように、導
波路の各部における電界分布を整合させることができ、
またその設計の許容精度が大きく、活性導波路41およ
び外部導波路42との間の反射を容易に極低減化するこ
とが可能となる。
〔実施例〕
以下に9本発明の詳細を実施例にしたがって説明する。
(1)素子構造 第1図は1本発明による活性導波路埋め込み構造をもつ
分布反射形(D B R)レーザの1実施例の素子構造
を示す断面図である。
図において、1はn−InP基板、2はλg=1.55
.umのGa1nAsP活性導波路層、3はλg=1.
35μmのGaInAsP保護層、4はλg=1.35
μmのGaInAsP外部導波路層、5はp−1nP層
、6はp−GaInAsPキJryブ層。
7はp−InP層、8はn−1nP層、9はp −Ga
InAsP層、10は分布ブラック反射器を形成する一
次のグレーティング、11はZn拡斂領域。
12は金属電極、13はSin、絶縁層を示す。なお、
λgはバンドギャップ波長である。
(2)製造方法 次に、第1図に示す素子構造を実現するための製造方法
について説明する。
第5図は、その製造方法の1例を示したものである。
はじめに、LPE成長法により第5図(a)に示すよう
に、n−InP基板1上にバンドギャップ波長λg(以
下省略)が1.55μm組成のGaInAsP活性導波
路層2および1.35μm組成のGaInAsP保護層
3を順次成長させ、ウェハ51を作製する。
次に、  (011)方向に張ったストライプマスクを
用いて第5図(、b)に示すように、活性導波路頭域5
2を残して、他の外部導波路領域53゜54をn−1n
P基板上まで選択エンチングにより除去し、さらにn−
1nP基板上に分布ブラック反射器を構成する一次のグ
レーティング55゜56を形成する。
次に、2回目の成長を行ない、第5図(C)に示すよう
に1.35μm組成のGaInAsP外部導波路層4.
さらに図示省略したp−1nP層5゜p−GaInAs
Pキャップ層6を全面に順次成長させる。
この後、さらに埋め込み(B H)加工により。
第6図に示すように横方向に逆方向メサ選択エツチング
して、3回目の成長により−p InP層7、n−In
P層8. p−CaInAsP層9からなる電流狭窄層
を形成する(第1図参照)。
このようにして、活性導波路層2の上部および前後を囲
む外部導波路層4が、1回の工程で容易に形成できる。
                       Jま
たこの方法では、基板上に活性導波路層および保護層を
成長させた段階で、活性導波路領域を形成するエツチン
グが行なわれるため、活性導波路領域が高精度で得られ
る利点がある。
第7図は、他の製造方法の例を示したものである。この
例の場合、外部導波路層4は、2回の工程で分割形成さ
れる。
まず第7図(a)に示すように、n−InP基板1上に
GaInAsP活性導波路層2.Ga1nAsP保護層
3.Ga1nAsP外部導波路層4を順次成長させる。
次に第7図(b)に示すように、活性導波路領域71を
残し、他の領域72.73をn−InP基板上部までエ
ツチングして除去し、さらに−次のグレーティング74
.75を形成する。
次に第7図(c)に示すように、2回目の成長を行ない
、Ga1nAsP外部導波路層4’+ p  In2層
5′等を形成する。
このようにして、一層に連結された外部導波路層4.4
′が得られる。
(3)伝播定数および電界分布の整合 第8図は、第1図に示す実施例の素子構造の一部を拡大
して示したものである。
図において。
ns:n−1nP基板!およびp−1nP層5の屈折率 nact :活性導波路層2の屈折率 ncov :保護層3の屈折率 next :外部導波路層4の屈折率 tact:活性導波路層2の厚さ tcoν :保護層3の厚さ text:外部導波路層4の厚さ を表わしている。
外部導波路領域81と活性導波路領域82との間で、伝
播定°数と電界分布とを整合させるには。
外部導波路層4の屈折率nextを、活性導波路層2の
屈折率nactと保護層3の屈折率ncovとの中間の
値とし、  nactおよびn covのある荷重平均
がnextに等しくできるようにすればよい。
またn−1nP基板1およびp−1nP層5の屈折率n
sは、レーザ光を導波路内に閉じ込める必要から、  
nextおよびnactのいずれよりも小さい値でなけ
ればならない。
したがって、各層を構成する物質の屈折率の間には。
nact > next > ncov≧nsの関係が
成り立っていることが1つの条件となる。
この条件のもとて各層の物質組成および厚さtacL+
t cov、 t extを適切に制御することにより
、伝播定数および電界分布の整合を得ることが可能とな
る。
第9図は、第8図において、活性導波路層2のバンドギ
ャップ波長λg=1.60μm、tact=0.1 p
m、 tcov=0.1 μm、 ncov=3.16
.とじて、外部導波路層4のnextおよび2gがne
xt=3.30(λg=1.15μm)、3.35(λ
g=1゜25μm) 、 3.40 (λg=1.35
μm)のそれぞれの場合について、  textをほぼ
0.1−0.6μmの範囲で変化させたときの、活性導
波路領域81と、外部導波路領域82との間の結合効率
Coutの変化を示す実験データ例である。
図示のように、広い範囲で90%以上、io。
%近い高い結合効率が得られている。
(4)素子特性 第10図は、第1図に示す実施例の素子構造を用いて得
られた発振特性のデータ例である0図示のように、パル
ス動作で閾値電流rth=180mAが得られ、そして
Ithの1.14倍のときに単一モード動作が確認され
ている。ただし、素子長は。
活性導波路領域が100μm9分布ブラック反射器領域
が両側にそれぞれ170μm、30μmであった。
(5)他の実施例 第1図に示した実施例の素子構造は、n−InP基板の
上面に一次のグレーティングを形成したものであるが、
これを第2図および第3図の従来例のように外部導波路
の上側対向面に形成した構造のものにおいても1本発明
は同様に適用されることができる。
、1□4よ、。、)よう4実施例、)1つ4Eよ、え。
     Jのである0図において、111は基板、1
12は活性導波路層、113は保護層、114は外部導
波路層、115および116は分布ブラック反射器を形
成する一次のグレーティングである。
このに月例では、グレーティング115,116は、外
部導波路層114を成長させた後に形成される。
また分布反射形レーザにおいて発生されるレーザ光には
、各種の偏波姿態をもったものが存在し得る。このよう
な場合、外部導波路の側面に金属膜を配設して姿態フィ
ルタを形成させることにより、金属膜に平行なTE姿態
の偏波をもつレーザ光のみを通過させ、これと直角な7
M姿態の偏波のレーザ光を阻止することができる。すな
わち。
偏波面をそろえることができる。
第12図はそのような実施例の1つを示したものである
。図において、121は基板、122は活性導波路層、
123は保護層、124は外部導波路層、125および
126はグレーティング、127および128は姿態フ
ィルタを形成するAu等の金属膜である。
さらに他の実施例として、レーザ素子全体を埋め込み構
造とすることにより、へき開面における整合をよりシ9
9反射減らすことができる。
なお本発明は、上述した実施例に限定されるものではな
く、当該技術分野において自明な多くの変形構成も本発
明の範囲に含まれるものである。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば9分布反射形レーザにおけ
る活性導波路と外部導波路との間の結合を極めて良好に
行なうことができ1反射や散乱等の発生をほとんどな(
すことができるので、効率的で安定な単一モードのレー
ザ発振を行なう分布反射形レーザが実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の素子構造を示す断面図、第
2図はDBR−ITG形レーザの構造を示す断面図、第
3図はDBR−BJB形レーザの構造を示す断面図、第
4図は本発明による分布反射形レーザの断面図、第5図
は第1図に示す実施例素子の製造方法を示す説明図、第
6図は埋め込み加工途中の状態を説明するための外観図
、第7図は第1図に示す実施例素子の他の製造方法を示
す説明図、第8図は本発明による伝播定数および電界分
布の整合についての説明図、第9図は結合効率特性を示
すグラフ、第10図は実施例による素子の発振特性を示
すグラフ、第11図は本発明の他の実施例による素子の
断面図、第12図は本発明のさらに他の実施例による素
子の断面図である。 第1図において、1はn−InP基板、2はGaInA
sP活性導波路層、3はGaInAsP保護層。 4はGaInAsP外部導波路層、10はグレーティン
グを示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基板(1)上の所定の領域に形成された活性導波路層(
    2)と、活性導波路層(2)上に積層された保護層(3
    )と、上記活性導波路層(2)および保護層(3)の前
    後および上面に接してこれらを包むように形成された外
    部導波路層(4)と、外部導波路層(4)の所定の部分
    に沿って設けられた分布ブラック反射器とを有し、上記
    活性導波路層(2)と外部導波路層(4)との間の結合
    を整合させることを特徴とする分布反射形レーザ。
JP60012181A 1985-01-25 1985-01-25 分布反射形レ−ザ Granted JPS61171190A (ja)

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