JPS61190994A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS61190994A JPS61190994A JP60033603A JP3360385A JPS61190994A JP S61190994 A JPS61190994 A JP S61190994A JP 60033603 A JP60033603 A JP 60033603A JP 3360385 A JP3360385 A JP 3360385A JP S61190994 A JPS61190994 A JP S61190994A
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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
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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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】
く技術分野〉
本発明は、回折格子の形成された単−縦モードでレーザ
発振する発振波長６６０−８９０１ｍの分布帰還形また
は分布ブラッグ反射形半導体レーザ素子に関するもので
ある。
発振する発振波長６６０−８９０１ｍの分布帰還形また
は分布ブラッグ反射形半導体レーザ素子に関するもので
ある。
〈従来技術とその問題点〉
元ファイバを利用した元情報システムあるいは光計測シ
ステムにおける光源として半導体レーザ装置を利用する
場合には、半導体レーザ装置は単−縦モードで発振する
動作特性を有することが望ましい。単−縦モードのレー
ザ発振特性を得るためのレーザ素子構造としては、活性
領域もしくは活性領域に近接して周期的な凹凸形状の回
折格子を形成した分布帰還形または分布ブラッグ反射形
のレーザ素子が知られている（日経エレクトロニクス１
９ｇ＋、１２．２＋、Ｐ６６〜Ｐ７０）。
ステムにおける光源として半導体レーザ装置を利用する
場合には、半導体レーザ装置は単−縦モードで発振する
動作特性を有することが望ましい。単−縦モードのレー
ザ発振特性を得るためのレーザ素子構造としては、活性
領域もしくは活性領域に近接して周期的な凹凸形状の回
折格子を形成した分布帰還形または分布ブラッグ反射形
のレーザ素子が知られている（日経エレクトロニクス１
９ｇ＋、１２．２＋、Ｐ６６〜Ｐ７０）。
従来、ｔｎｐ基板上に構成されたＩｎＧａＰＡｓ／Ｉｎ
Ｐ系材料により発振波長１．３μｍ−１，５５μｍの回
折格子付半導体レーザが開発されてきた。一方、波長８
９０ｎｍ以下の発振光が得られるＧａＡＳ基板上に形成
されたＧａＡｌＡｓ活性層を有する半導体レーザにおい
ては、回折格子を形成するＧａＡｌＡｓ光ガイド層上に
瞬時に酸化膜が生成するため、その上への再成長が困難
であるという製作上の欠点があシ、実用化されるには至
っていない。この点については、元ガイド層材料として
酸化し難いＩ ｎ Ｇ ａ Ｐ Ａ ｓを用いることに
よシ有効に解決した半導体レーザ素子が本出願人により
特願昭５９−２２３５７６号にて示されている。第２図
にこの分布帰還形半導体レーザの構造を示す。ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上にｎ型Ｇ ａ Ａ Ｌ Ａ ５２２７１層
２、ノンドープＧ ａ Ａ ｓ活性層３、ｐ型ＩｎＧａ
ＰＡｓ光ガイド層４、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層５、
ｐ型ＧａＡｓキャップ層６の順に積層され、基板ｌとキ
ャップ層６にはそれぞれｎ側、ｐ側のオーミック電極７
゜８が形成されている。レーザ発振動作用の回折格子は
光ガイド層４上に形成されている。この構造では、光ガ
イド層４の酸化の問題はなく、光ガイド層４上への２度
目の成長には何ら支障はない。
Ｐ系材料により発振波長１．３μｍ−１，５５μｍの回
折格子付半導体レーザが開発されてきた。一方、波長８
９０ｎｍ以下の発振光が得られるＧａＡＳ基板上に形成
されたＧａＡｌＡｓ活性層を有する半導体レーザにおい
ては、回折格子を形成するＧａＡｌＡｓ光ガイド層上に
瞬時に酸化膜が生成するため、その上への再成長が困難
であるという製作上の欠点があシ、実用化されるには至
っていない。この点については、元ガイド層材料として
酸化し難いＩ ｎ Ｇ ａ Ｐ Ａ ｓを用いることに
よシ有効に解決した半導体レーザ素子が本出願人により
特願昭５９−２２３５７６号にて示されている。第２図
にこの分布帰還形半導体レーザの構造を示す。ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上にｎ型Ｇ ａ Ａ Ｌ Ａ ５２２７１層
２、ノンドープＧ ａ Ａ ｓ活性層３、ｐ型ＩｎＧａ
ＰＡｓ光ガイド層４、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層５、
ｐ型ＧａＡｓキャップ層６の順に積層され、基板ｌとキ
ャップ層６にはそれぞれｎ側、ｐ側のオーミック電極７
゜８が形成されている。レーザ発振動作用の回折格子は
光ガイド層４上に形成されている。この構造では、光ガ
イド層４の酸化の問題はなく、光ガイド層４上への２度
目の成長には何ら支障はない。
しかし１．活性層３と元ガイド層４との熱膨張係数の相
違に起因して生ずる格子不整合等により界面に格子欠陥
が導入され、大きな非発光再結合電流による発振閾値の
増大及び特性劣化の要因となる。
違に起因して生ずる格子不整合等により界面に格子欠陥
が導入され、大きな非発光再結合電流による発振閾値の
増大及び特性劣化の要因となる。
〈発明の概要と目的〉
本発明は、レーザ発振用のＧＨＡｔＡｓ系活性層と回折
格子の形成されたＩＨＣｙＩＰＡｓ系元ガイド層と系間
ガイド層 ＡｔＡ ｓバッフ１層を挿入することにより
、活性層界面の格子欠陥を低減し、良好な素子特性を確
立した新規な分布帰還形あるいは分布ブラッグ反射形の
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
格子の形成されたＩＨＣｙＩＰＡｓ系元ガイド層と系間
ガイド層 ＡｔＡ ｓバッフ１層を挿入することにより
、活性層界面の格子欠陥を低減し、良好な素子特性を確
立した新規な分布帰還形あるいは分布ブラッグ反射形の
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
〈実施例〉
本発明の１実施例について第１図とともに説明する。ｎ
型ＧａＡｓ基板ｌ上にｎ型Ｇ ａ Ａ Ｌ Ａ ５２２
７１層２、ノンドープＧａＡＳ活性層３、ｐ型Ｇ ａ
ＡｔＡ ｓバッファ層９、ｐ型ＩｎＧａＰＡｓ光ガイド
層４を液相エピタキシャル成長法により連続的に成長さ
せる。次に、光ガイド層４上にホトレジスト膜を塗布し
、紫外線レーザを用いた干渉露光により、周期２５０Ｏ
Ａでホトレジストの回折格子を形成する。これをマスク
として化学エツチングにより、光ガイド層４上に溝を刻
設し、ホトレジスト膜を除去する。以上によシ光ガイド
層４上に周期２５０ＯＡの凹凸状回折格子が形成される
。この表面に回折格子を備えた光ガイド層４上に同様の
液相エピタキシャル成長法によＩ）ｐ型ＧＩＡ７Ａｓク
ラッド層５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６を順次成長させ
た後、キャップ層６上及び基板１上にそれぞれＡ ｕ
＋ Ｇ ｅ ＋ Ｎ ＋等から成るｎ側及びｐ側オーミ
ック性電極７，８を形成する。活性層３の厚さは約０．
１μｍ１バツフア層９の厚さは約０．２μｍ１光ガイド
層４の厚さは約０．３μｍ程度とする。パラフグ層９と
元ガイド層４の厚さは総計で０．５μｍ程度以下にする
ことが望ましい。
型ＧａＡｓ基板ｌ上にｎ型Ｇ ａ Ａ Ｌ Ａ ５２２
７１層２、ノンドープＧａＡＳ活性層３、ｐ型Ｇ ａ
ＡｔＡ ｓバッファ層９、ｐ型ＩｎＧａＰＡｓ光ガイド
層４を液相エピタキシャル成長法により連続的に成長さ
せる。次に、光ガイド層４上にホトレジスト膜を塗布し
、紫外線レーザを用いた干渉露光により、周期２５０Ｏ
Ａでホトレジストの回折格子を形成する。これをマスク
として化学エツチングにより、光ガイド層４上に溝を刻
設し、ホトレジスト膜を除去する。以上によシ光ガイド
層４上に周期２５０ＯＡの凹凸状回折格子が形成される
。この表面に回折格子を備えた光ガイド層４上に同様の
液相エピタキシャル成長法によＩ）ｐ型ＧＩＡ７Ａｓク
ラッド層５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６を順次成長させ
た後、キャップ層６上及び基板１上にそれぞれＡ ｕ
＋ Ｇ ｅ ＋ Ｎ ＋等から成るｎ側及びｐ側オーミ
ック性電極７，８を形成する。活性層３の厚さは約０．
１μｍ１バツフア層９の厚さは約０．２μｍ１光ガイド
層４の厚さは約０．３μｍ程度とする。パラフグ層９と
元ガイド層４の厚さは総計で０．５μｍ程度以下にする
ことが望ましい。
上記実施例において、活性層３はＧ ａ Ａ、 Ｓより
成っているため、Ｇａ１□ＡｔｘＡＳクラッド層２．５
の混晶比はＸ≧０．２の範囲で設定されており、発振波
長は約８８０ ｎｍであふ。また光ガイド層４はＩｎ、
−、Ｇａ、ＰＩ ｚ”’ｚ混晶より成り、０．６８≦ｙ
≦１゜０．３４≦Ｚ≦Ｉ ｚ＝２．０４ｙ−１，０４
の範囲で選択され、禁制帯幅及び屈折率が活性層３とク
ラッド層２．５の中間の値となるように設定される。バ
ッファ層９はＧａｌ−ＸＡｔＸＡｓよりなシ、混晶比Ｘ
はバッフ１層９の禁制帯幅が活性層３と光ガイド層４の
中間あるいは光ガイド層４と同等な値となるように設定
される。
成っているため、Ｇａ１□ＡｔｘＡＳクラッド層２．５
の混晶比はＸ≧０．２の範囲で設定されており、発振波
長は約８８０ ｎｍであふ。また光ガイド層４はＩｎ、
−、Ｇａ、ＰＩ ｚ”’ｚ混晶より成り、０．６８≦ｙ
≦１゜０．３４≦Ｚ≦Ｉ ｚ＝２．０４ｙ−１，０４
の範囲で選択され、禁制帯幅及び屈折率が活性層３とク
ラッド層２．５の中間の値となるように設定される。バ
ッファ層９はＧａｌ−ＸＡｔＸＡｓよりなシ、混晶比Ｘ
はバッフ１層９の禁制帯幅が活性層３と光ガイド層４の
中間あるいは光ガイド層４と同等な値となるように設定
される。
活性層３をＧａ、□ＡｔＸＡｓとしその混晶比を０≦ｘ
≦０．４の範囲内で変動させるかまたは活性層３へＺｎ
、Ｓｉ等をドーピングすることにより波長８９０〜６６
０ｎｍの範囲のレーザ発振が得られる。
≦０．４の範囲内で変動させるかまたは活性層３へＺｎ
、Ｓｉ等をドーピングすることにより波長８９０〜６６
０ｎｍの範囲のレーザ発振が得られる。
この場合、Ｇａ１−エんへＡｓクラッド層２．５の混晶
比は活性層３よりも高く０．２≦ｘ≦１の範囲内で活性
層３に対して禁制帯幅が０．３ ｅ Ｖ以上高くなるよ
うに設定する。光ガイド層４、バッフ７層９の禁制帯幅
も活性層３の禁制帯幅に応じて決定される。
比は活性層３よりも高く０．２≦ｘ≦１の範囲内で活性
層３に対して禁制帯幅が０．３ ｅ Ｖ以上高くなるよ
うに設定する。光ガイド層４、バッフ７層９の禁制帯幅
も活性層３の禁制帯幅に応じて決定される。
即ち、活性層３、バッフ１層９、元ガイド層４、クラッ
ド層２，５の禁制帯幅をそれぞれＥ３＋Ｅ９＋Ｅ４．Ｅ
ｚ、５とすると、これらの間には、Ｅ３＜Ｅ９≦Ｅ４＜
Ｅｚ、５ｓ Ｅｚ、５ Ｅ３≧０．３ｅＶ。
ド層２，５の禁制帯幅をそれぞれＥ３＋Ｅ９＋Ｅ４．Ｅ
ｚ、５とすると、これらの間には、Ｅ３＜Ｅ９≦Ｅ４＜
Ｅｚ、５ｓ Ｅｚ、５ Ｅ３≧０．３ｅＶ。
の関係が成立する。
本実施例においては、Ｇａ １−ｘＡＡｘＡｓ （０≦
ｘ≦０．４）活性層３とＩｎＧａＰＡｓ光ガイド層４と
の間にＧ ａ Ａ Ｌ Ａ ｓバッファ層９を挿入して
おり、活性層３とバッフ７層９の材料の結晶構造は同一
で結晶格子間隔もほとんど等しいため、活性層３とバッ
フ７層９の熱膨張係数の差は小さく当然格子不整合も小
さいため、界面準位の原因となる格子欠陥も少なくなる
。一方、バッファ層９と光ガイド層４との間にはかなり
の格子不整合が存在するが、発光に直接関与する界面で
はないため素子特性に与える影響は微少である。
ｘ≦０．４）活性層３とＩｎＧａＰＡｓ光ガイド層４と
の間にＧ ａ Ａ Ｌ Ａ ｓバッファ層９を挿入して
おり、活性層３とバッフ７層９の材料の結晶構造は同一
で結晶格子間隔もほとんど等しいため、活性層３とバッ
フ７層９の熱膨張係数の差は小さく当然格子不整合も小
さいため、界面準位の原因となる格子欠陥も少なくなる
。一方、バッファ層９と光ガイド層４との間にはかなり
の格子不整合が存在するが、発光に直接関与する界面で
はないため素子特性に与える影響は微少である。
ｎ側及びｐ側電極７，８を介して電流を注入すると、活
性層３でレーザ発振が開始される。レーザ発振の共振方
向は図の左右方向に対応し、注入された電流は周知の内
部ストライプ構造により帯状の電流通′路に集束され、
この電流通路に対応する活性層３の端面より図中に矢印
で示す如くレーザ光が放射される。発振波長は回折格子
の周期によって定まり、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単−縦モードの安
定なレーザ発振が得られる。従って、長距離光通信や計
測制御用の光源等として利用する場合に精度が高く維持
され、非常に優れたレーザ光源となる。
性層３でレーザ発振が開始される。レーザ発振の共振方
向は図の左右方向に対応し、注入された電流は周知の内
部ストライプ構造により帯状の電流通′路に集束され、
この電流通路に対応する活性層３の端面より図中に矢印
で示す如くレーザ光が放射される。発振波長は回折格子
の周期によって定まり、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単−縦モードの安
定なレーザ発振が得られる。従って、長距離光通信や計
測制御用の光源等として利用する場合に精度が高く維持
され、非常に優れたレーザ光源となる。
尚、上記実施例は分布帰還形半導体レーザ素子について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
分布ブラッグ反射形半導体レーザ素子等地の素子にも適
用可能である。
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
分布ブラッグ反射形半導体レーザ素子等地の素子にも適
用可能である。
〈発明の効果ン
以上詳説した如く本発明によれば、ＧａＡｌＡｓ系活性
層とＩｎＧａＰＡｓ系光ガイド層との間にＧ ａ Ａ
ｔＡ Ｓ バッファ層を挿入することにより、活性層界
面で非発光中心となる格子欠陥を減少させ、素子特性及
び信頼性に優れた分布帰還形または分布ブラッグ反射形
等の半導体レーザ素子を得ることができる。
層とＩｎＧａＰＡｓ系光ガイド層との間にＧ ａ Ａ
ｔＡ Ｓ バッファ層を挿入することにより、活性層界
面で非発光中心となる格子欠陥を減少させ、素子特性及
び信頼性に優れた分布帰還形または分布ブラッグ反射形
等の半導体レーザ素子を得ることができる。
第１図は本発明の１実施例を説明する分布帰還形半導体
レーザ素子の共振方向に平行な方向で切断した断面図で
ある。第２図は従来の分布帰還形半導体レーザの断面図
である。 １−ｎ−Ｇａｆｉｓ基板、２−ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッ
ド層、３・・・ノンドープＧａＡｓ活性層、４・・・ｐ
−ｒｎＧａＰＡｓ光ガイド層、５− ｐ −Ｇ ；Ｉ
Ａ４Ａ ｓクラッド層、６・・・ｐ−ＧａＡＳキャッ
プ層、７・・・ｎ側オーミック電極、８・・・ｐ側止−
ミック電極、９・・−ｐ−ＧａＡ４Ａｓバッフ１層。
レーザ素子の共振方向に平行な方向で切断した断面図で
ある。第２図は従来の分布帰還形半導体レーザの断面図
である。 １−ｎ−Ｇａｆｉｓ基板、２−ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッ
ド層、３・・・ノンドープＧａＡｓ活性層、４・・・ｐ
−ｒｎＧａＰＡｓ光ガイド層、５− ｐ −Ｇ ；Ｉ
Ａ４Ａ ｓクラッド層、６・・・ｐ−ＧａＡＳキャッ
プ層、７・・・ｎ側オーミック電極、８・・・ｐ側止−
ミック電極、９・・−ｐ−ＧａＡ４Ａｓバッフ１層。
Claims (1)
- １、Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．４）
から成るレーザ発振用活性層とＩｎ＿１＿−＿ｙＧａ＿
ｙＰ＿１＿−＿ｚＡｓ＿ｚ（ｚ＝２．０４ｙ−１．０４
、０≦ｚ≦１）から成る回折格子の形成された光ガイド
層との間に禁制帯幅が前記活性層のそれより大きく前記
光ガイド層のそれ以下であるＧａＡｌＡｓから成るバッ
ファ層を挿入したことを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60033603A JPS61190994A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体レ−ザ素子 |
| DE8686301095T DE3680356D1 (de) | 1985-02-19 | 1986-02-18 | Halbleiterlaser-vorrichtung. |
| EP86301095A EP0192451B1 (en) | 1985-02-19 | 1986-02-18 | A semiconductor laser device |
| US06/830,864 US4745616A (en) | 1985-02-19 | 1986-02-19 | Semiconductor laser device with a diffraction grating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60033603A JPS61190994A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61190994A true JPS61190994A (ja) | 1986-08-25 |
| JPH0248151B2 JPH0248151B2 (ja) | 1990-10-24 |
Family
ID=12391051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60033603A Granted JPS61190994A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4745616A (ja) |
| EP (1) | EP0192451B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61190994A (ja) |
| DE (1) | DE3680356D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0240984A (ja) * | 1988-07-30 | 1990-02-09 | Tokyo Univ | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6318686A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-26 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JP2659199B2 (ja) * | 1987-11-11 | 1997-09-30 | 日本電気株式会社 | 可変波長フィルタ |
| DE3809609A1 (de) * | 1988-03-22 | 1989-10-05 | Siemens Ag | Laserdiode zur erzeugung streng monochromatischer laserstrahlung |
| US4904045A (en) * | 1988-03-25 | 1990-02-27 | American Telephone And Telegraph Company | Grating coupler with monolithically integrated quantum well index modulator |
| DE69220303T2 (de) * | 1991-07-24 | 1998-01-02 | Sharp Kk | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkoppelung |
| EP1130726A3 (en) * | 2000-01-28 | 2003-04-23 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser device and multi-wavelength laser array |
| TW201029218A (en) * | 2009-01-16 | 2010-08-01 | Univ Nat Central | Optical diode structure and manufacturing method |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51146196A (en) * | 1975-06-11 | 1976-12-15 | Hitachi Ltd | Diode laser |
| JPS5627987A (en) * | 1979-08-15 | 1981-03-18 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Semiconductor laser |
| JPS58197788A (ja) * | 1982-05-13 | 1983-11-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布帰還形半導体レ−ザ装置の製造方法 |
| JPS60145685A (ja) * | 1984-01-09 | 1985-08-01 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レ−ザ |
-
1985
- 1985-02-19 JP JP60033603A patent/JPS61190994A/ja active Granted
-
1986
- 1986-02-18 DE DE8686301095T patent/DE3680356D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-02-18 EP EP86301095A patent/EP0192451B1/en not_active Expired
- 1986-02-19 US US06/830,864 patent/US4745616A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0240984A (ja) * | 1988-07-30 | 1990-02-09 | Tokyo Univ | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0248151B2 (ja) | 1990-10-24 |
| DE3680356D1 (de) | 1991-08-29 |
| EP0192451B1 (en) | 1991-07-24 |
| EP0192451A2 (en) | 1986-08-27 |
| EP0192451A3 (en) | 1987-10-14 |
| US4745616A (en) | 1988-05-17 |
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