JPS61218190A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS61218190A JPS61218190A JP5824185A JP5824185A JPS61218190A JP S61218190 A JPS61218190 A JP S61218190A JP 5824185 A JP5824185 A JP 5824185A JP 5824185 A JP5824185 A JP 5824185A JP S61218190 A JPS61218190 A JP S61218190A
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- Japan
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- active layer
- semiconductor
- laser device
- semiconductor laser
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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
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- 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）
この発明は縦モード及び横モード共に単一のレーザ光を
発振する半導体レーザ装置に関するものである。
発振する半導体レーザ装置に関するものである。
（従来の技術）
従来、縦モード及び横モードが単一のレーザ光を発振す
る半導体レーザ装置は第３図に示すように活性層ｌが禁
制帯幅の広い半導体弘によって囲まれた埋込み型へテロ
構造であって、活性層ｌの上または下に回折格子３を有
する光導波路２を設けた分布帰還型となっている。
る半導体レーザ装置は第３図に示すように活性層ｌが禁
制帯幅の広い半導体弘によって囲まれた埋込み型へテロ
構造であって、活性層ｌの上または下に回折格子３を有
する光導波路２を設けた分布帰還型となっている。
（発明が解決しようとする問題点）
この分布帰還型埋込みへテロ構造は非常に複・雑であっ
て、製造には高度の技術を要するので、下記の如き事態
がしばしば起り、製品の歩留りが悪い。
て、製造には高度の技術を要するので、下記の如き事態
がしばしば起り、製品の歩留りが悪い。
（１）基板結晶上に回折格子がうまく形成しない。
（１１） 基板上に形成した回折格子が液相成長のと
きに壊れる。
きに壊れる。
（冊 化学エツチングでのストライプ幅の制御が困離で
ある。
ある。
翰 活性層の埋込みのための半導体が再現性良く成長し
ない。
ない。
（ｖ）屈折率が周期的に変るため、ブラッグ条件から少
しずれた二つの発振波長を持つことになるが、どちらの
発振波長で発振するか予測することができない。
しずれた二つの発振波長を持つことになるが、どちらの
発振波長で発振するか予測することができない。
この発明の目的は製造が容易で再現性が優へ従来の分布
帰還型埋込みへテロ構造と実質的に同じ性能を備え、発
振波長を予測することのできる半導体レーザ装置を提供
することにある。
帰還型埋込みへテロ構造と実質的に同じ性能を備え、発
振波長を予測することのできる半導体レーザ装置を提供
することにある。
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成するため、この発明は組成の異なる二種
の化合物半導体極薄膜を交互に三層以上積み重ねて構成
した多重量子井戸型構造を活性層とする半導体レーザ装
置において、活性層の中央ストライプ状領域を除く左右
の両領域を二種の化合物半導体の平均組成の半導体で構
成し、活性層の発光領域となるストライプ状領域の上部
または下部に導電体層を設け、左右の平均組成の両領域
の上部または下部に半絶縁体層を設けたことを特徴とす
る半導体レーザ装置を提供する。発光領域となる活性層
の中央ストライプ状領域は、必要に応じて、量子井戸型
構造と構成する二種の化合物半導体の平均組成構造とが
所定の周期で分布するように構成する。
の化合物半導体極薄膜を交互に三層以上積み重ねて構成
した多重量子井戸型構造を活性層とする半導体レーザ装
置において、活性層の中央ストライプ状領域を除く左右
の両領域を二種の化合物半導体の平均組成の半導体で構
成し、活性層の発光領域となるストライプ状領域の上部
または下部に導電体層を設け、左右の平均組成の両領域
の上部または下部に半絶縁体層を設けたことを特徴とす
る半導体レーザ装置を提供する。発光領域となる活性層
の中央ストライプ状領域は、必要に応じて、量子井戸型
構造と構成する二種の化合物半導体の平均組成構造とが
所定の周期で分布するように構成する。
（作用）
上述のように活性層の中央ストライプ状領域を除く左右
の両領域が量子井戸型構造を構成している二種の化合物
半導体の平均組成となった。
の両領域が量子井戸型構造を構成している二種の化合物
半導体の平均組成となった。
半導体で構成しているため、ストライプ状領域より屈折
率が小さくなって、光導波路が形成され、光の横モード
が制御される。また、上記平均組成の半導体で構成され
た左右の両領域の上部または下部に半絶縁体層を設ける
ことによって埋込み型構造と同じように流れる電流が発
光領域へ集中し、閾値電流が小さくなる。更に、中央ス
トライプ状活性層に不純物イオンを周期的に打込んで量
子井戸型構造と二種の化合物半導体の平均組成構造が交
互に分布するように構成することにより、平均組成構造
では利得がなく、周期的に利得が生じることになる。こ
の周期がλｏ／２ｎ、 （λ０：発振波長、町：屈折率
）の整・数倍になると、ブラッグ条件によりλ０の波長
のみが発振し、縦モードが単一となる。このように活性
層を分布帰還型とすることにより、直流動作時だけでな
く、高速変調時でも縦モードが単一となり、光通信に適
した半導体レーザ装置となる。
率が小さくなって、光導波路が形成され、光の横モード
が制御される。また、上記平均組成の半導体で構成され
た左右の両領域の上部または下部に半絶縁体層を設ける
ことによって埋込み型構造と同じように流れる電流が発
光領域へ集中し、閾値電流が小さくなる。更に、中央ス
トライプ状活性層に不純物イオンを周期的に打込んで量
子井戸型構造と二種の化合物半導体の平均組成構造が交
互に分布するように構成することにより、平均組成構造
では利得がなく、周期的に利得が生じることになる。こ
の周期がλｏ／２ｎ、 （λ０：発振波長、町：屈折率
）の整・数倍になると、ブラッグ条件によりλ０の波長
のみが発振し、縦モードが単一となる。このように活性
層を分布帰還型とすることにより、直流動作時だけでな
く、高速変調時でも縦モードが単一となり、光通信に適
した半導体レーザ装置となる。
（実施例）
この発明を図示の一実施例に基いて説明すると、／ｌは
基板結晶であって、基板結晶ｉｉの上には外型下部クラ
ッド層／ｊを介して活性層が設けられている。活性層の
発光領域となる中央ストライプ状領域／２は二元系、三
元系、または四元系の組成の異なる二種の化合物半導体
極薄膜を交互に三層以上積み重ねた多重量子井戸型構造
であって、発光領域を除いた左右の両領域１３は量子井
戸型を構成する二種の化合物半導体の平均組成の半導体
である。また、中央ストライプ状領域ｌλは必要に応じ
て、所定の周期で二種の化合物半導体の平均組成とした
半導体／ｌＩを縦方向に分布させる。
基板結晶であって、基板結晶ｉｉの上には外型下部クラ
ッド層／ｊを介して活性層が設けられている。活性層の
発光領域となる中央ストライプ状領域／２は二元系、三
元系、または四元系の組成の異なる二種の化合物半導体
極薄膜を交互に三層以上積み重ねた多重量子井戸型構造
であって、発光領域を除いた左右の両領域１３は量子井
戸型を構成する二種の化合物半導体の平均組成の半導体
である。また、中央ストライプ状領域ｌλは必要に応じ
て、所定の周期で二種の化合物半導体の平均組成とした
半導体／ｌＩを縦方向に分布させる。
上述の活性層に二種の化合物半導体の平均組成の半導体
を形成する方法の一例について述べると、多重量子井戸
型構造を形成したら、第２図に示すように、Ｓｉイオン
を集束イオンビームを用いて所定の位置に選択的に打込
み、熱処理すると量子井戸型構造が壊れて二種の化合物
半導体の平均的な組成の半導体となり、多重量子井戸型
構造よりも屈折率が小さくなる。第２図において、中央
ストライプ状領域／Ｊの一方の端部／＠’にも不純物イ
オンを打込み平均的組成としているのは、７アプリペロ
ーモードを防ぐためである。
を形成する方法の一例について述べると、多重量子井戸
型構造を形成したら、第２図に示すように、Ｓｉイオン
を集束イオンビームを用いて所定の位置に選択的に打込
み、熱処理すると量子井戸型構造が壊れて二種の化合物
半導体の平均的な組成の半導体となり、多重量子井戸型
構造よりも屈折率が小さくなる。第２図において、中央
ストライプ状領域／Ｊの一方の端部／＠’にも不純物イ
オンを打込み平均的組成としているのは、７アプリペロ
ーモードを防ぐためである。
上記活性層の中央ストライプ状領域１２の量子井戸型構
造領域では利得が生じ、不純物イオンを打込んだ領域／
ｌＩでは利得が生じないため、この周期がλｏ／２％ｔ
の整数倍とするとλＯの波長のみが発振することになる
。この周期は８０００ Ａ位の発振波長であると２００
０〜３０００ Ａ位となるが、上述の集束イオンビーム
を用いて不純物イオンを打込むことにより容易に且つ正
確に形成することができる。
造領域では利得が生じ、不純物イオンを打込んだ領域／
ｌＩでは利得が生じないため、この周期がλｏ／２％ｔ
の整数倍とするとλＯの波長のみが発振することになる
。この周期は８０００ Ａ位の発振波長であると２００
０〜３０００ Ａ位となるが、上述の集束イオンビーム
を用いて不純物イオンを打込むことにより容易に且つ正
確に形成することができる。
活性層の上面には導電性ｐ型半導体層／６があり、活性
層の左右の両領域１３上の半導体領域１７は半絶縁性で
あって、流れる電流を中央ストライプ状領域／２へ集中
させることになる。この半導体層１６は図示の実施例で
は活性層の上面に設けであるが、活性層の下面に設けて
も同じ効果が生じる。
層の左右の両領域１３上の半導体領域１７は半絶縁性で
あって、流れる電流を中央ストライプ状領域／２へ集中
させることになる。この半導体層１６は図示の実施例で
は活性層の上面に設けであるが、活性層の下面に設けて
も同じ効果が生じる。
ｐ型半導体層ｌ乙の上にはｐｍ上部クラット′層／Ｊ’
ｓｐ型半導体層１９が存在し、基板結晶／ｌの底面及び
ｐｍ半導体層／９上面にはそれぞれ電極２０゜２／が設
けられ、半導体レーザ装置を構成する。
ｓｐ型半導体層１９が存在し、基板結晶／ｌの底面及び
ｐｍ半導体層／９上面にはそれぞれ電極２０゜２／が設
けられ、半導体レーザ装置を構成する。
上述の半導体レーザ装置の電極λ０，２／より電流を供
給すると、活性層の左右両頭域１３上面には半絶縁体層
１７が存在するので、電流は中央ストライプ状領域１２
に集中して流れ、発光を開始する。中央ストライプ状領
域／２の両側は屈折率の小さい半導体／３で構成されて
いるため光の横モードが制御される。また中央ストライ
プ状領域／２には利得のある領域と無い領域が周期的に
分布しているので、屈折率が周期的に変化している従来
の分布帰還型半導体レーザ装置の場合、ブラッグ回折に
近い二つの波長で発振可能であるが、本発明の半導体レ
ーザ装置ではブラッグ回折の波長でのみ発振することに
なる。
給すると、活性層の左右両頭域１３上面には半絶縁体層
１７が存在するので、電流は中央ストライプ状領域１２
に集中して流れ、発光を開始する。中央ストライプ状領
域／２の両側は屈折率の小さい半導体／３で構成されて
いるため光の横モードが制御される。また中央ストライ
プ状領域／２には利得のある領域と無い領域が周期的に
分布しているので、屈折率が周期的に変化している従来
の分布帰還型半導体レーザ装置の場合、ブラッグ回折に
近い二つの波長で発振可能であるが、本発明の半導体レ
ーザ装置ではブラッグ回折の波長でのみ発振することに
なる。
次にこの発明の半導体レーザ装置の製造方法の一例につ
いて述べると、外型ＧａＡｓ基板結晶（８４）’−２、
キー？ ＩＪ ７濃度： ２ Ｘ １０”ｃｍ−りの上
に分子線結晶成長法で外型Ｇα。、６ Ａ４）、４ Ａ
ｓ層（８（ドープ、キャリア濃度： Ｉ Ｘ １０”ｉ
″１）を３μｍエピタキシャル成長する。続いてアンド
−１１００μｍ厚のＧａＡｓ層５層とアンドープ６０μ
ｍ厚のＧα。、。
いて述べると、外型ＧａＡｓ基板結晶（８４）’−２、
キー？ ＩＪ ７濃度： ２ Ｘ １０”ｃｍ−りの上
に分子線結晶成長法で外型Ｇα。、６ Ａ４）、４ Ａ
ｓ層（８（ドープ、キャリア濃度： Ｉ Ｘ １０”ｉ
″１）を３μｍエピタキシャル成長する。続いてアンド
−１１００μｍ厚のＧａＡｓ層５層とアンドープ６０μ
ｍ厚のＧα。、。
Ａｌ１．！Ａｍ ＪｌＡ層を交互に成長し、量子井戸型
構造とする。
構造とする。
ここで結晶の成長を止め、分子線結晶成長装置と超高真
空中で接続している集束イオンビーム打込み装置へ結晶
を移動し、Ｓｉイオンを量子井戸型構造層へ打込む。Ｓ
１イオンの打込みドース量は２ Ｘ １０ｍ４ａｎ′″
２、加速電圧は２００ ｋｍＶ 、集束イオンのビーム
径は０．１μｍである。中央ストライプ領域の幅は３μ
扉であって、周期構造をある部分の長さは３００μｍ１
周期構造の無い部分の長さは１００μｔｎＳＳ４イオン
を打込む周期は２４００人である。上述のＳｉイオンの
打込みによって、第２図に示した構造の結晶となる。
空中で接続している集束イオンビーム打込み装置へ結晶
を移動し、Ｓｉイオンを量子井戸型構造層へ打込む。Ｓ
１イオンの打込みドース量は２ Ｘ １０ｍ４ａｎ′″
２、加速電圧は２００ ｋｍＶ 、集束イオンのビーム
径は０．１μｍである。中央ストライプ領域の幅は３μ
扉であって、周期構造をある部分の長さは３００μｍ１
周期構造の無い部分の長さは１００μｔｎＳＳ４イオン
を打込む周期は２４００人である。上述のＳｉイオンの
打込みによって、第２図に示した構造の結晶となる。
この結晶を分子線結晶成長装置へ戻し、活性層の上にｐ
型Ｇα。、。鳩、４ Ａｓ層（Ｂｇドープ、キャリア濃
度：ｌＸ１０”の−１）を０．２μｍ成長し、再び集束
イオンビーム打込み装置へ移動してＢイオンを上述のｐ
型ＧａＡＬＡｓ層の中央ストライプ領域の周期構造のな
い部分に対応する領域全面に打込む。Ｂイオン打込みド
ース量は２ Ｘ １０”！−”、加速電圧は２００ Ｊ
ｃａＶ 、集束イオンのビーム径は０．１μｍである。
型Ｇα。、。鳩、４ Ａｓ層（Ｂｇドープ、キャリア濃
度：ｌＸ１０”の−１）を０．２μｍ成長し、再び集束
イオンビーム打込み装置へ移動してＢイオンを上述のｐ
型ＧａＡＬＡｓ層の中央ストライプ領域の周期構造のな
い部分に対応する領域全面に打込む。Ｂイオン打込みド
ース量は２ Ｘ １０”！−”、加速電圧は２００ Ｊ
ｃａＶ 、集束イオンのビーム径は０．１μｍである。
この結晶は再度分子線結晶成長装置へ戻し、この上にｐ
型Ｇ勉＠ Ａ４１，４ Ａｓ層（Ｂ−ドープ、キャリア
濃度： Ｉ Ｘ １０”ｃＩｎ−”）を１ｐｍ、続いて
ｐ型Ｇａｂ層Ｂ＃ドープ、キャリア濃度： Ｉ Ｘ １
０”５１″″１）を１μｍエピタキシャル成長する。
型Ｇ勉＠ Ａ４１，４ Ａｓ層（Ｂ−ドープ、キャリア
濃度： Ｉ Ｘ １０”ｃＩｎ−”）を１ｐｍ、続いて
ｐ型Ｇａｂ層Ｂ＃ドープ、キャリア濃度： Ｉ Ｘ １
０”５１″″１）を１μｍエピタキシャル成長する。
このようにして形成した結晶はｂ圧（１気圧）を掛けて
閉管法で６７５℃、４時間熱処理する。
閉管法で６７５℃、４時間熱処理する。
この熱処理により活性層の多重量子井戸型構造の８４イ
オンを打込んだ領域が壊れ、平均的組成のＧＩＸＡｔＡ
Ｊ層となる。またｐ型ＧａＡＬＡｓ層のＢイオンを打込
んだ領域のイオン打込みにより生じた欠陥は消え、半絶
縁体層となる。最後に両面に電極を付け、所定の長さに
切り出せば第１図に示した半導体レーザ装置となる。
オンを打込んだ領域が壊れ、平均的組成のＧＩＸＡｔＡ
Ｊ層となる。またｐ型ＧａＡＬＡｓ層のＢイオンを打込
んだ領域のイオン打込みにより生じた欠陥は消え、半絶
縁体層となる。最後に両面に電極を付け、所定の長さに
切り出せば第１図に示した半導体レーザ装置となる。
この半導体レーザ装置は縦横ともに単一モードであり、
閾電流値は８鮎で発振波長は８４００Ａであった。
閾電流値は８鮎で発振波長は８４００Ａであった。
（発明の効果）
この発明は活性層の中央ストライプ領域は屈折率の小さ
い半導体領域に挟まれているため、光の横方向の閉じ込
めが充分に行われ、製造工程が簡略化されたため製作歩
留が約ＳＯＸと従来の構造の半導体レーザ装置の歩留約
１ＯＮに較べて著しく向上する。
い半導体領域に挟まれているため、光の横方向の閉じ込
めが充分に行われ、製造工程が簡略化されたため製作歩
留が約ＳＯＸと従来の構造の半導体レーザ装置の歩留約
１ＯＮに較べて著しく向上する。
第１図はこの発明の半導体レーザ装置の一例を示し、一
部を切欠いた状態の斜面図、第２図は第１図の半導体レ
ーザ装置の活性層を示す斜視図、第３図は従来の分布帰
還型埋込み構造の半導体レーザ装置の一部を切欠いた状
態の斜視図である。 ／／・・・基板結晶、／Ｊ・・・活性層の中央ストライ
プ領域、／Ｊ 、 ／ｌ・・・平均組成半導体層、／６
・・・導電体層、１７・・・半絶縁体層。
部を切欠いた状態の斜面図、第２図は第１図の半導体レ
ーザ装置の活性層を示す斜視図、第３図は従来の分布帰
還型埋込み構造の半導体レーザ装置の一部を切欠いた状
態の斜視図である。 ／／・・・基板結晶、／Ｊ・・・活性層の中央ストライ
プ領域、／Ｊ 、 ／ｌ・・・平均組成半導体層、／６
・・・導電体層、１７・・・半絶縁体層。
Claims (2)
- （１）組成の異なる二種の化合物半導体極薄膜を交互に
三層以上積み重ねて構成した多重量子井戸型構造を活性
層とする半導体レーザ装置において、 活性層の中央ストライプ状領域を除く左右 の両領域を二種の化合物半導体の平均組成の半導体で構
成し、該活性層のストライプ状領域の上部または下部に
導電体層を設け、左右の平均組成の両領域の上部または
下部に半絶縁体層を設けたことを特徴とする半導体レー
ザ装置。 - （２）活性層の中央ストライプ状領域は量子井戸型構造
と二種の化合物半導体の平均組成構造とが周期的に分布
して構成していることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5824185A JPS61218190A (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5824185A JPS61218190A (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61218190A true JPS61218190A (ja) | 1986-09-27 |
| JPH0138389B2 JPH0138389B2 (ja) | 1989-08-14 |
Family
ID=13078609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5824185A Granted JPS61218190A (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61218190A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01246891A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-02 | Canon Inc | 分布帰還型半導体レーザ及び分布帰還型半導体レーザの作成方法 |
| WO2002067392A1 (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-29 | The University Court Of The University Of Glasgow | Semiconductor laser comprising a plurality of optically active regions |
-
1985
- 1985-03-25 JP JP5824185A patent/JPS61218190A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01246891A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-02 | Canon Inc | 分布帰還型半導体レーザ及び分布帰還型半導体レーザの作成方法 |
| WO2002067392A1 (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-29 | The University Court Of The University Of Glasgow | Semiconductor laser comprising a plurality of optically active regions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0138389B2 (ja) | 1989-08-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |