JPS6136987A - 光検出器付分布帰還形半導体レ−ザ - Google Patents

光検出器付分布帰還形半導体レ−ザ

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JPS6136987A
JPS6136987A JP15982284A JP15982284A JPS6136987A JP S6136987 A JPS6136987 A JP S6136987A JP 15982284 A JP15982284 A JP 15982284A JP 15982284 A JP15982284 A JP 15982284A JP S6136987 A JPS6136987 A JP S6136987A
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JP
Japan
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laser
semiconductor laser
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JP15982284A
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Shigeru Murata
茂 村田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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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
    • 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
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光検出器付分布帰還形手導体レーザに関う゛る
(従来技術とその問題点) 近年、光フアイバ通信を始めとして#導体レーザの重装
性線ま寸ます高まっている。一般に半導体レーザは、牝
に周囲温度によって光出力將栢が大きく変化するために
、実際にこれを使用する場合には光出力の一部をモニタ
して適当ガンイードバックにより光出力を安定化させる
必要がある。
このために通常半導体レーザにモニタ用の光検出器(以
下PDという)を組合せて用いていた。したがって、半
導体レーザとPDが同一基板上に集積化された素子があ
れば、価格や信頼性等の点から非常に有利となる。
従来、半導体レーザとPDの集積化は数多く試みられて
いたが、通常のファブリベロー形レーザを用いた場合に
平坦な端面を必要とするためその製作が極めて困難であ
った。これは、平坦なレーザ端面を形成するだめのエツ
チングが難しいためであり、これまで通常のへき開を利
用したレーザと比べて十分な豹性が得られていなかった
一方、分布帰還形半導体レーザ(以下DFBレーザとい
う)や分布反射形半導体レーザでは、原理的rコ平坦々
端面を磨製とし彦いために、このような集積化において
は非常に有利となる。しかし、DFBレーザとPDを集
秩化しようとする場合、次のような問題点が生ずる。す
なわち、DFBレーザとPDの1.的な絶縁を大きくと
りながら、いか罠光学的な結合効率を大きくするがとい
う問題である。
例えば、第5図に示したように、DFBレーザ部20と
PD部22の電極10を分離しただけでは、光学的な結
合は良いが、電気的な分離はできない。それFi電極の
下の半導体層がつながっているため、DFBレーザに注
入した電流が結合部21を通してPD部22にもれてし
まうからである。
なお、第5図において、1はn形InP基版、2はn形
InGaAsP光ガイド層、3はInGaAsP活性層
、4tff、P形InPクラッド層、5はP形InGa
AsPキャップ層、15は光ガイド層に形成された回折
格子である。
このようなりFBレーザとPDを集積化する場合の問題
点を解決する方法として、舅6図に示すような方法が提
案されている(特願昭57−202680)。
この例ではDFBレーザ部20とPD部22は活性層3
および光ガイド層2まで除去された結合部21でつなが
っている3、このため、電気的な分離は非常に良い。し
かし、光学的には、レーザ光は図中に矢印で示したよう
に結合部21の溝部分を通してFD部22に入るか、あ
るいは基板側の電極で反射された後に入るために、レー
ザ光が広がってしまい、十分な結合効率が得られなかっ
た。
(発明の目的) 本発明の目的は、DF13レーザ部とPD部との電気的
な分離が十分にとれ、かつ光学的な結合効率が大きく、
さらに比較的簡単な方法で製作可能なFD付D I” 
Bレーザを提供することにある。
(発明の構成) 本発明の構成は、回折格子の形成された光ガイド層と活
性層とを有する分布NI還形半導体レしサおよび光検出
器を、それぞれ同一半導体基板上に集積化した光検出器
付分布帰還形半導体レーザにおいて、前記分布帰還形半
導体レーザと前記光検出器との間にこれらの光学的結合
を行う結合部を設け、この結合部は電極と前記活性層あ
るいをよ前記光ガイド層の上の半導体層を除去した構成
をとり、かつ前記結合部の活性層と前記分布帰還形半導
体レーザの発光領域とがほぼ同じ幅を有することを特徴
とする。
(実施例) 次に本発明を図面により詳細に説明する。
第1図(a)、[有])は本発明の実施例の基本構造を
示したDFBレーザの発光領域に沿った断面図′tSよ
びその平面図である。本実施例の番号で従来例と同一の
ものは同−構成賃素を示す。本実施例の従来例と異なる
点1ユ、結合部21の48導体層が活性層3の上まで除
去されていることと、結合部21の活性層3と光ガイド
層2とViDFBレーザ部20の発光領域25とほぼ同
じ幅を有することである。
この構造におい′C,は、光ガイド層2によってDFB
レーザ部20とPD部22とが結合しているために結合
効率が非常に良い。しかも、これらは電気的にはp形I
n Pクラ、ド/ii4からオートドーピングされた、
ごく薄<(=O,1μm)かつ幅の狭い(=2μyy+
)p形の活性層3だけでつながっているため、その間の
抵抗が大きい。実際、この部分の抵抗率を0.1Ω釧、
厚さを0.1μm2幅を2μm長さを20μmとすると
抵抗は100にΩとなる。
通常レーザの駆動電圧はIV程度であるから、PD部に
もれる電流は10μA程度となり、1mA程度の光電流
に対して1%以下となる。以上のように、この構造は光
の結合効率を減することなく、電気的な絶縁が可能であ
り、かつ簡単なフォトリソグラフィーとエツチングによ
って製作できるという利点を有している。この構造では
結合部21の活性/ii3を残しておいたが、活性層3
まで除去しても良い。この場合には結合効率は若干減少
するが電気的な絶縁はさらに大きくとれる。
第2図、第3図は本発明の第2.第3の実施例の断面図
であり、その動作原理は同じである。第2図においては
、結合部21およびFD部22の光ガイド層2に回折格
子15が形成されていない場合である。この場合は第1
図の構造よりも、結合部21における損失が小さくなり
、結合効率が良くなる。また、第3図においては、PD
部22に活性層3よりエネルギーキャップの小さな吸収
層30を設けた構造である。この場合は、結合効率が第
1図とほぼ同じあるが、PD部22におけるレーザ光の
吸収が太きいため、大きな光電流がとれ、そのためPD
部の長さを短くすることもできる。
(具体例) 第4図(a) 、 (b)は第1図の実施例の具体例を
示す斜視図およびそのA−A’断面図である。DFBレ
ーザ部20は、電流および光の閉じ込め方法として、二
重チャンネルプレーナ埋め込みへテロ(DC−PBH)
構造を使用している。
この実施例の製作法は次の通りである。まず、He−C
dレーザを用いた三光束干渉露光法によってn形InP
基板1の上に周期240nmの回折格子15を形成する
。次に、1回目の液相エピタキシャル成長法によってダ
ブルへテロ構造を作る。
すなわち、n形InQaAsP光ガイド層2(組成は発
光波長λgが1.3pmで、厚さ0.2 μtn ) 
、 InQaAsP活性層3(λ、=1.5511m厚
さ01μm)tp形InPクラッド[4(厚さ1μm)
を順次成長する。次に、DC−PBH構造を形成するが
、この構造については水戸らにより雑誌「エレクトロニ
クスeLzターズJ  (Electron、Lett
、(1982)953)等に報告されているので簡単に
説明する。
まず、ダプレヘテロ構造のウェーハにフォトリソクラフ
ィーとエツチングにより、2本の平行な溝31.32で
はさまれたメサ形の発光領域33を形成する。次に、2
回目の液相エピタキシャル成長法により、p形InPI
36.n形InPIiS 7t I’形InP層8?P
形InGaAsP$9 (2g = 1.2 Am )
を順次成長する。次に、pOillおよびn側の電極1
0゜11を形成した蕾、結合部21を形成する。この結
合部21Vi、まずp fill電極10の一部を除去
した後、H2SO,系のエツチング液によってp形In
GaAsP1ii9をエツチングし、つづいて、H(J
系のエツチング液でInP層を活性N43の上まで選択
エツチングする。次に中央のメサ領域33の上だけを歿
して溝の両側の活性層3と光ガイド層2を選択エツチン
グする。
第4図(b)H第4図(a)の破線人A’に沿った結合
部21の断面図であり、中央のメサ領域33だけに活性
1!t3と光ガイド層2が残っていることを示している
。結合部21の2本の溝31,32は、HCJ系の選択
エツチングり際にエツチングされて両側の部分より深く
なっている。この結合部21の長さけ30;tm、メサ
領域33の幅は1.5μmである。最後にDFBレーザ
部20およびPD部22の長さが、それぞれ300μ”
 * 200μmとなるようにして素子を切り出す。
この素子の特性は次の通りである。まず、結合部の抵抗
は300〜500にΩ、DFBレーザからのもれ電流は
5μA以下であった。このDFBレーザはしきい値電流
が20〜30?nAy前面からの光出力の外部微分量子
効率が15〜20%と良好な特性を示した。PDの光電
流はもれ電流が小さいために、光出力と良く比例してお
り、光出力1mWに対して0.9 m Aの光電流が得
られた。
これは70%以上の結合効率が得られ°Cいることを示
している。
この実施例では、電流および光の閉じ込め方法としてD
C−PBH構造の例を示したが、他のストライブ構造あ
るいは埋め込み構造でも本発明の構造が適用できること
はもちろんである。また、第2図、第3図の構造のPD
付DFBレーザでも、前述の各種の電流および光の閉じ
込め方法を適用した構造が可能であることは言うまでも
ない。
(発明の効果) 本発明のモノリシックに集積化されたPD付DFBレー
ザは、DFBレーザ部とPD部との効果的な電気的絶縁
と、高い結合効率を実現でき、かつ結合部は選択エツチ
ング法によって比較的容易に形成できる。さらに、埋め
込み構造を適用することによって、高性能のDFBレー
ザと高効率のPDを実現できる。このような集積化され
たPD付DFBレーザけ、価格力信頼性等の点で有用で
ある他光枦能素子としての応用も期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図fa) 、 (b)は本発明の一実施例の断面図
およびその千画図、第2図、第3図は本発明の第2およ
び第3の実施例の断面図、第4図(a) 、 (b)は
第1図の丈施例の具体例を示す斜視図およびそのAA’
断面図、第5図、第6図は従来のDFBレーザとFDと
の構成例を示す断面図である。図において1・・・・・
・半導体基板、2・・・・・・光ガイド層、3・・・・
・・活性層、4・・・・・・クラッド層、10,11・
・・−・・電極、15・・・・・・回折格子、20・・
・・・・DFBレーザ部、21・・・・・・結合部、2
2・・・・・・PD部、25・・・・・・発光領域、3
0・・・・・・吸収層、31,32・・・・・・2本の
平行な溝、33・・・・・・メサ状の発光領域であるっ 81区(72) ぞ尤角鍼゛

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 回折格子の形成された光ガイド層と活性層とを有する分
    布帰還形半導体レーザおよび光検出器を、それぞれ同一
    半導体基板上に集積化した光検出器付分布帰還形半導体
    レーザにおいて、前記分布帰還形半導体レーザと前記光
    検出器との間にこれらの光学的結合を行う結合部を設け
    、この結合部は電極と前記活性層あるいは前記光ガイド
    層の上の半導体層を除去した構成をとり、かつ前記結合
    部の活性層と前記分布帰還形半導体レーザの発光領域と
    がほぼ同じ幅を有することを特徴とする光検出器付分布
    帰還形半導体レーザ。
JP15982284A 1984-07-30 1984-07-30 光検出器付分布帰還形半導体レ−ザ Pending JPS6136987A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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