JPS6188584A - 位相シフト構造付分布帰還形半導体レ−ザ - Google Patents

位相シフト構造付分布帰還形半導体レ−ザ

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JPS6188584A
JPS6188584A JP59210724A JP21072484A JPS6188584A JP S6188584 A JPS6188584 A JP S6188584A JP 59210724 A JP59210724 A JP 59210724A JP 21072484 A JP21072484 A JP 21072484A JP S6188584 A JPS6188584 A JP S6188584A
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JP
Japan
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layer
diffraction grating
phase shift
type inp
type
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Pending
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JP59210724A
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Shigeru Murata
茂 村田
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NEC Corp
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NEC Corp
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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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    • H01S5/1243Construction 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 incorporating phase shifts by other means than a jump in the grating period, e.g. bent waveguides

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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】 (発明の分野) 本発明は分布帰還形半導体レーザに関
する。
(従来技術とその問題点] 光フアイバ通信において、
長距離・大容量化は重要な課題である。IQb/s 、
 100Kmを越えるような伝送システムを実現するた
めには、光ファイバの波長分散による伝送波形歪を避け
るため、光源としての半導体レーザには高速変調時lこ
も単一軸モード動作が要求される。この目的のために、
内部に波長選択のための回折格子を形成した分布帰還形
半導体レーザ(以下DFBレーサと略す)の研究・開発
か進められている。DFBレーザを実用化するためには
、素子特性の改良とともに、生産歩留りの向上が重要で
ある。しかしながら、DFEレーサでは、レーザの両端
面の反射がない場合、原理的にブラック波長の両側の軸
モードが同程度の発振しきい値を有するため、複数の軸
モードで発振しやすく、これが安定な単一軸モードで動
作する素子が得られる歩留り(以下単一軸モード歩留り
と略す〕を悪くする大きな原因の一つとなっていた。
従来、その対策として、板屋らが、昭和58年度電子通
信学会総合全国大会罰演論文集分冊4の944で報告し
ている様な、両端面の反射率を違えることにより、ブラ
ッグ波長の両側の軸モードの発振しきい値に差をつける
等の方法が用いられてきたが、この方法では、十分なし
きい値の差をつけることが困難であり、実用的なレベル
で十分な単一軸モート留歩りを得ることはできなかった
最近、他の方法として、DFBレーザ共振器のほぼ中央
部に、回折格子の位相が発振光の位相にしてπ/2.(
波長にして4分1波長)だけシフトする部分を設けるこ
とにより、ブラック波長での発振がb]能で、他の軸モ
ードとのしきい値の差が大きく安定な単一軸モード発振
を可能にする方法が提案され実験が行われた。(セカル
テジョ等、昭和59年度電子通信学会総合全国大会講演
論文集分冊4.1018)。位相シフト領域を設けたD
FBレーザの原理については、他にもいくつかの報告が
あるので詳しくは述べないが、例えはエレクトロニクス
レターズ誌(Electron、Lett、 20  
(1984)326−327)Jこ報告された宇高らの
計算によればレーザの中央部にπ/2の位相シフト部を
設けた素子では、両端面の反射がない場合、通常の位相
シフト領域をもたないものと比べて、しきい値が下り、
かつ発振軸モードと他の軸モートとのしきい値の差も2
倍程度大きくなり、単一軸モード発振しやすくなること
が明らかにされている。またこの効果は、端面の反射が
ある場合や、位相シフト部かレーザの中央部からずれて
いる場合、あるいは位相シフト[がπ/2から多少ずれ
”’c>る場合でも有効であり、単一軸モード発振しや
すいことか知られている。以上のようにこの方法は原理
的にしきい値の低い安定な単一軸モードか得られる非常
に有効な方法である。しかしながら、この方法は、回折
格子の位相をシフトさせる方法として電子ビーム露光を
行わなければならず、回折格子の作製に時間がかかるこ
とや、電子ビーム露光ζこよる回折格子の作製自体が、
まだ技術的に確立されていないため、量産性等の実用レ
ベルからみてDFBレーザの歩留り向上の目的に、使用
することは困難であった。一方、従来から行われている
2光束干渉露光法による回折格子の作製方法は、量産性
・再現性にすぐれているため、この方法を用いて、先に
述べた回折格子の位相シフトと同様な効果を実現できれ
ば、単一軸モード歩留りの良いDFBレーザをつくるこ
とが可能となる。
(発明の目的) 本発明の目的は、素子特性および単一
軸モード歩留りのすぐれたDFBレーザを提供すること
にある。
(発明の構成] 本発明によれば、半導体基板上に、活
性層と、一方の面に周期的凹凸形状の回折格子が形成さ
れた光力イト層とを含む半導体層が形成され、かつ共振
器のほぼ中央部に、前記光ガイド層の回折格子が除去さ
れてほぼ平坦となり、この平坦な部分の前記活性層と前
記光力イト層とを合せた層厚が厚くなっている領域を有
することを特徴とするDFBレーザが得られる。
(発明の原理) 本発明の原理を第1図によって説明す
る。この図はレーザ共振器方向の断面を表す。半導体基
板1の上に回折格子20(lを有する光力イト層2と活
性h3およQ・クラッド層4が形成されている。回折格
子200の一部は除去され平坦となっており、この部分
が位相シフト領域120となっている1、この位相シフ
ト領域120によって、先に述べた、回折格子の位相シ
フトと同様の効果か実現される。すなわち、回折番孔0
0のある領域の光導波路としての実効屈折率をNelと
すると、位相シフト領域120の実効屈折率Ne2は、
Nelとは一般に異なる。それは回折格子の有無によっ
て光力イト層2の平均的な厚さが異るためである。この
図の場合はNe2>Nelとなる。
したがって回折格子200の周期式に対応するブラック
波長λB(1次回折格子の場合はλB = 2ANe 
l)の光が、長さLの位相シフト領域120を通過した
とき、位相シフト領域120がない場合(すなわち回折
格子が続いている場合)と比べて光の位相φは だけ進むことになる。したがってL (Ne2−Net
 )の値、特にLの値を適当に選ぶことによりφ−π/
2が実現できる。このことは、セカルテジョらか電子ビ
ーム露光法で、回折格子の位相をπ/2だけシフトさせ
たものと実効的に同じ結果が得られることを示している
。本発明は第1図あるいは以下に述べる実施例から明ら
かなように、回折格子の一光法かそのま才使用できる。
このため高い歩留りで、単−軸七一ドレーザが得られる
(実施例) 第2図は本発明の実施例の埋め込み形DI
”Bレーザの斜視図を示す。第3図に示すプロセスに従
って製作法を説明する。まず第3図(a)に示すようl
こ、 (001ン面のn形InP基板1の上に発振波長
325mπのHe−Cdレーザを用いた、通常の2光束
干渉露光法によって、周期240朋の回折格子200を
形成する。次に(b)に示すように、通常のフォトリン
グラフイーとエツチングによって<y’io〉方向に巾
約8μmのストライブ状の回折格子200を除去した節
分120を作製する。具体的には、AZ1350でパタ
ーンニングした後、硫酸系のエツチング液でストライブ
部分をエツチングする。回折格子の凸の部分が凹の部分
より早くエツチングされるため、この部分はほぼ平坦と
なり位相シフト領域120が形成される。次lこ、(C
)に示すように、1回目の液相エピタキシャル成長によ
り(b)で製作した基板1の上にダブルへテロ構造を形
成する。すなわち、n形InGaASP光カイト層2(
組成は発光波長λ2′にして1.3μm、以後InGa
ASPの組成を表すのにλ2を用いる、厚さは0.1 
ttm )、JnQaASP活性層3(λf=1.55
μm厚さ0.1μm)、p形InPクラッド層4(厚さ
l ttm )を順次成長する。位相シフト領域の長さ
については次のようIこ決定した。すなわち発明の原理
のきころで述べたように、位相シフトの量はL (Ne
2−Ne+)で決まり、Nesとhe2とは光ガイド店
および活性層の組成と厚さおよび幅によって決まる。
素子特性の点から活性層の厚さは0.1μm、光ガイド
層の厚さは0.1μm(ただし回折格子があるため平坦
的な厚さである)幅は1.5μmが適尚である。
韮た位相シフト領域の厚さは0.2μmである。したが
って先に述べた活性層および光力イト層の組成と厚さ等
から1.55μmの波長に対してNelとNe2を計算
するとそれぞれ3.22,3.27となり、これから位
相シフト量φをπ/2とするために(a=781Xnと
すれば良いことがわかる。
以上で本実施例の基本となる構造ができたわけであるが
、素子特性の向上のために、次に埋め込み構造を形成す
る。ここでは埋め込み構造として二重チャンネルブレー
ナ埋め込み形(DC−PBH)を用いた。この構造およ
び製作法lこつぃては、水戸らによりエレクトロニクス
・レターズ誌(El−ectron、Lett、18 
(1982) 953)に報告されているので、ここで
は簡単に手順を述べる。第3図(d)に示すように(C
)で製作したダブルヘテロウェーハに、通常のフォトリ
ソグラフィーとBrメタノールによるエツチングによっ
て、<110>方向に、幅10μmiさ3μmの2本の
平行な溝50.51ではさ才れた幅1,5μmのメサス
トライプ52を形成する。次に(e)に示すように、2
回目の液4旧エピタキシャル成長で埋め込み構造を形成
する。すなわち、P形InP層5(平坦部での厚さ0.
5μm、以後同じ)n形InP7G6(厚さQ、 5 
μm)、P形InP層7(厚さ1.5μm)、p形In
GaAsP/!8 (λ2=1.2μIn、厚さ0.5
μm塔順火成長する。次lζP側およびn側に電極60
.61をつけた後、位相シフト領域120かレーザ共振
器のほぼ中央に位置するようにして、長さ250μmに
素子を切り出す。
以上が第2図に示した実施例の製作法である。素子の特
性は、パルス電流駆動で調べた。発振しきい値は20〜
39mA、外部微分量子効率は片面15〜20チであっ
た。発振波長は約1.55μmである。
室温で10 nlW以上まで単一軸モード発振する素子
の歩留りは8割近く、位相シフト領域のない素子に比べ
て2倍以上改善された。
(発明の効果) 本発明のDFBレーレー、位相シフト
領域を有することから、良好な素子特性がイSIられ、
また単一軸モードの歩留りも高い。さらに位相シフト領
域の作製法として通常の2光束干渉露光法とフォl−I
Jツクラフイーを用いているため全産性にも優れている
。位相シフト領域120の長さや、位aに関しては、2
0〜30%程度のばらつきがあっても単一軸モードの選
択性は良好であり、ウェーハ内、あるいはウェーハごと
の素子特性のばらつきも少なかった。
なお、実施例においては、回折格子および光ガイド層が
活性層の下側つまり基板側にある例を示したが、活性層
の上側にあるものも同様な位相シフト構造が可能なので
ある。また、InGaAsP系以外の材料、例えばAt
GaAS系でも本発明の構造が可能であることは言うま
でもない。
ストライプ構造として実施例では埋込み構造を採用した
が、ストライプ構造についてはこの発明では本質的では
ないので、実施例で示したストライプ構造以外のストラ
イフ−構造、例えばプレーナストライプ、メサストライ
プ、内部ストライプ等どのような構造でも採用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を示す図。第2囚は一実施例を示
す斜視図、第3図は第2図で示した実施例の製造プロセ
スを示す図である。図中、1はn形InP基板、2 i
j n形ir+caAsp光カイト層、3はInGaA
SP活性層、4はP形Ir1Pクラッド層、120は位
相シフト領域、200は回折格子、50゜51は平行な
2本の溝、52は活性領域となるメサストライプである
。 代憑人升鷺亡 内1卓  晋。 (c)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上に、活性層と一方の面に周期的な凹凸形状
    の回折格子が形成された光ガイド層とを少なくとも含む
    多層半導体層が形成され、かつ共振器のほぼ中央部に、
    前記光ガイド層の回折格子の一部が除去されてほぼ平坦
    となっている領域を有することを特徴とする位相シフト
    構造付分布帰還形半導体レーザ。
JP59210724A 1984-10-08 1984-10-08 位相シフト構造付分布帰還形半導体レ−ザ Pending JPS6188584A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01238181A (ja) * 1988-03-18 1989-09-22 Fujitsu Ltd 半導体発光装置
US5212712A (en) * 1990-04-19 1993-05-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Laser device and method of manufacturing the same

Cited By (2)

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JPH01238181A (ja) * 1988-03-18 1989-09-22 Fujitsu Ltd 半導体発光装置
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