JPS63117481A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS63117481A JPS63117481A JP26430786A JP26430786A JPS63117481A JP S63117481 A JPS63117481 A JP S63117481A JP 26430786 A JP26430786 A JP 26430786A JP 26430786 A JP26430786 A JP 26430786A JP S63117481 A JPS63117481 A JP S63117481A
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- gaas
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- resonator
- groove
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- Pending
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract description 3
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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】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、光通信、光計測、光情報処理システム等のコ
ヒーレント光源として用いられろ干渉型の半導体レーザ
装置に関するものである。
ヒーレント光源として用いられろ干渉型の半導体レーザ
装置に関するものである。
〈従来の技術〉
光通信や光情報処理システム等のコヒーレント光源とし
て半導体レーザを適用する場合、周囲温度やレーザ光出
力或いは外部系で反射されたレーザ光の帰還光に対して
影響を受けることなく安定に発振することが強く要求さ
れる。これは、面性のような諸パラメータの変動によっ
て半導体レーザの発振状態が不安定になるような場合に
は、レーザ縦モード間或いはレーザ縦モードと外部モー
ドとの相互作用によってモード競合雑音や光誘起雑音が
発生し、またファイバを用いた光伝送ではモーダル雑音
を招来し、システムの能力低下に重大な影響を及ぼすか
らである。
て半導体レーザを適用する場合、周囲温度やレーザ光出
力或いは外部系で反射されたレーザ光の帰還光に対して
影響を受けることなく安定に発振することが強く要求さ
れる。これは、面性のような諸パラメータの変動によっ
て半導体レーザの発振状態が不安定になるような場合に
は、レーザ縦モード間或いはレーザ縦モードと外部モー
ドとの相互作用によってモード競合雑音や光誘起雑音が
発生し、またファイバを用いた光伝送ではモーダル雑音
を招来し、システムの能力低下に重大な影響を及ぼすか
らである。
従って、従来からこの半導体レーザにおける発振縦モー
ド特性の安定化には種々の提案や試みがなされてきた。
ド特性の安定化には種々の提案や試みがなされてきた。
ここに代表的な例を列挙すると、第１には、導波路内部
にはグレーティング（回折格子）を形成する分布帰還型
（ＤＦＢ）レーザやブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザが
挙げられる。これらのレーザは、導波路内部にグレーテ
ィングを形成することにより強い波長選択性を付与して
いるため、撹乱に対して優れた縦モードの安定性を有す
るが、製造工程が複雑であったり、半導体レーザの材質
によっては製作そのものが困難であったりする。第２に
、襞開市を介して２つの半導体レーザもしくは導波路を
並置した構造の通称Ｃ’（Ｃ１ｅａｖｅｄ Ｃｏｕｐ
ｌｅｄＣａｖｉｔｙ）レーザがある。このレーザは、２
つのレーザ軸モードの結合により安定化を計るものであ
るが、この場合の難点は、２つのレーザ注入を個別に制
御して幅広い領域で縦モードの安定性を実現するために
高度な技術を必要とする点にある。
にはグレーティング（回折格子）を形成する分布帰還型
（ＤＦＢ）レーザやブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザが
挙げられる。これらのレーザは、導波路内部にグレーテ
ィングを形成することにより強い波長選択性を付与して
いるため、撹乱に対して優れた縦モードの安定性を有す
るが、製造工程が複雑であったり、半導体レーザの材質
によっては製作そのものが困難であったりする。第２に
、襞開市を介して２つの半導体レーザもしくは導波路を
並置した構造の通称Ｃ’（Ｃ１ｅａｖｅｄ Ｃｏｕｐ
ｌｅｄＣａｖｉｔｙ）レーザがある。このレーザは、２
つのレーザ軸モードの結合により安定化を計るものであ
るが、この場合の難点は、２つのレーザ注入を個別に制
御して幅広い領域で縦モードの安定性を実現するために
高度な技術を必要とする点にある。
このように、前記各半導体レーザはその製造技術或いは
特性制御技術が簡便でなく、再現性よく優れた縦モード
特性を得るには至っていない。
特性制御技術が簡便でなく、再現性よく優れた縦モード
特性を得るには至っていない。
発振縦モード特性を改善した他のものとして、半導体レ
ーザの後方出射端面に平行に外部ミラーを対置した構成
のＳＥＣ（５ｈｏｒｔ−Ｅｘｔｅｒｎａｌ −Ｃａｖｉ
ｔｙ）レーザがある。このレーザは、レーザ媒質の利得
がレーザ後方出射端面と外部ミラーとで構成されるエタ
ロンの透過特性によって変調をうけるために、縦モード
が安定化されるものである。
ーザの後方出射端面に平行に外部ミラーを対置した構成
のＳＥＣ（５ｈｏｒｔ−Ｅｘｔｅｒｎａｌ −Ｃａｖｉ
ｔｙ）レーザがある。このレーザは、レーザ媒質の利得
がレーザ後方出射端面と外部ミラーとで構成されるエタ
ロンの透過特性によって変調をうけるために、縦モード
が安定化されるものである。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ＳＥＣレーザの応用として半導体レーザの一部に共振器
と交差し、活性層を切断する溝を設けたモノリシックタ
イプの外部共振器形レーザがある。
と交差し、活性層を切断する溝を設けたモノリシックタ
イプの外部共振器形レーザがある。
このレーザでは、温度上昇とともに溝部分の長さ、即ち
、外部共振器長が熱膨張する。このレーザのスーパーラ
ディアント状態でのスペクトルの包絡線のピーク近傍の
軸モードが発振軸モードとなるが、包絡線のピークは、
温度が上昇すると、外部共振器長の膨張と利得分布の長
波長側へのシフトとにより、長波長側にある温度係数に
従ってシフトする。この温度係数が軸モードのシフトの
温度係数と等しい場合、単一軸モード発振を維持するが
、従来は、この温度係数は比較的大きく、広い温度にわ
たり単一軸モードを維持するのは困難であった。
、外部共振器長が熱膨張する。このレーザのスーパーラ
ディアント状態でのスペクトルの包絡線のピーク近傍の
軸モードが発振軸モードとなるが、包絡線のピークは、
温度が上昇すると、外部共振器長の膨張と利得分布の長
波長側へのシフトとにより、長波長側にある温度係数に
従ってシフトする。この温度係数が軸モードのシフトの
温度係数と等しい場合、単一軸モード発振を維持するが
、従来は、この温度係数は比較的大きく、広い温度にわ
たり単一軸モードを維持するのは困難であった。
本発明の目的は、上記従来の欠点を解決するために、広
い温度範囲にわたり、単一軸モード発振を維持する半導
体レーザを提供することである。
い温度範囲にわたり、単一軸モード発振を維持する半導
体レーザを提供することである。
く問題点を解決するための手段〉
本発明に係る半導体レーザは、基板上に、活性層を含む
積層構造を成長した半導体レーザにおいて、積層構造上
り熱膨張係数の小さい基板を用い、積層構造の共振器に
交差する溝を基板に達するまで形成したことを特徴とす
る。
積層構造を成長した半導体レーザにおいて、積層構造上
り熱膨張係数の小さい基板を用い、積層構造の共振器に
交差する溝を基板に達するまで形成したことを特徴とす
る。
く作 用〉
溝は、外部共振器を形成する。基板の熱膨張率が積層構
造（溝の側面を形成する）の熱膨張係数より小さいので
、外部共振器長が温度上昇とともに短くなり、レーザ発
振のスペクトルのピークの温・ 度係数が小さく抑
えられる。これにより、広い温゛度範囲にわたって単一
軸モードが維持され、縦モードが安定化される。
造（溝の側面を形成する）の熱膨張係数より小さいので
、外部共振器長が温度上昇とともに短くなり、レーザ発
振のスペクトルのピークの温・ 度係数が小さく抑
えられる。これにより、広い温゛度範囲にわたって単一
軸モードが維持され、縦モードが安定化される。
〈実施例〉
以下、添付の図面を用いて、本発明の詳細な説明する。
ここでは−例として、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ系のＤＨ（
Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ）構造の半導体レーザを成
長する。Ｓｉ上にＧａＡｓを成長する際、格子不整合が
約４．１％存在し、また、ＳｉとＧａＡｓの熱膨張係数
はそれぞれ２．４ＸｌＯ−’、５．８×１０−”ｄｅｇ
−’であり、界面に歪が生じる。そのため、ＳｉとＧａ
Ａｓの間には、歪を緩和する中間層を成長した。第１図
（ａ）において、Ｓｉ基板上に、Ｇｅ中間Ｂ２を０．４
μ屑厚にＭＯＣＶＤ法により成長した。その上に、ｐ−
ＧａＡｓ層３を２．０μｇ厚、ｎ−Ｇ ａＡ ｓ？［流
阻止層４を０．８μｍ厚にＭＯＣＶＤ法により成長した
。その後、表面よりフォトリソグラフィ技術とケミカル
エツチングにより幅４μｍ１深さ１μｌの７字形溝９を
形成した。その上にｐ−Ｇ ａｏ、５ＡＩ２０．５ Ａ
ｓクラッド層５、ｐ −Ｇａ（，８５ＡＱ。
Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ）構造の半導体レーザを成
長する。Ｓｉ上にＧａＡｓを成長する際、格子不整合が
約４．１％存在し、また、ＳｉとＧａＡｓの熱膨張係数
はそれぞれ２．４ＸｌＯ−’、５．８×１０−”ｄｅｇ
−’であり、界面に歪が生じる。そのため、ＳｉとＧａ
Ａｓの間には、歪を緩和する中間層を成長した。第１図
（ａ）において、Ｓｉ基板上に、Ｇｅ中間Ｂ２を０．４
μ屑厚にＭＯＣＶＤ法により成長した。その上に、ｐ−
ＧａＡｓ層３を２．０μｇ厚、ｎ−Ｇ ａＡ ｓ？［流
阻止層４を０．８μｍ厚にＭＯＣＶＤ法により成長した
。その後、表面よりフォトリソグラフィ技術とケミカル
エツチングにより幅４μｍ１深さ１μｌの７字形溝９を
形成した。その上にｐ−Ｇ ａｏ、５ＡＩ２０．５ Ａ
ｓクラッド層５、ｐ −Ｇａ（，８５ＡＱ。
０．１５Ａｓ活性層６、ｎ Ｇａｏ、５Ａ＜！ｏ、ｓ
Ａｓクラッド層７、 ｎ−ＧａＡｓキャップ層８よりな
るダブルへテロ構造のレーザ動作部を液相エピタキシャ
ル法で成長させた。その後、硫酸系のエッチャントを用
いて幅１５０μｌのリッジ側面１１．１１を形成した。
Ａｓクラッド層７、 ｎ−ＧａＡｓキャップ層８よりな
るダブルへテロ構造のレーザ動作部を液相エピタキシャ
ル法で成長させた。その後、硫酸系のエッチャントを用
いて幅１５０μｌのリッジ側面１１．１１を形成した。
リッジ下部ではｐ−ＧａＡｓ３が表面にでるようにする
。キャップ層８の表面には、ｎ側電極１２としてＡｕ−
Ｇｅ−Ｎｉの金属材料を、ｐ−ｃａＡｓ３表面には、ｐ
側電極１３としてＡｕ−Ｚｎの金属材料をそれぞれレジ
ストを用いて選択的に蒸着し、４５０℃で合金化した。
。キャップ層８の表面には、ｎ側電極１２としてＡｕ−
Ｇｅ−Ｎｉの金属材料を、ｐ−ｃａＡｓ３表面には、ｐ
側電極１３としてＡｕ−Ｚｎの金属材料をそれぞれレジ
ストを用いて選択的に蒸着し、４５０℃で合金化した。
その後、第１図（ｂ）に側面図を示すように、共振器の
一部に共振器を切断する溝１５を３層レジストを用いた
ＲＩＢＥ法により鏡面にエッチングする。溝の幅は２０
μｍ１深さはＳｉ基板１に達するまで行う。溝の両側の
一方１６はレーザ共振器として用いて、他方！７は外部
ミラーとして用いる。
一部に共振器を切断する溝１５を３層レジストを用いた
ＲＩＢＥ法により鏡面にエッチングする。溝の幅は２０
μｍ１深さはＳｉ基板１に達するまで行う。溝の両側の
一方１６はレーザ共振器として用いて、他方！７は外部
ミラーとして用いる。
レーザ共振器部分１６の電極１２と１３は、駆動源（図
示せず）に接続され、発振波長の温度特性を測定した。
示せず）に接続され、発振波長の温度特性を測定した。
その結果、基板Ｓｉの熱膨張係数が積層構造のＧａＡｓ
に比べて小さいために、外部共振器長は温度上昇ととも
に減少し、レーザ発振のスペクトルの包絡線のピークの
温度特性は小さく抑えられ、第２図に示すように室温を
含む６０℃の温度範囲にわたり、単一軸モード発振が得
られた。
に比べて小さいために、外部共振器長は温度上昇ととも
に減少し、レーザ発振のスペクトルの包絡線のピークの
温度特性は小さく抑えられ、第２図に示すように室温を
含む６０℃の温度範囲にわたり、単一軸モード発振が得
られた。
以上はＳｉ基板上のＧａＡｓについて述べたが、本発明
は特許請求の範囲第１項の条件を満たす他の材料を用い
て実現できるのは自明のことである。
は特許請求の範囲第１項の条件を満たす他の材料を用い
て実現できるのは自明のことである。
また、溝部分にコーティングを施せば、さらに強い結合
を得ることができる。
を得ることができる。
また、外部ミラー側にも電極を設ければ、注入電流によ
り波長を制御することもできる。
り波長を制御することもできる。
また、ディテクタとして使用できる。
〈発明の効果〉
以上のように、本発明によれば、広い温度範囲内で単一
軸モード発振が実現された。
軸モード発振が実現された。
第１図（ａ）は、本発明の実施例の半導体レーザの図式
的な断面図であり、第１図（ｂ）は、その側面図である
。 第２図は、本発明の効果をあられず図である。 ｌ・・・Ｓｉ基板、 ２・・・Ｇｅ中間層、３−
ｐ−ＧａＡｓ層、 ４−＝ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、５
・・・ｐ Ｇａ（３５Ａ＜！０．５Ａｓクラッド層
、６”’ｐＧａ（１，８５Ａ％、ｇｓＡＳ活性層、７−
ｎ−Ｇａｏ、５Ａ１２＋）、５ＡＳクラッド層、８・・
・ｎ−ＧａＡｓキャップ層、 Ｉ５・・・外部共振器を構成する溝、 １６・・・レーザ共振器、 １７・・・外部ミラー。
的な断面図であり、第１図（ｂ）は、その側面図である
。 第２図は、本発明の効果をあられず図である。 ｌ・・・Ｓｉ基板、 ２・・・Ｇｅ中間層、３−
ｐ−ＧａＡｓ層、 ４−＝ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、５
・・・ｐ Ｇａ（３５Ａ＜！０．５Ａｓクラッド層
、６”’ｐＧａ（１，８５Ａ％、ｇｓＡＳ活性層、７−
ｎ−Ｇａｏ、５Ａ１２＋）、５ＡＳクラッド層、８・・
・ｎ−ＧａＡｓキャップ層、 Ｉ５・・・外部共振器を構成する溝、 １６・・・レーザ共振器、 １７・・・外部ミラー。
Claims (1)
- （１）基板上に、活性層を含む積層構造を成長した半導
体レーザにおいて、積層構造より熱膨張係数の小さい基
板を用い、積層構造の共振器に交差する溝を基板に達す
るまで形成したことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26430786A JPS63117481A (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26430786A JPS63117481A (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63117481A true JPS63117481A (ja) | 1988-05-21 |
Family
ID=17401360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26430786A Pending JPS63117481A (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63117481A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04116880A (ja) * | 1990-09-06 | 1992-04-17 | Canon Inc | 半導体素子の保護膜形成方法 |
| JP2008071803A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 化合物混晶半導体発光装置。 |
-
1986
- 1986-11-05 JP JP26430786A patent/JPS63117481A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04116880A (ja) * | 1990-09-06 | 1992-04-17 | Canon Inc | 半導体素子の保護膜形成方法 |
| JP2008071803A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 化合物混晶半導体発光装置。 |
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