JPS63137496A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS63137496A JPS63137496A JP61285457A JP28545786A JPS63137496A JP S63137496 A JPS63137496 A JP S63137496A JP 61285457 A JP61285457 A JP 61285457A JP 28545786 A JP28545786 A JP 28545786A JP S63137496 A JPS63137496 A JP S63137496A
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- 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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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）
本発明は光通信システムにおける光源に適し、安定な単
一軸モード発振を示す半導体レーザ装置に関する。
一軸モード発振を示す半導体レーザ装置に関する。
（従来の技術）
素子内部の活性層に近接して回折格子を有する分布帰還
型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザと称する）は変調時
にも単一軸モードで発振可能であることから、長距離大
容量の光フアイバ通信用光源として期待されている。従
来のＤＦＢレーザ、すなわち周期の一定な回折格子を素
子内部に有するＤＦＢレーザでは、発振閾値利得がほぼ
同じ２本の軸モードが存在するから、必ずしも全ての素
子で単一軸モード発振が得られるのではなく、２軸モー
ドで発振する素子も数多く見られた。そこで近年、より
高い確率で単一軸モード発振が得られると期待される位
相シフト型ＤＦＢレーザが提案された（Ｋ、ウタ力他、
１９８４年４月１２日発行のエレクトロニクス・レタ
ーズ誌、第２０巻、 ３２６−３２７頁）０位相シフ
ト型ＤＦＢレーザの構造的な特徴は、回折格子の周期性
が素子中央付近で半導体結晶内部を伝搬する光の波長の
１／４程度の長さ分だけシフトしている点で、この様な
構造にすることにより、回折格子の周期で決まるブラッ
グ波長に一致した主モードとその両側の副モードとの発
振閾値利得に大きな差が生じ、主モードのより安定な単
一軸モード発振が得られると期待される。
型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザと称する）は変調時
にも単一軸モードで発振可能であることから、長距離大
容量の光フアイバ通信用光源として期待されている。従
来のＤＦＢレーザ、すなわち周期の一定な回折格子を素
子内部に有するＤＦＢレーザでは、発振閾値利得がほぼ
同じ２本の軸モードが存在するから、必ずしも全ての素
子で単一軸モード発振が得られるのではなく、２軸モー
ドで発振する素子も数多く見られた。そこで近年、より
高い確率で単一軸モード発振が得られると期待される位
相シフト型ＤＦＢレーザが提案された（Ｋ、ウタ力他、
１９８４年４月１２日発行のエレクトロニクス・レタ
ーズ誌、第２０巻、 ３２６−３２７頁）０位相シフ
ト型ＤＦＢレーザの構造的な特徴は、回折格子の周期性
が素子中央付近で半導体結晶内部を伝搬する光の波長の
１／４程度の長さ分だけシフトしている点で、この様な
構造にすることにより、回折格子の周期で決まるブラッ
グ波長に一致した主モードとその両側の副モードとの発
振閾値利得に大きな差が生じ、主モードのより安定な単
一軸モード発振が得られると期待される。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、従来の位相シフト型ＤＦＢレーザを実際
に製作してみると単一軸モードで発振する素子の歩留り
は期待したほどは向上せず、約５０％程度と比較的低い
ものであった。
に製作してみると単一軸モードで発振する素子の歩留り
は期待したほどは向上せず、約５０％程度と比較的低い
ものであった。
本発明の目的は、高い歩留りで゛製造でき単一軸モード
で発振をする位相シフト型ＤＦＢレーザを提供すること
にある。
で発振をする位相シフト型ＤＦＢレーザを提供すること
にある。
（問題点を解決するための手段）
本発明による半導体レーザ装置の特徴は、多層半導体結
晶内部にストライプ状活性層とこの活性層に近接した回
折格子とを有し、前記回折格子の周期性が共振器内のあ
る一点において前記半導体結晶内部を伝搬する光の波長
のゴ／４の長さだけシフトしている分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、前記ストライプ状活性層の幅が前記回折
格子の周期性がシフトしている部分付近で狭くなってい
ることである。
晶内部にストライプ状活性層とこの活性層に近接した回
折格子とを有し、前記回折格子の周期性が共振器内のあ
る一点において前記半導体結晶内部を伝搬する光の波長
のゴ／４の長さだけシフトしている分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、前記ストライプ状活性層の幅が前記回折
格子の周期性がシフトしている部分付近で狭くなってい
ることである。
（作用）
本発明の詳細な説明する０位相シフト型ＤＦＢレーザに
おいて理論的に予想されたような高い歩留りでの単一軸
モード発振が得られないのは、共振器方向に沿った主モ
ード光フィールド分布の不均一性に帰因したホールバー
ニングの影響であると考えられている（！Ｑ田他、 １
９８６年４月２１日発行の電子通信学会技術研究報告、
第ＯＱ Ｅ ８６−７番）６すなわち、位相シフト型Ｄ
ＦＢレーザの主モードの光フィールド分布は第３図（ａ
）に示す様に位相シフト部付近で強くなる。従ってこの
付近のキャリア密度はホールバーニング効果によって減
少し、その分布は第３図（ｂ）の様になる。活性層の屈
折率はキャリア密度が高いほど低くなるから、光が感じ
る１等価屈折率の分布は第３図（ｃ）の様に位相シフト
部で相対的に高くなる０位相シフト型ＤＦＢレーザでは
共振器内の等偏屈折率の分布が一様なときに主モードと
副モードとの間の発振閾値利得差が最大となるが、位相
シフト部付近の等偏屈折率が相対的に高くなるとこの発
振閾値利得差は小さくなり、副モードが発振し易くなる
。
おいて理論的に予想されたような高い歩留りでの単一軸
モード発振が得られないのは、共振器方向に沿った主モ
ード光フィールド分布の不均一性に帰因したホールバー
ニングの影響であると考えられている（！Ｑ田他、 １
９８６年４月２１日発行の電子通信学会技術研究報告、
第ＯＱ Ｅ ８６−７番）６すなわち、位相シフト型Ｄ
ＦＢレーザの主モードの光フィールド分布は第３図（ａ
）に示す様に位相シフト部付近で強くなる。従ってこの
付近のキャリア密度はホールバーニング効果によって減
少し、その分布は第３図（ｂ）の様になる。活性層の屈
折率はキャリア密度が高いほど低くなるから、光が感じ
る１等価屈折率の分布は第３図（ｃ）の様に位相シフト
部で相対的に高くなる０位相シフト型ＤＦＢレーザでは
共振器内の等偏屈折率の分布が一様なときに主モードと
副モードとの間の発振閾値利得差が最大となるが、位相
シフト部付近の等偏屈折率が相対的に高くなるとこの発
振閾値利得差は小さくなり、副モードが発振し易くなる
。
従って、位相シフト型ＤＦＢレーザで安定な単一軸モー
ド発振を高い確率で得るなめには、ホールバーニングに
よって生じる等偏屈折率の位相シフト部付近での増加を
打ち消すような工夫が必要となる。
ド発振を高い確率で得るなめには、ホールバーニングに
よって生じる等偏屈折率の位相シフト部付近での増加を
打ち消すような工夫が必要となる。
そのひとつの手段として、位相シフト部付近の活性層の
幅を第３図（ｄ）のａＩＣこ光フィールド分布に合わせ
て狭くすることが考えられる。活性層の屈折率はその回
りのクラッドの屈折率よりも高い、従って活性層の幅を
狭くすることによりその部分の等偏屈折率は低下する。
幅を第３図（ｄ）のａＩＣこ光フィールド分布に合わせ
て狭くすることが考えられる。活性層の屈折率はその回
りのクラッドの屈折率よりも高い、従って活性層の幅を
狭くすることによりその部分の等偏屈折率は低下する。
また、活性層幅が狭いと活性層内の注入キャリア密度が
高くなり、このことも位相シフト部付近の等偏屈折率を
低くするように働く、従って位相シフト部付近の活性層
の幅を狭くすれば、前述のホールバーニングによる位相
シフト部付近での等偏屈折率の増加が生じても、その増
加の程度を非常に小さく抑えることができ、安定な単一
軸モード発振が得られる。
高くなり、このことも位相シフト部付近の等偏屈折率を
低くするように働く、従って位相シフト部付近の活性層
の幅を狭くすれば、前述のホールバーニングによる位相
シフト部付近での等偏屈折率の増加が生じても、その増
加の程度を非常に小さく抑えることができ、安定な単一
軸モード発振が得られる。
（実施例１）
本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
第１図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施
例である半導体レーザ装置の斜視図及び断面図であり、
本図（ｂ）の断面図は本図（ａ）の活性層３を通り基板
１の上面に平行な平面で切断して示す図である。この半
導体レーザ装置の製造においては、まずｎ−１ｎＰ基板
１の表面にピッチ２４００人の回折格子１０と左右の領
域で回折格子１０の凹凸の周期性を反転させる位相シフ
ト部１１を形成した後、波長組成１．３Ｂ＋のｎ−１ｎ
ＧａＡｓＰガイド屑２、波長組成１．５５Ｂ＋のノンド
ープＩｎＧａＡｓＰ活性７！Ｊ３、波長組成１．３μｍ
のｐ−１ｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層４及びｐ−
１ｎＰクロット層５をそれぞれ０．１μｍ。
例である半導体レーザ装置の斜視図及び断面図であり、
本図（ｂ）の断面図は本図（ａ）の活性層３を通り基板
１の上面に平行な平面で切断して示す図である。この半
導体レーザ装置の製造においては、まずｎ−１ｎＰ基板
１の表面にピッチ２４００人の回折格子１０と左右の領
域で回折格子１０の凹凸の周期性を反転させる位相シフ
ト部１１を形成した後、波長組成１．３Ｂ＋のｎ−１ｎ
ＧａＡｓＰガイド屑２、波長組成１．５５Ｂ＋のノンド
ープＩｎＧａＡｓＰ活性７！Ｊ３、波長組成１．３μｍ
のｐ−１ｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層４及びｐ−
１ｎＰクロット層５をそれぞれ０．１μｍ。
０、１μｍ 、 Ｏ，Ｏｈｍ及び１１ＪＪ１１の厚さに
エピタキシャル成長させる。こうして得られた多層半導
体結晶に活性層３よりも深い２本の平行な溝１２とそれ
によって挾まれるメサストライプ１３を形成する。この
時メサストライプ１３の幅は位相シフト部１１から遠い
所で１．５μｍ、位相シフト部１１でｉ、ｏｌＪｍとな
るようにし、メサストライプ１３が位相シフト部１１で
くびれなような形状にする。その後、メサストライプ１
３の上部を除いてｐ−ＩｎＰ電流ブロック、１６及びｎ
−１ｎＰ電流ブロック層７をエピタキシャル成長し、引
き続いて全面にｐ−１ｎＰ埋め込み層８及び波長組成１
．１５μｓのＰ÷−１ｎＧａＡｓＰコンタクト層９をエ
ピタキシャル成長する。を流ブロック層６，７、埋め込
み層８及びコンタクト！Ｎ９はそれぞれ平坦部で厚さＩ
ＩＪｍ、ＩＩＪＪＩ！、２１Ｊｌ＋及び０．５１Ｊｍで
ある。更にｐ ”−１ｎＧａＡｓＰコンタクト層９の上
にＣｒ／八Ｕへらなる金属電極１４を、ｎ−１ｎＰ基板
１の下に＾ｕＧｅＮ ｉからなる金属電極１５を形成し
、このように形成した半導体レーザ用ウェハを位相シフ
ト部１１が中央になるように襞間して各素子に分離し、
２つの襞間端面にプラズマＣＶＤ法等によりＳｉＮ膜に
よる無反射コーティング１６．１７を施す。
エピタキシャル成長させる。こうして得られた多層半導
体結晶に活性層３よりも深い２本の平行な溝１２とそれ
によって挾まれるメサストライプ１３を形成する。この
時メサストライプ１３の幅は位相シフト部１１から遠い
所で１．５μｍ、位相シフト部１１でｉ、ｏｌＪｍとな
るようにし、メサストライプ１３が位相シフト部１１で
くびれなような形状にする。その後、メサストライプ１
３の上部を除いてｐ−ＩｎＰ電流ブロック、１６及びｎ
−１ｎＰ電流ブロック層７をエピタキシャル成長し、引
き続いて全面にｐ−１ｎＰ埋め込み層８及び波長組成１
．１５μｓのＰ÷−１ｎＧａＡｓＰコンタクト層９をエ
ピタキシャル成長する。を流ブロック層６，７、埋め込
み層８及びコンタクト！Ｎ９はそれぞれ平坦部で厚さＩ
ＩＪｍ、ＩＩＪＪＩ！、２１Ｊｌ＋及び０．５１Ｊｍで
ある。更にｐ ”−１ｎＧａＡｓＰコンタクト層９の上
にＣｒ／八Ｕへらなる金属電極１４を、ｎ−１ｎＰ基板
１の下に＾ｕＧｅＮ ｉからなる金属電極１５を形成し
、このように形成した半導体レーザ用ウェハを位相シフ
ト部１１が中央になるように襞間して各素子に分離し、
２つの襞間端面にプラズマＣＶＤ法等によりＳｉＮ膜に
よる無反射コーティング１６．１７を施す。
こうして得られた二重チャネル・ブレナー埋め込み構造
位相シフト型ＤＦＢレーザは、光を発する部分であるス
トライプ状活性層３の幅が第１図（ｂ）に示した様に位
相シフト部１１付近で狭く、この部分での等価屈折率が
あらかじめ低くなっているから、前述のようなホールバ
ーニングが生じても位相シフト部１１付近の等価屈折率
の増加が抑えられ、約９０％の歩留りで波長１．５５μ
ｍ帯での安定な単一軸モード発振が得られた。
位相シフト型ＤＦＢレーザは、光を発する部分であるス
トライプ状活性層３の幅が第１図（ｂ）に示した様に位
相シフト部１１付近で狭く、この部分での等価屈折率が
あらかじめ低くなっているから、前述のようなホールバ
ーニングが生じても位相シフト部１１付近の等価屈折率
の増加が抑えられ、約９０％の歩留りで波長１．５５μ
ｍ帯での安定な単一軸モード発振が得られた。
（実施例２）
第２図＜ａ）は本発明の第２の実施例である半導体レー
ザ装置の斜視図であり、本図（ｂ）は本図（ａ）の活性
Ｎｉ３を通り基板１の上面に平行な平面における断面図
である。レーザ構造は第１の実施例で示した構造とほと
んど同じであり、各部の符号及び名称も同じである。異
なる点は２つある襞間端２面のうち、一方にＳｉＮ膜を
用いた無反射コーティング２１を施し、他方にアモルフ
ァスＳ Ｉ ／ ＳｉＯ２，の多層膜を用いた高反射コ
ーティング２２を施し、位相シフト部１１を高反射コー
ティング２２を施した側に２＝８の割合で近づけて設け
た点である。ストライプ状活性層３の幅は第２図（ｂ）
に示した様に位相シフト部１１で狭く、くびれな形状と
なっており、最も狭い部分で１．０μｍ、広い部分で１
．５μｍとなっている。
ザ装置の斜視図であり、本図（ｂ）は本図（ａ）の活性
Ｎｉ３を通り基板１の上面に平行な平面における断面図
である。レーザ構造は第１の実施例で示した構造とほと
んど同じであり、各部の符号及び名称も同じである。異
なる点は２つある襞間端２面のうち、一方にＳｉＮ膜を
用いた無反射コーティング２１を施し、他方にアモルフ
ァスＳ Ｉ ／ ＳｉＯ２，の多層膜を用いた高反射コ
ーティング２２を施し、位相シフト部１１を高反射コー
ティング２２を施した側に２＝８の割合で近づけて設け
た点である。ストライプ状活性層３の幅は第２図（ｂ）
に示した様に位相シフト部１１で狭く、くびれな形状と
なっており、最も狭い部分で１．０μｍ、広い部分で１
．５μｍとなっている。
この高反射−低反射率端面を有する二重チャネル・プレ
ナー埋め込み槽造位相シフト型ＤＦＢレーザは端面反射
率の非対称性から、無反射コーティング２１を施した端
面側から高い光出力を得ることができ、且つ第１の実施
例と同様にホールバーニングの影響をほとんど受けずに
約９０％の歩留りで波長１．５５１Ｊｍでの安定な単一
軸モード発振を得ることができた。
ナー埋め込み槽造位相シフト型ＤＦＢレーザは端面反射
率の非対称性から、無反射コーティング２１を施した端
面側から高い光出力を得ることができ、且つ第１の実施
例と同様にホールバーニングの影響をほとんど受けずに
約９０％の歩留りで波長１．５５１Ｊｍでの安定な単一
軸モード発振を得ることができた。
尚、実施例では波長１．５５ｇｍ帯の二重チャネル・プ
レナー埋め込み構造位相シフト型ＤＦＢレーザを示した
が、本発明における発振波長及びレーザ構造はこれに限
定されないのは言うまでもなく、用いる半導体材料系も
他の材料系からなってもよい。
レナー埋め込み構造位相シフト型ＤＦＢレーザを示した
が、本発明における発振波長及びレーザ構造はこれに限
定されないのは言うまでもなく、用いる半導体材料系も
他の材料系からなってもよい。
（発明の効果）
本発明による位相シフト型ＤＦＢレーザにおいては、従
来単一軸モードで動作する素子の歩留りが約５０％程度
であったものを、約９０％に改善することができた。
来単一軸モードで動作する素子の歩留りが約５０％程度
であったものを、約９０％に改善することができた。
第１図（ａ＞及び（ｂ）は本発明の第１の実施例である
半導体レーザ装＝の斜視図及び断面図、第２図（ａ＞及
び（ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施例である半導体
レーザ装置の斜視図及び断面図であり、１はｎ−１ｎＰ
基板、２はｎ −１ｎＧａＡｓＰガイド層、３はノンド
ープＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ−１ｎＧａＡｓＰア
ンチメルトバック層、５はｐ −１ｎＰクラッド層、６
はｐ−１ｎＰ電流ブロック層、７はｎ ＋ ｌ ｎｐ
を流ブロック層、８はｐ−１ｎＰ埋め込み層、９はｐ
”−１ｎＧａＡＳＰ：７ンタクト層、１ｏは回折格子、
１１は位相シフト部、１２は溝、１３はメサストライプ
、１４、１５は電極、１６．１７．２１は無反射コーテ
イング膜、２２は画反射コーティング膜である。 第３図は本発明の詳細な説明する図であり、第３図（ａ
＞は光フィールド・分布、同図（ｂ）はキャリア密度分
布、同図（ｃ）は等偏屈折率分布、同図（ｄ）はストラ
イプ状活性層の幅をそれぞれ示す図である。
半導体レーザ装＝の斜視図及び断面図、第２図（ａ＞及
び（ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施例である半導体
レーザ装置の斜視図及び断面図であり、１はｎ−１ｎＰ
基板、２はｎ −１ｎＧａＡｓＰガイド層、３はノンド
ープＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ−１ｎＧａＡｓＰア
ンチメルトバック層、５はｐ −１ｎＰクラッド層、６
はｐ−１ｎＰ電流ブロック層、７はｎ ＋ ｌ ｎｐ
を流ブロック層、８はｐ−１ｎＰ埋め込み層、９はｐ
”−１ｎＧａＡＳＰ：７ンタクト層、１ｏは回折格子、
１１は位相シフト部、１２は溝、１３はメサストライプ
、１４、１５は電極、１６．１７．２１は無反射コーテ
イング膜、２２は画反射コーティング膜である。 第３図は本発明の詳細な説明する図であり、第３図（ａ
＞は光フィールド・分布、同図（ｂ）はキャリア密度分
布、同図（ｃ）は等偏屈折率分布、同図（ｄ）はストラ
イプ状活性層の幅をそれぞれ示す図である。
Claims (1)
- 多層半導体結晶内部にストライプ状活性層とこの活性層
に近接した回折格子とを有し、前記回折格子の周期性が
共振器内のある一点において前記半導体結晶内部を伝搬
する光の波長の１／４の長さだけシフトしている分布帰
還型半導体レーザにおいて、前記ストライプ状活性層の
幅が前記回折格子の周期性がシフトしている部分付近で
狭くなっていることを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61285457A JPS63137496A (ja) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61285457A JPS63137496A (ja) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63137496A true JPS63137496A (ja) | 1988-06-09 |
Family
ID=17691769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61285457A Pending JPS63137496A (ja) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63137496A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0461632A2 (en) * | 1990-06-12 | 1991-12-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Phase-shifted distributed feedback type semiconductor laser device |
| EP0632298A2 (de) * | 1993-07-03 | 1995-01-04 | Robert Bosch Gmbh | DFB oder DBR Gitter |
| JP2011176374A (ja) * | 2011-06-13 | 2011-09-08 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及び半導体光集積素子 |
| US20210344172A1 (en) * | 2018-11-19 | 2021-11-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical semiconductor device and method of manufacturing optical semiconductor device |
-
1986
- 1986-11-28 JP JP61285457A patent/JPS63137496A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0461632A2 (en) * | 1990-06-12 | 1991-12-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Phase-shifted distributed feedback type semiconductor laser device |
| US5185759A (en) * | 1990-06-12 | 1993-02-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Phase-shifted distributed feedback type semiconductor laser device |
| EP0632298A2 (de) * | 1993-07-03 | 1995-01-04 | Robert Bosch Gmbh | DFB oder DBR Gitter |
| EP0632298A3 (en) * | 1993-07-03 | 1995-02-22 | Ant Nachrichtentech | DFB or DBR grid. |
| JP2011176374A (ja) * | 2011-06-13 | 2011-09-08 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及び半導体光集積素子 |
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