JPS63228795A

JPS63228795A - 分布帰還型半導体レ−ザ

Info

Publication number: JPS63228795A
Application number: JP62063403A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kuwamura; 桑村　有司
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1988-09-22

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、光通信システムの光源として好適な分布帰還
型半導体レーザに関する。

（従来の技術）素子内部に形成した回折格子による波長選択機構を有す
る分布帰還型（ＤＦＢ）や分布反射型（ＤＢＲ）レーザ
は高速変調時にも安定な昨−軸モード発振を示し、光通
信システムにおける伝送帯域及び伝送距離を大きくとる
ことができることから、光通信用光源として活発な研究
、開発が進められている。しかし、これらの半導体レー
ザの実用化を計るには、安定な単一軸モード発振する素
子を歩留りよく得ることが重要な課題となってくる。こ
の条件をみたすため、素子の共振器軸方肉のほぼ中心で
レーザ発振波長（結晶内部での波長）λの１／４だけ回
折格子の位相をずらし、レーザ光出射端面を無反射にし
た両端面無反射λ／４シフト型ＤＦＢレーザが提案され
ている。

このλ／４シフト型ＤＦＢレーザで高歩留りを得るには
、両端面無反射（１％以下）にすることが特に重要なポ
イントである。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、λ／４シフト型ＤＦＢレーザにおいては、歩留
りをよくするためにレーザ光出射面（２面あり）での光
の反射率を０としている。これは、ファブリペローモー
ドを抑制することやレーザ光出射面により反射される光
の位相とλ／４シフト回折格子により発生している定在
波どの位相が一致しないために発生する内部定在波の擾
乱を抑制するためである。以上のようにλ／４シフト型
ＤＦＢレーザにおいて単一軸モード歩留りの向上をはか
るためには、光出射面を無反射にする必要がある。

このような光出射面が無反射である半導体レーザを光通
信システム用光源として使用する場合、レーザ光を光フ
アイバ内に導入するための光学系や、光フアイバ接続面
などからの反射光が、レーザ共振器内にフィードバック
される。このような戻り光があると、戻り光量が極めて
わずかであってもレーザ動作は大きな擾乱を受け、発振
光のスペクトル変化や出力強度雑音の増大などレーザ発
振が不安定になり、光通信システムに大きな影響をあた
えることが知られている。そこで通常レーザ出力面から
光フアイバ端面の間にアイソレータを用い、レーザ発振
の不安定を防ぐことが常識であった。

数Ｇｂｉｔ／ｓの高速変調システムにおいて受信感度の
パワーペナルティを十分抑えるためには、反射戻り光雑
音を極力低減する必要がある。ところが、レーザ光出射
面を無反射にすると戻り光がレーザ共振器内部に戻りや
すくなり、戻り光誘起雑音の増大をまねいてしまう。

そこで特願昭６１−２０８１８６号では、第４図で示す
ようなλ／４シフト型ＤＦＢレーザの光出射面（２面あ
る）で回折格子の位相が一致したブラッグ反射領域を有
する分布帰還型半導体レーザが提案されている。このブ
ラッグ反射領域の効果については後に作用の項で詳細に
述べるが、第４図のレーザにおいてはブラッグ反射領域
に活性層が付加された構造となり、ブラッグ反射領域で
の光吸収損失が大きくなりしきい値の増加をまねいてし
まう、そこで実施例１ではブラッグ反射領域に電流注入
する形で、実施例２ではｐ型ドーパントのバンドシュリ
ンケージを利用して禁制帯幅を制御した＃４遺を採用し
ている。しかし、前者では多電極構造となるから、レー
ザ使用時の電流注入の複雑化をまねき、後者の１１１１
逍では光吸収損失の低減が不十分だから、しきい値電流
の増加はまぬがれないという問題があった。

（問題点を解決するための手段）前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
一半導体基板上に少なくとも活性層と。

この活性層よりも禁制帯幅が大きくかつ一方の面に一部
位相が反転した回折格子を形成した光ガイド層とを有す
るλ／４シフト型分布帰還型半導体レーザであって：共
振軸方向においてほぼ中央に前記反転した位相の回折格
子を有し、前記活性層と前記光ガイド層を少なくとも有
するレーザ発光領域と；このレーザ発光領域の前記共振
軸方向の両端に隣接して設けられた領域であって、前記
レーザ発光領域の前記回折格子に前記両端で位相が一致
し連続した回折格子と前記光ガイド層と電流狭′Ｑ層と
をそれぞれ有する第１及び第２のブラッグ反射領域と：
これら第１及び第２のブラッグ反射領域の前記レーザ発
光領域と接していない方の端面にそれぞれ形成された無
反射膜とを含んでなることを特徴とする。

（作用）半導体レーザの共振器に光がフィードバックされた時に
生じるレーザ特性の変化はきわめて多様であるが、実用
的には、戻り光の有無に伴う出力強度やスペクトルの変
化、出力中の雑音の増大あるいは減少、さらには変調時
の出力強度の応答特性などが特に問題となる。ここでは
戻り光がレ−ザに与える影響で重要である戻り光の位相
ゆらぎに起因する強度雑音に着目してブラッグ反射器の
作用についてまず述べる。一般にＤＦＢレーザの反射光
の影響は、等価なファブリベロー共振器を用いて解析す
ることができる。このとき等価反射率を構造パラメータ
として取り扱うと外部の屈折率９反射点までの距離ある
いは発振波長の変動により生じる反射光の位相ゆらぎに
起因する強度雑音をレーザの出力強度Ｓを標準偏差によ
って表わすと２　％くΔ（ＣＯＳ　（θ））〉　　　　　　　　　　・・・
・・・（１）となる。

ここでτｐ　：光子寿命＋　ｔｒ：共振器を光が一周す
る時間、ｒ（：外部反射点での電界反射率。

■＝注入電流＋Ｉｔｈ：Ｌきい値電流、θ：戻り光の位
相＋　Ｒｅｆｔ　　’レーザ光出力面での等価反射率で
ある。（１）式から戻り光の影響を低減するには、 ■レーザ光出射面での等価反射率Ｒｅｒｆを大きくする ■レーザ使用時の電流Ｉを大きくとることなどが有効である。ところが、■の条件はレーザの
変調時のバイアス電流を大きくしなければならず、消光
比が低下することから実用的とはいえない。そこで■の
条件、即ちＲ６ｆｔを大きくすることが有効となってく
る。レーザ出射光端面での光の反射がなく実効的にＲｅ
ｆｆを大きくする方法としてはブラッグ反射器が考えら
れる。

第３図は同じ結合係数ＫＬにおける等偏屈折率Ｒｅｆｆ
をＤＦＢ−ＬＤとＤＢＲ−ＬＤで比歓した例である。こ
の結果からするとＲ８ｆｔを増加するにはブラッグ反射
器を使用する方が有効であることがわかる。そこで本発
明では分布帰還型レーザにブラッグ反射器を付加するこ
とにより戻り光誘起現象をおさえる構造を採用している
。

また、本発明のブラッグ反射領域は、活性層がなく光ガ
イド層のみであることや、光ガイド層へのキャリア注入
を防ぐための電流狭窄層がもうけられている（フリーキ
ャリア吸収）から光吸収係数を小さくすることができ、
レーザのしきい値電流をおさえることができる。このた
め、ブラッグ反射領域を設けたことに起因するしきい値
電流の増加を防ぐことが可能となる。

（実施例）次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例の断面図（断面は共振
器軸を通り基板主平面に垂直な面にある）、第１図（ｂ
）は本図（ａ）のｘ−ｘ’線断面図、第１図（ｃ）は本
図（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。第２図（ａ）〜（
ｃ）はその実施例の製造方法を説明するために、各工程
において形成される半導体チップを工程順に配置して示
す断面図（断面は第１図（ａ）と同じ位置にある）であ
る。

本実施例の製造においては、まず第２図（ａ）に示すよ
うにｎ−ＩｎＰからなる半導体基板５上に一部位相が反
転した５−１を有するλ／４シフト型回折格子となる周
期的凹凸５−２．５−３を形成する。次に、周期的凹凸
５−２．５−３が形成された半導体塞板５上にｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰからなる光ガイド屑６．ｎ−ＩｎＰからなる
選択エツチングストップ層７．ノンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐからなる活性層８．ｐ−ＩｎＰからなるクラッド壇９
を順次積層した二重へテロ接合結晶を成長する。次に、
二重チャンネルメサ構造を形成するためのメサエッチン
グを行なう（図示していない）。その後、第２図（ｂ）
に示すように形成した二重チャンネルメサ構造のメサ部
の一領域（第１及び第２ブラック反ａ・ｆ領域となる部
分）ｐ−ＩｎＰ１４を例えば塩酸＋リン酸液により取り
除き、つづいて、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ１５を例え
ば硫酸十過酸化水素＋水液により収り除く。

次に第２図（ｃ）に示すようにｐ−ＩｎＰ層１０゜ｎ−
ＩｎＰからなる電流狭′ｆ５１４１１　、　ｐ　　Ｉ　
ｎ　Ｐ　Ｋ４１２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなるオーミ
ックコンタクト刹１３をｌｌｆｆ次積層する埋め込み結
晶成長を行なう、この時の結晶成長を液リウ結晶成長法
により埋め込み結晶成長を行なうとメサ部のｐ−ＩｎＰ
クラッド層９及び活性ＩＰＪ８を取り除いていないレー
ザ発光領域１と収り除いた第１及び第２のブラッグ反射
領域２，３ではそれぞれ第１図（ｂ）。

（ｃ）に示したように異なった形に埋め込まれる。

これにより第１及び第２のブラッグ反射領域のメサ部上
部には電流狭９ｉ５層が形成される。次にレーザ発光領
域上部ｎ−ＩｎＧａＡｓＰにＺｎ拡散１６を行なう。

その後、ｐ側オーミック電′＃１１７．　ｎ側オーミッ
ク＄％１８を形成し、５−１の回折格子位相シフト部が
共振器方向のほぼ中央となるようにへき開などで半導体
レーザチップとしその光出射面に無反射コーティング膜
４−１．４−２を形成する。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、ブラッグ反射領
域から戻り光の一部が反射されることやレーザ発光部で
の電界強度が増加することにより、従来型のλ／４シフ
ト分布帰還型半導体レーザよりも戻り光誘起雑音が少な
く、しかも従来型とほぼ同程度の確率で単一軸モード発
振し、しきい値電流も小さな半導体レーザが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例の断面図、第１図（ｂ
）は第１図（ａ）のｘ−ｘ’轢断面図、第１図（ｃ）は
第１図（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図、第２図（ａ）〜（ｃ
）は第１図実施例の製造方法の各工程において形成され
る半導体チップを工程順に示す断面図、第３図は同じ結
合係数ＫＬの回折格子をＤＦＢとじて用いたときとＤＢ
Ｒとして用いたときとの等価反射率Ｒ８ｒｒを比較して
示す図、第４図は従来のブラッグ反射領域付λ／４シフ
ト型分布帰還レーザの構造図である。１・・・レーザ発光領域、２・・・第１のブラッグ反射
領域、３・・・第２のブラッグ反射領域、４．４−１゜
４−２・・・端面無反射膜、５−１・・・λ／４シフト
を回折格子、５−２．５−３・・・回折格子、６・・・
ｎ　−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、７−・・ｎｎ−１ｎ
Ｐ、８・・・ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、９・・
・ｐ−ＩｎＰクラッド層、１０・・・ｐ−１ｎＰ第１埋
め込み層、１１・・・ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層、１２
・・・ｐ−ＩｎＰＭ、１３−・ｎ−Ｉ　ｎＧａＡｓＰｌ
、１４−・・エツチングされるｐ−１ｎＰ領域、１５・
・・エツチングされるＩ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ活性
層領域、１６・・・Ｚｎ拡散領域、１７・・・ｐ側オー
ミック電極、１８・・・ｎ側オーミック電極。

Claims

【特許請求の範囲】半導体基板上に少なくとも活性層と、この活性層よりも
禁制帯幅が大きくかつ一方の面に一部位相が反転した回
折格子を形成した光ガイド層とを有するλ／４シフト型
分布帰還型半導体レーザにおいて：共振軸方向においてほぼ中央に前記反転した位相の回折
格子を有し、前記活性層と前記光ガイド層を少なくとも
有するレーザ発光領域と；このレーザ発光領域の前記共振軸方向の両端に隣接して
設けられた領域であって、前記レーザ発光領域の前記回
折格子に前記両端で位相が一致し連続した回折格子と前
記光ガイド層と電流狭窄層とをそれぞれ有する第１及び
第２のブラッグ反射領域と；これら第１及び第２のブラッグ反射領域の前記レーザ発
光領域と接していない方の端面にそれぞれ形成された無
反射膜とを含んでなることを特徴とする分布帰還型半導
体レーザ。