JPS6329596A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS6329596A JPS6329596A JP61174119A JP17411986A JPS6329596A JP S6329596 A JPS6329596 A JP S6329596A JP 61174119 A JP61174119 A JP 61174119A JP 17411986 A JP17411986 A JP 17411986A JP S6329596 A JPS6329596 A JP S6329596A
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- semiconductor
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
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】
この発明は、例えば光フアイバ通信や光情報処理の光源
として使用する半導体レーザに関するものである。
として使用する半導体レーザに関するものである。
第３図は例えば雑誌（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ。
ｔｅｒｓ。
第１８巻、第２３号、第１００６頁〜第１００８頁、（
１９ｓ ２年））に示された分布帰還型（ＤＦＢ ）半
導体レーザを示す断面図であり、図において、（１）は
第１導電型の基板で、例えばｎ−Ｉｎｐ基板、（３）は
ＩｎＧａＡｓＰ活性層、（４）は第２導電型の半導体ガ
イド層で、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド、１、（６）は第
２導電型の半導体クラッド層で、ｐ−ＩｎＰクラッド層
、（７）は第２導電型のキャップ層で、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰキャップ層、（８）はｎ電極、（９）はｐ電極、α
Ｏは回折格子であり、ガイド層（４）のクラッド層（６
）側に凹凸を形成してガイド、＠（４）の厚みを周期的
に変化させている。この場合は第１導電型をｎ型、第２
導電型をｐ型としているが、逆の導電型で構成すること
もできる。
１９ｓ ２年））に示された分布帰還型（ＤＦＢ ）半
導体レーザを示す断面図であり、図において、（１）は
第１導電型の基板で、例えばｎ−Ｉｎｐ基板、（３）は
ＩｎＧａＡｓＰ活性層、（４）は第２導電型の半導体ガ
イド層で、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド、１、（６）は第
２導電型の半導体クラッド層で、ｐ−ＩｎＰクラッド層
、（７）は第２導電型のキャップ層で、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰキャップ層、（８）はｎ電極、（９）はｐ電極、α
Ｏは回折格子であり、ガイド層（４）のクラッド層（６
）側に凹凸を形成してガイド、＠（４）の厚みを周期的
に変化させている。この場合は第１導電型をｎ型、第２
導電型をｐ型としているが、逆の導電型で構成すること
もできる。
次に動作について説明する。従来のＤＦＢレーザは上記
のような構造であり、ｎ電極（８）とｐ電極（９）の間
に順方向バイアスを加えると、ｎ電極（８）からは電子
が、ｐ電極（９）からは正孔が注入され、活性層（３）
で再結合がおこり、発光する。この素子は屈折率の大き
な活性層（３）やガイド層（４）を、屈折率の小さなｎ
−ＩｎＰ基板（１）とクラッド層（６）ではさんだ導波
路構造なっているため、発光した光は活性ｉ （３）と
ガイド層（４）内を層に平行な方向に伝搬する。また、
ガイド層（４）の上に回折格子００を形成しているため
、回折格子（ＩＯの方向に実効的な屈折率の周期的な変
化が生じている。この回折格子α０の周期を、発光した
光がブラッグ反射を受ける周期にしておけば、そのブラ
ッグ反射条件を満たす波長の光のみが導波路構造の中で
反射をくりかえし発振する。
のような構造であり、ｎ電極（８）とｐ電極（９）の間
に順方向バイアスを加えると、ｎ電極（８）からは電子
が、ｐ電極（９）からは正孔が注入され、活性層（３）
で再結合がおこり、発光する。この素子は屈折率の大き
な活性層（３）やガイド層（４）を、屈折率の小さなｎ
−ＩｎＰ基板（１）とクラッド層（６）ではさんだ導波
路構造なっているため、発光した光は活性ｉ （３）と
ガイド層（４）内を層に平行な方向に伝搬する。また、
ガイド層（４）の上に回折格子００を形成しているため
、回折格子（ＩＯの方向に実効的な屈折率の周期的な変
化が生じている。この回折格子α０の周期を、発光した
光がブラッグ反射を受ける周期にしておけば、そのブラ
ッグ反射条件を満たす波長の光のみが導波路構造の中で
反射をくりかえし発振する。
〔発明が解決しようとする問題放つ
上記のような従来の半導体レーザは、回折格子によるガ
イド層の膜厚の変化によって屈折率の周期的な変化を形
成しているため、幾何学的に光との結合定数が決められ
る。
イド層の膜厚の変化によって屈折率の周期的な変化を形
成しているため、幾何学的に光との結合定数が決められ
る。
通常回折格子は化学エツチングにより形成されており、
この方向ではエツチングの深さは限界がある。このため
、屈折率の周期的な変化を形成するのに限界があり、結
合定数も大きくできないという問題点があった。まｔこ
回折格子上に、クラッド層を再成長させる時、回折格子
が一部メルトバックされるなどの問題があった。
この方向ではエツチングの深さは限界がある。このため
、屈折率の周期的な変化を形成するのに限界があり、結
合定数も大きくできないという問題点があった。まｔこ
回折格子上に、クラッド層を再成長させる時、回折格子
が一部メルトバックされるなどの問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、結合定数を大きくでき、このため低しきい
値電流で発振し、かつ波長の安定した半導体レーザを得
ることを目的とする。
れたもので、結合定数を大きくでき、このため低しきい
値電流で発振し、かつ波長の安定した半導体レーザを得
ることを目的とする。
この発明に係る半導体レーザ素子は、電極間に、第１導
電型の半導体クラッド層、半導体活性層、反活性層側に
回折格子を有する第２導電型の半導体ガイド層、および
第２導電型のクラッド層をこの順に配置した半導体レー
ザ素子において、回折格子の第２導電型のクラッド層側
に第１導電型の半導体層を形成したものである。
電型の半導体クラッド層、半導体活性層、反活性層側に
回折格子を有する第２導電型の半導体ガイド層、および
第２導電型のクラッド層をこの順に配置した半導体レー
ザ素子において、回折格子の第２導電型のクラッド層側
に第１導電型の半導体層を形成したものである。
この発明）こおいては、ガイド１と回折格子に形成され
た半導体層とクラッド層とでｐ−ｎ−ｐあるいはｎ−ｐ
−ｎ接合が形成されるため、回折格子の半導体層が形成
されていない部分にキャリアが集中するが、プラズマ効
果によりその部分の屈折率は減少する。この屈折率の減
少は回折格子による屈折率の周期的な変化を大きくする
方向に作用し、光との結合が強くなる。
た半導体層とクラッド層とでｐ−ｎ−ｐあるいはｎ−ｐ
−ｎ接合が形成されるため、回折格子の半導体層が形成
されていない部分にキャリアが集中するが、プラズマ効
果によりその部分の屈折率は減少する。この屈折率の減
少は回折格子による屈折率の周期的な変化を大きくする
方向に作用し、光との結合が強くなる。
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図である。（１
） 、 （３） 、 （４） 、 （６）〜αＯは上記
従来素子と同一、又は相当部分を示すものであｌ） 、
（２）は第１導電型の半導体クラッド層で、この場合は
ｎ−ＩｎＰクラ、ノド層、（５）は回折格子のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層（６）側に形成した第１導電型の半導体層
で、この場合はｎ−ＩｎＰ層である。
） 、 （３） 、 （４） 、 （６）〜αＯは上記
従来素子と同一、又は相当部分を示すものであｌ） 、
（２）は第１導電型の半導体クラッド層で、この場合は
ｎ−ＩｎＰクラ、ノド層、（５）は回折格子のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層（６）側に形成した第１導電型の半導体層
で、この場合はｎ−ＩｎＰ層である。
以下、その製造過程を述べることによって構造を説明す
る。ｎ−ＩｎＰ基板（１）上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層
（２） 、 ＩｎＧａＡｓＰ活性層（３） 、 ｐ−
ＩｎＧａＡｓＰガイド、’ｆＪ！４）ｎ−ＩｎＰ層（５
）を例えば液相エピタキシャル成長法によってこの順に
結晶成長させる。次に、三光束干渉法等によってパ々−
ン形成後、化学エツチング等でｎ−ＩｎＰ層（５）を一
部つきぬけるようにエツチングを行ない分布帰還用回折
格子αｉを形成する。さらニｐ−ＩｎＰクラッド層（６
）、 ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ啜（７）を結晶成
長させる。この時ｐ−ＩｎＰクラッド層（６）とｎ−Ｉ
ｎＰ層（５）とは導電型関与物質以外の組成の成分元素
と比率が実質的に同じになるように構成している。この
導電型関与物質はｎ−ＩｎＰ層（５）では例えばシリコ
ンやスズなどを用い、ｐ−ＩｎＰクランド層（６）では
亜鉛やカドミウムなどを用いている。
る。ｎ−ＩｎＰ基板（１）上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層
（２） 、 ＩｎＧａＡｓＰ活性層（３） 、 ｐ−
ＩｎＧａＡｓＰガイド、’ｆＪ！４）ｎ−ＩｎＰ層（５
）を例えば液相エピタキシャル成長法によってこの順に
結晶成長させる。次に、三光束干渉法等によってパ々−
ン形成後、化学エツチング等でｎ−ＩｎＰ層（５）を一
部つきぬけるようにエツチングを行ない分布帰還用回折
格子αｉを形成する。さらニｐ−ＩｎＰクラッド層（６
）、 ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ啜（７）を結晶成
長させる。この時ｐ−ＩｎＰクラッド層（６）とｎ−Ｉ
ｎＰ層（５）とは導電型関与物質以外の組成の成分元素
と比率が実質的に同じになるように構成している。この
導電型関与物質はｎ−ＩｎＰ層（５）では例えばシリコ
ンやスズなどを用い、ｐ−ＩｎＰクランド層（６）では
亜鉛やカドミウムなどを用いている。
上記のように構成されたＤＦＢ半導体レーザにおいては
、ｎ電極（８）とｐ電極（９）の間に順方向バイアスを
加えると、従来例と同様に活性層（３）にむかってキャ
リアが注入されるが、ｐ側から注入さセる正孔は、ｐ−
ＩｎＰクラッド層（６）、ｎ−ＩｎＰ層（５）、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰガイドＭ（４）の部分がｐ−ｎ−ｐ接合に
なっているため、ｐ−ＩｎＰクラッド層（６）とｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰガイド層（４）のｐ−ｐのへテロ接合部に
集中する。一方、ガイド層（４）はクラッド層（６）よ
り屈折率が大きいため、回折格子００による実効屈折率
の周期的な変化を考えると、回折格子００のｎ−ＩｎＰ
、９ （５）が形成されている部分の屈折率はガイド
層（４）の厚さが厚いため大きく、ｎ−ＩｎＰ層（５）
が取除かれた部分の屈折率はガイド層（４）の厚さがそ
れより若干薄くなるため小さくなるように形成されてい
る。ここで回折格子αＯのｐ−ｐのへテロ接合部に乗申
した正孔のプラズマ効果によりその部分の屈折率が減少
し、回折格子ｑ０の形状で決まっている実効屈折率の周
期的な変化を大きくするように作用する。従来例と同様
に、活性層（３）において発光した光は、効率よく実効
屈折率の変化により反射し、発振する。ジだ、この実施
例では、ｐ−ＩｎＰクラ７ド層（６）をｎ−ＩｎＰ層（
５）に再成長を行なう時、導電型関与物質以外の組成が
実質的に同じであるためメルトバックされるおそれがな
く、エツチングによって形成された回折格子はそのまま
保存される。
、ｎ電極（８）とｐ電極（９）の間に順方向バイアスを
加えると、従来例と同様に活性層（３）にむかってキャ
リアが注入されるが、ｐ側から注入さセる正孔は、ｐ−
ＩｎＰクラッド層（６）、ｎ−ＩｎＰ層（５）、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰガイドＭ（４）の部分がｐ−ｎ−ｐ接合に
なっているため、ｐ−ＩｎＰクラッド層（６）とｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰガイド層（４）のｐ−ｐのへテロ接合部に
集中する。一方、ガイド層（４）はクラッド層（６）よ
り屈折率が大きいため、回折格子００による実効屈折率
の周期的な変化を考えると、回折格子００のｎ−ＩｎＰ
、９ （５）が形成されている部分の屈折率はガイド
層（４）の厚さが厚いため大きく、ｎ−ＩｎＰ層（５）
が取除かれた部分の屈折率はガイド層（４）の厚さがそ
れより若干薄くなるため小さくなるように形成されてい
る。ここで回折格子αＯのｐ−ｐのへテロ接合部に乗申
した正孔のプラズマ効果によりその部分の屈折率が減少
し、回折格子ｑ０の形状で決まっている実効屈折率の周
期的な変化を大きくするように作用する。従来例と同様
に、活性層（３）において発光した光は、効率よく実効
屈折率の変化により反射し、発振する。ジだ、この実施
例では、ｐ−ＩｎＰクラ７ド層（６）をｎ−ＩｎＰ層（
５）に再成長を行なう時、導電型関与物質以外の組成が
実質的に同じであるためメルトバックされるおそれがな
く、エツチングによって形成された回折格子はそのまま
保存される。
第２図は、第１導電型の半導体層（５）として、ガイド
層（４）と導電型の異なる層を形成する場合の他の実施
例を示すもので、第１図におけるｎ−ＩｎＰ層（５）の
変わりに、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層（４）の導電型
関与物質以外の組成と実質的に同じ組成のｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ層αηにしている。上記実施例による素子におい
て、ｎ−ＩｎＰ層（５）の屈折率がｐ−ＩｎＰクラッド
層（６）と等しいために、実効的に回折格子が浅くなり
、ある程度屈折率変化が小さくなってしまう。一方、こ
の実施例ではｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層αυにすることによ
り、屈折率変化が小さくなることを防ぐ。
層（４）と導電型の異なる層を形成する場合の他の実施
例を示すもので、第１図におけるｎ−ＩｎＰ層（５）の
変わりに、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層（４）の導電型
関与物質以外の組成と実質的に同じ組成のｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ層αηにしている。上記実施例による素子におい
て、ｎ−ＩｎＰ層（５）の屈折率がｐ−ＩｎＰクラッド
層（６）と等しいために、実効的に回折格子が浅くなり
、ある程度屈折率変化が小さくなってしまう。一方、こ
の実施例ではｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層αυにすることによ
り、屈折率変化が小さくなることを防ぐ。
さらに、第２図において、回折格子ＧＯのクラッド層（
６）側の第１導電型の半導体層をｐ−ＩｎＧａＡｓＰガ
イド層（４）と同じ組成で形成しているが、これより屈
折率の大きな組成にすることにより、実効屈折率の変化
を大きくさせることができる。例えば、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓ層にすると、回折格子αＯによる実効屈折率の周期的
変化が大きくなり、上記実施例の効果に加えて、さらに
屈折率の周期的な変化を大きくすることができる。
６）側の第１導電型の半導体層をｐ−ＩｎＧａＡｓＰガ
イド層（４）と同じ組成で形成しているが、これより屈
折率の大きな組成にすることにより、実効屈折率の変化
を大きくさせることができる。例えば、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓ層にすると、回折格子αＯによる実効屈折率の周期的
変化が大きくなり、上記実施例の効果に加えて、さらに
屈折率の周期的な変化を大きくすることができる。
上記実施例では、導電性ｎ−ＩｎＰ基板を使用したＤＦ
Ｂ半導体レーザについて述べたが、半絶縁性ＩｎＰ基板
あるいは、ｐ−ＩｎＰ基板を用いた素子に適用してもよ
い。上記実施例と導電型を逆に構成する場合は、ｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層、ｐ−ＩｎＥｉ、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層
の部分はｎ−Ｐ−ｎ接合となり、上記実施例と同様の効
果を奏する。
Ｂ半導体レーザについて述べたが、半絶縁性ＩｎＰ基板
あるいは、ｐ−ＩｎＰ基板を用いた素子に適用してもよ
い。上記実施例と導電型を逆に構成する場合は、ｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層、ｐ−ＩｎＥｉ、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層
の部分はｎ−Ｐ−ｎ接合となり、上記実施例と同様の効
果を奏する。
また、上記実施例では、ＩｎＰ系材料を使用したＤＦＢ
半導体レーザについて述べたが、ＧａＡｓ 系’Ｍ料を
使用した素子に適用できることは言うまでもない。
半導体レーザについて述べたが、ＧａＡｓ 系’Ｍ料を
使用した素子に適用できることは言うまでもない。
以上のように、この発明によれば、！極間に、第１導電
型の半導体クラッド層、半導体活性層、反活性層側に回
折格子を有する第２導電型の半導体ガイド層、および第
２導電型のクランド層をこの順に配置した半導体レーザ
素子において、回折格子の第２導電型のクラッド層側に
第１導電型の半導体層を形成することにより、結合定数
を大きくでき、このため低しきい値電流で発振し、波長
の安定した半導体レーザが得られる効果がある。
型の半導体クラッド層、半導体活性層、反活性層側に回
折格子を有する第２導電型の半導体ガイド層、および第
２導電型のクランド層をこの順に配置した半導体レーザ
素子において、回折格子の第２導電型のクラッド層側に
第１導電型の半導体層を形成することにより、結合定数
を大きくでき、このため低しきい値電流で発振し、波長
の安定した半導体レーザが得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザを示す
断面図、第２図はこの発明の他の実施例を示す断面図、
第３図は従来の分布帰還型半導体レーザを示す断面図で
ある。 図において、（２）は第１導電型の半導体クラッド層、
（３）は半導体活性層、（４）は第２導電型の半導体ガ
イド層、（５）は第１導電型の半導体層、（６）は第２
導電型の半導体クラッド層、（８）、（９）は電極、α
Ｏは回折格子である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
断面図、第２図はこの発明の他の実施例を示す断面図、
第３図は従来の分布帰還型半導体レーザを示す断面図で
ある。 図において、（２）は第１導電型の半導体クラッド層、
（３）は半導体活性層、（４）は第２導電型の半導体ガ
イド層、（５）は第１導電型の半導体層、（６）は第２
導電型の半導体クラッド層、（８）、（９）は電極、α
Ｏは回折格子である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (4)
- （１）電極間に、第１導電型の半導体クラッド層、半導
体活性層、反活性層側に回折格子を有する第２導電型の
半導体ガイド層、および第２導電型のクラッド層をこの
順に配置した半導体レーザにおいて、上記回折格子の第
２導電型のクラッド層側に第１導電型の半導体層を形成
したことを特徴とする半導体レーザ。 - （２）回折格子の第１導電型の半導体層の導電型関与物
質以外の組成を、第２導電型のクラッド層の導電型関与
物質以外の組成と実質的に同一にしたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ。 - （３）回折格子の第１導電型の半導体層の導電型関与物
質以外の組成を、第２導電型の半導体ガイド層の導電型
関与物質以外の組成と実質的に同一にしたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ。 - （４）回折格子の第１導電型の半導体層の導電型関与物
質以外の組成を、第２導電型の半導体ガイド層の屈折率
より大きな屈折率を有する組成にしたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61174119A JPS6329596A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61174119A JPS6329596A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6329596A true JPS6329596A (ja) | 1988-02-08 |
Family
ID=15972971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61174119A Pending JPS6329596A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6329596A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02185087A (ja) * | 1989-01-12 | 1990-07-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JPH02133667U (ja) * | 1989-04-11 | 1990-11-06 | ||
| JPH03145780A (ja) * | 1989-10-31 | 1991-06-20 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
| WO1992007401A1 (en) * | 1990-10-19 | 1992-04-30 | Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser |
-
1986
- 1986-07-22 JP JP61174119A patent/JPS6329596A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02185087A (ja) * | 1989-01-12 | 1990-07-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JPH02133667U (ja) * | 1989-04-11 | 1990-11-06 | ||
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| WO1992007401A1 (en) * | 1990-10-19 | 1992-04-30 | Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser |
| US5289494A (en) * | 1990-10-19 | 1994-02-22 | Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser |
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