KR100572745B1 - 분포귀환형 레이저장치 - Google Patents

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KR100572745B1
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오쿠누키유이치로
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

제조변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제하고, 제조수율을 향상시킬 수 있는 분포귀환형 레이저장치를 얻을 수 있는 InP기판(1)상에 설치되며, 활성층(4)의 양측에 위치하는 클래드층과, 클래드층 중 어느 한쪽중에, 클래드층과 굴절률이 다르며, 광의 출사방향에 소정 피치로, 그 출사방향에 교차하는 방향으로 연장되는 그레이팅 바 형상을 갖는, 회절격자(6)를 구비하고, 회절격자와 떨어져 클래드층내에 위치하며, 회절격자의 조성과 동일한 조성을 갖는 적어도 한층의 광분포 조정층(2)을 구비한다.
분포귀환형 레이저장치, 회절격자, 클래드층, 굴절률, 활성층

Description

분포귀환형 레이저장치{DISTRIBUTED FEEDBACK LASER DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 분포귀환형 레이저장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에서, 회절격자막상에 클래드막을 성막한 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 회절격자막과 클래드막을 패터닝하여 회절격자를 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 회절격자막이 두꺼워지도록 변동한 경우에서, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 벗어나는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 회절격자막이 얇아지도록 변동한 경우에서, 광의 전계강도 분포가 회절격자에 가까워지도록 변동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 분포귀환형 레이저장치의 회절격자의 층두께가 변동한 경우, 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남을 계산한 결과이다.
도 7은 도 1의 분포귀환형 레이저장치의 회절격자의 굴절률이 변동한 경우, 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남을 계산한 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에서의 분포귀환형 레이저장치를 나타내는 도면이 다.
도 9는 도 8의 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에서, 회절격자막상에 클래드막을 성막한 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 회절격자막과 클래드막을 패터닝하여 회절격자를 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 회절격자막이 두꺼워지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 변동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 회절격자막이 얇아지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에 가까워지도록 변동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예 3에서의 분포귀환형 레이저장치를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에서, 회절격자막상에 클래드막을 성막한 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는 회절격자막과 클래드막을 패터닝하여 회절격자를 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 16은 회절격자의 하측에 위치하는 하측 클래드층이 두꺼워지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에 가까워지도록 변동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 17은 회절격자의 하측에 위치하는 하측 클래드층이 얇아지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 변동하는 것을 나타내 는 도면이다.
도 18은 도 13의 분포귀환형 레이저장치의 상측 클래드층의 막두께가 변동한 경우, 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남을 계산한 결과이다.
도 19는 본 발명의 실시예 4에서의 분포귀환형 레이저장치를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 19의 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에서, 회절격자막상에 클래드막을 성막한 상태를 나타내는 도면이다.
도 21은 회절격자막과 클래드막을 패터닝하여 회절격자를 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 22는 회절격자가 두꺼워지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 벗어나는 것을 나타내는 도면이다.
도 23은 회절격자가 얇아지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 벗어나는 것을 나타내는 도면이다.
도 24는 회절격자의 하측에 위치하는 하측 클래드층이 두꺼워지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에 가까워지도록 변동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 25는 회절격자의 하측에 위치하는 하측 클래드층이 얇아지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 변동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 26은 도 19의 분포귀환형 레이저장치에서, 하측 클래드층이 변동한 경우 의, 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과이다.
도 27은 도 19의 분포귀환형 레이저장치에서, 회절격자의 두께가 변동한 경우의, 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과이다.
도 28은 도 19의 분포귀환형 레이저장치에서, 회절격자의 굴절률이 변동한 경우의, 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과이다.
도 29는 본 발명의 실시예 5에서의 분포귀환형 레이저장치를 나타내는 도면이다.
도 30은 도 29의 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에서, 회절격자막상에 클래드막을 성막한 상태를 나타내는 도면이다.
도 31은 회절격자막과 클래드막을 패터닝하여 회절격자를 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 32는 회절격자가 두꺼워지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 벗어나는 것을 나타내는 도면이다.
도 33은 회절격자가 얇아지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 벗어나는 것을 나타내는 도면이다.
도 34는 회절격자의 하측에 위치하는 하측 클래드층이 두꺼워지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에 가까워지도록 변동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 35는 회절격자의 하측에 위치하는 하측 클래드층이 얇아지도록 변동한 경우에, 광의 전계강도 분포가 회절격자에서 멀리 떨어지도록 벗어나는 것을 나타내 는 도면이다.
도 36은 본 발명의 실시예 6에서의 반도체광장치를 나타내는 도면이다.
도 37은 종래의 분포귀환형 레이저장치를 나타내는 도면이다.
도 38의 (a)는 활성층과 회절격자와의 사이의 거리가 광결합 계수에 영향을 주는 것을 나타내는 도면이고, (b)는 파상회절격자의 높이가 광결합 계수에 영향을 주는 것을 나타내는 도면이다.
도 39는 종래의 다른 분포귀환형 레이저장치를 나타내는 도면이다.
도 40은 도 39에 나타내는 분포귀환형 레이저장치에서, 활성층과 회절격자와의 사이의 거리를 결정하는 클래드층의 두께가 변동했을 때의 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과이다.
도 41은 도 39에 나타내는 분포귀환형 레이저장치에서, 회절격자의 두께변동에 의한 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과이다.
도 42는 도 39에 나타내는 분포귀환형 레이저장치에서, 회절격자의 굴절률 변동에 의한 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: n도전형 InP기판 2: n도전형 InGaAsP층(광분포 조정층)
3: n도전형 InP층 4: InGaAsP 활성층
5: p도전형 InGaAsP층 6: n도전형 InGaAsP 회절격자 또는 회절격자막
7, 8, 9, 10: p도전형 InP층
12, 12a, 12b: p도전형 InGaAsP층(광분포 조정층)
16: p도전형 InGaAsP 회절격자 또는 회절격자막
18a, 18b: 클래드층 20: 분포귀환형 레이저장치
25a, 25b, 25c: 전극 30: 변조기
34: 흡수층 E: 실제의 전계강도 분포
Edesign: 설계에서의 전계강도 분포.
본 발명은, 주로 광파이버 통신에 사용되는 분포귀환형 레이저장치에 관한 것이다.
광파이버 통신에 사용되는 분포귀환형 레이저장치는, 공진기내에 회절격자를 갖는 레이저장치로서, 이 회절격자의 주기에 대응한 발진파장으로 발진하므로, 고속변조 동작시에서도 단일종모드로 안정하여 동작한다. 이 때문에, 장거리 또는 높은 비트 레이트의 광파이버 통신에 많이 사용되고 있다. 분포귀환형 레이저장치의 특성을 크게 좌우하는 파라미터의 하나에 광결합 계수가 있다. 이 파라미터는 레이저의 임계치전류나 슬로프(slope) 효율이라 했던 정특성(靜特性)뿐만 아니라, 잡음특성 및 동특성에도 크게 영향을 준다.
종래의 분포귀환형 레이저장치로서는, 예컨대, 도 37 및 도 38의 (a), (b)에 나타내는 장치가 있다(일본 특허공개2000-114652호 공보). 이 분포귀환형 레이저장 치(120)에서는, n도전형 InP기판(115)상에, 밑으로부터 순서대로, (1)n도전형 Inp 클래드층(116), (2)InGaAsP 광트랩층(117, 118) (3)활성층(119), (4)InGaAsP 광트랩층(120, 121), (5)회절격자(106), (6)p도전형 InP 클래드층(122), (7)p도전형 InGaAs 콘택트층(123)이 적층되어 있다.
도 38의 (a)에 나타내는 분포귀환형 레이저장치에서의 발진광인 레이저광의 장치의 두께 방향에 따른 광 강도는, 도 38의 (b)에 나타내는 바와 같이, 활성층을 중심으로 상하로 넓어져 분포한다. 도 38의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 회절격자 높이 h, 즉 파장의 진폭 및 회절격자(106)와 활성층(119)과의 거리 H에 강하게 의존한다.
그러나, 회절격자 높이 h는, 회절격자를 형성할 때의 에칭깊이의 변동 등에 의해 크게 변동한다. 회절격자의 에칭은, 폭 O.2um 정도의 미소한 영역의 에칭이므로, 에칭레이트의 웨이퍼 면내 변동이 크고, 또한 제조시마다, 즉 런투 런(run to run)에서의 변동도 크다. 이 때문에, 광결합 계수는, 회절격자 높이 h의 변동의 크기에 따라 변동하게 된다. 또한, 실제로는, 이것에 더하여 결정성장에서의 층두께 변동의 영향도 가해진다. 예컨대, InGaAsP 광트랩(trap)층(120, 121)이 두꺼워지거나, 또는 InGaAsP 광트랩층(118, 120) 또는 그 외측의 광트랩층(117, 121)이 두꺼워지는 경우, 회절격자(106)와 활성층(119)과의 거리 H가 커진다. 이 때문에, 회절격자와 중첩되는 광 강도가 감소하고, 광결합 계수는 작아진다. 이와 같이, 도 37 과 같은 분포귀환형 레이저장치에 있어서는, 제조시의 약간의 막두께 변동이나, 조성변동에 기인하는 굴절률 변동에 의해, 광결합 계수는 크게 변동하고, 분포귀환형 레이저장치를 수율 좋게 제조하는 것은 어렵다.
한편, 상기한 회절격자 높이 h의 변동의 영향을 받지 않은 분포귀환형 레이저장치로서, 예컨대, 도 39에 나타내는 바와 같은 장치가 제안되어 있다(Journal of Lightwave Technology vol.7(1989) pp2O72-2077). 이 분포귀환형 레이저장치(120)에서는, InP기판(115)상에, 밑으로부터 순서대로, (1)InP 클래드층(122a), (2)활성층, (3)InP 클래드층(122b), (4)회절격자(106), (5)InP 클래드층(122c)이 적층되어 있다. 도 39에 나타내는 분포귀환형 레이저장치의 광결합 계수는, 2개의 층두께 dInP(InP 클래드층(122b)의 두께) 및 dgrating, 회절격자의 굴절률 및 회절격자의 단면형상에 의해 결정된다. 이 때문에, 상기 회절격자가 소정 피치로 그레이팅 바(grating bar) 모양이 배치되는 구조라면, 광결합 계수는 전술한 에칭깊이에 의존하지 않는다. 따라서, 도 37에 나타낸 분포귀환형 레이저장치의 광결합 계수의 변동의 주요인인 회절격자 높이 h에 대응하는 요인이 없다. 이 때문에, 도 39에 나타내는 분포귀환형 레이저장치의 광결합 계수의 변동은, 도 37에 나타내는 분포귀환형 레이저장치에 비교하면 작다.
그러나, 층두께와 굴절률은 성막 처리공정에서 정해지므로, 성막처리장치에서의 막성장 속도나 조성의 성막처리시마다의 변동, 각각의 성막처리장치 고유의 막성장 속도나 조성의 면내 분포의 영향을 강하게 받는다. 이들 변동의 영향을 받아, 막성장 처리시 사이에서, 또한 웨이퍼 면내에서 광결합 계수는 변동을 갖는다.
이후의 설명에서, 성막처리란, (g1)베이스막과 결정방위의 정합성을 갖는 에피택셜(epitaxial)막을 성장시키는 경우도, 또한 (g2)결정방위의 정합성을 문제로 하지 않고 결정막 또는 비정질막을 성막하는 경우도 포함한다. 후자의 (g2)의 경우는, 다결정막을 퇴적하는 경우 등이 대응한다.
도 40에, 층두께 dInP의 변동에 기인하는 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과를 나타낸다. 또한, 도 41에, 층두께 dgrating의 변동에 기인하는 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과를 나타낸다. 또한, 도 42에, 회절격자의 굴절률의 변동에 기인하는 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과를 나타낸다. 이것들의 계산결과에 의하면, ±25%의 층두께변동, 또는 ±1%의 굴절률 변동에 의해, 광결합 계수는 ±14∼25%도 변동하는 것을 안다. 이와 같은 광결합 계수의 변동에 의해, 분포귀환형 레이저장치의 특성은 크게 변동하고, 그 제조수율의 향상이 방해되어 왔다.
본 발명은, 성막처리시 사이의 변동, 성막처리장치 사이의 변동 및 웨이퍼 면내 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제하고, 제조수율을 향상시킬 수 있는 분포귀환형 레이저장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치는, 반도체기판 상에 설치되고 활성층의 양측에 위치하는 클래드층(cladding layer)과, 클래드층 중 어느 한쪽 내부에, 클래 드층과 굴절률이 다르며, 광의 출사방향으로 소정 피치에서 그것의 출사방향에 교차하는 방향으로 연장되는 그레이팅 바(grating bar) 형상을 갖는 회절격자를 구비한 레이저 발진장치이다. 이 레이저 발진장치는, 회절격자와 떨어져 클래드층 내부에 위치하고, 회절격자의 조성과 동일한 조성을 갖는 적어도 한층의 광분포 조정층을 구비한다.
이 광분포 조정층이 회절격자를 형성하기 전에 성막되는 경우에는, 회절격자가 형성되는 막과 광분포 조정층과는, 동일한 성막처리장치중에서 형성된다. 이 경우, 성막처리장치의 막형성에서의 두께와 조성의 변동 경향은, 회절격자와 광분포 조정층과 같게 된다. 회절격자의 그레이팅 바 형상 및 광분포 조정층은, 굴절률이 클래드층 등과 비교하여 높다. 이 때문에, 예컨대 회절격자의 두께가 두껍게 형성된 경우, 광분포 조정층을 배치하지 않은 경우, 광의 전계와 회절격자와의 중첩은 커지며, 광결합 계수는 증대한다.
그러나, 상기 성막처리장치에 의해 성막된 광분포 조정층은, 회절격자가 형성되는 막과 동일한 경향으로 변동하므로, 역시 두꺼워진다. 광은 굴절률이 큰 부위로 가까이 당겨지는 성질이 있으므로, 광의 전계강도 분포는, 상기 광분포 조정층이 두껍게 형성된 만큼, 광분포 조정층으로 가까이 당겨지고, 설계에서의 분포보다도 회절격자에서 멀어진다. 이 결과, 광결합 계수의 증감이 캔슬되어, 광결합 계수의 변동이 억제된다.
또한, 회절격자가 형성된 후에 형성되는 광분포 조정층의 경우는, 회절격자가 형성되는 성막한 성막처리장치 등을 사용하여, 역시 회절격자가 형성되는 막과 동일한 변동 경향의 광분포 조정층을 형성한다. 이 때문에, 상기와 동일하게, 광결합 계수의 증감이 캔슬되어, 광결합 계수의 변동이 억제된다.
여기서, 회절격자는, 통상, 회절격자 그것을 가리키는 의미로 사용하지만, 회절격자가 형성되어 있는 층의 의미에 사용하는 경우도 있다. 또한, 제조방법 등의 설명에서 회절격자막이라고 할 때에는, 회절격자가 형성되게 되는 막을 의미한다.
또한, 광분포 조정층 및 회절격자의 조성이 동일함이란, 도전형을 정하는 불순물을 포함하여 동일한 조성이어도 되고, 도전형을 정하는 불순물은 서로 다르며, 도전형을 정하는 불순물 이외의 조성이 동일하여도 된다. 도전형을 정하는 불순물이 다른 경우는, 통상, 한쪽은 예컨대 n도전형 불순물을 포함하고, 다른쪽은 p도전형 불순물을 포함한다. 이후의 설명에서도, 광분포 조정층 및 회절격자의 조성이 동일하다 할 때, 동일한 의미로 한다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 광분포 조정층이, 이 광분포 조정층과 회절격자 사이에 활성층을 끼우도록 위치할 수 있다.
이 구성에 의해, 회절격자를 형성하기 위한 에칭처리전에, 광분포 조정층과 회절격자막을 형성하므로, 동일한 성막처리장치내에서 연속하여 광분포 조정층과 회절격자막을 성막할 수 있다. 이 때문에, 확실히 동일한 변동 경향을 갖는 성막처리장치에 의해, 광분포 조정층과 회절격자막을 성막하므로, 양쪽의 변동이 동일하게 나타난다. 이 때문에, 빙결합계수가 증대한 경우, 광의 전계강도 분포는, 광분포 조정층쪽에 즉 회절격자에서 멀어지게 벗어난다. 이와 같은 전계강도 분포의 벗 어남은 광결합 계수의 감소로서 작용하므로, 회절격자막 및 광분포 조정층의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 캔슬된다. 이 때문에, 광결합 계수의 변동은 억제되어, 분포귀환형 장치의 특성의 변동이 없어지며, 제조수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 광분포 조정층이, 회절격자와 활성층 사이에 위치할 수 있다.
상기 구성의 경우도, 회절격자를 형성하기 위한 에칭처리전에, 광분포 조정층과 회절격자막을 형성하므로, 동일한 성막처리장치내에서 연속하여 광분포 조정층과 회절격자막을 성막할 수 있다. 이 때문에, 확실히 동일한 변동 경향을 갖는 성막처리장치에 의해, 광분포 조정층과 회절격자막을 성막하므로, 양쪽의 변동이 동일하게 나타난다. 따라서, 광결합 계수의 변동은 억제되고, 분포귀환형 레이저장치의 특성의 변동이 없어져, 제조수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 광분포 조정층이, 활성층과의 사이에 회절격자를 끼우도록 위치할 수 있다.
이 경우, 활성층과 회절격자에 끼우도록 위치하는 하측 클래드층과, 회절격자와 광분포 조정층에 끼우도록 위치하는 상측 클래드층이 배치된다. 회절격자는, 이들 하측 클래드층과 상측 클래드층에 의해 끼워진다. 이들 하측 클래드층과 상측 클래드층이란, 회절격자의 에칭처리의 전후에 형성되므로, 동일한 성막처리장치내에서 연속하여 성막할 수는 없다. 그러나, 상기한 2개의 클래드층은, 동일한 변동 경향을 갖는 성막처리장치에 의해 형성될 수 있다. 동일한 변동 경향을 나타내는 성막처리장치로서, 예컨대 (a1)동일한 성막처리장치, (a2)층두께의 면내 분포가 유사한 성막처리장치, 또는 (a3)과 동일한 구조의 성막처리장치를 사용할 수 있다. 이와 같은 성막처리장치를 사용함으로써, 이들 2개의 클래드층의 두께의 설계치로부터의 벗어남의 비율의 면내 분포는, 양쪽의 클래드층을 거의 같게 할 수 있다.
하측 클래드층이 두꺼워진 경우, 다른 어떤 대책도 취하고 있지 않으면, 활성층과 회절격자와의 거리가 커지므로, 광결합 계수는 감소한다. 그러나, 상측 클래드층도, 전술한 바와 같이 하측 클래드와 동일한 변동 경향을 갖는 성막처리장치에 의해 성막되므로, 그 층두께가 증대한다. 이 결과, 광의 전계강도 분포는, 설계에서의 위치보다도 상측, 즉 회절격자에 가깝다. 이 전계강도 분포의 이동은, 광결합 계수의 증대로서 작용한다. 이 결과, 양쪽의 클래드층의 층두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은, 캔슬되며, 광결합 계수의 변동은 억제된다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 광분포 조정층이, 회절격자와의 사이에 활성층을 끼우도록 위치하는 제1 광분포 조정층과, 활성층과의 사이에 회절격자를 끼우도록 위치하는 제2 광분포 조정층으로 이루어지게 할 수 있다.
이 구성에 의해, 제1 광분포 조정층과 회절격자막은, 같은 성막처리장치로 연속처리중에 성막할 수 있다. 이 때문에, 전술한 이유에 의해, 양쪽의 두께 등, 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 서로 캔슬하며, 광결합 계수의 변동은 억제된다.
또한, 회절격자의 상측과 하측에 위치하는 2개의 클래드층은, 예컨대 전술한 (a1)동일한 성막처리장치, (a2)층두께의 면내 분포가 유사한 성막처리장치, 또는 (a3)동일한 구조의 성막처리장치를 사용함으로써, 그 층두께 등 동일한 변동 경향으로 할 수 있다. 이 결과, 양쪽의 클래드층의 층두께 등의 어떤 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 서로 캔슬하며, 광결합 계수의 변동은 억제된다.
상기한 바와 같이, 광결합 계수에 영향을 미치는 4층이, 그 4층 중에서 광결합 계수로의 영향이 캔슬되는 상대의 층과 조합됨으로써, 광결합 계수의 변동은 억제된다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 광분포 조정층이, 회절격자와 활성층과의 사이에 위치하는 제3 광분포 조정층과, 활성층과의 사이에 회절격자를 끼우도록 위치하는 제4 광분포 조정층으로 이루어지도록 할 수 있다.
이 구성에 의해, 제3 광분포 조정층과 회절격자막은, 같은 성막처리장치로 연속처리중에 성막할 수 있다. 이 때문에, 전술한 이유에 의해, 양쪽의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 서로 캔슬하며, 광결합 계수의 변동은 억제된다.
또한, 회절격자의 상측과 하측에 위치하는 2개의 클래드층은, 전술한 (a1), (a2), 또는 (a3)의 성막처리장치를 사용함으로써, 그 층두께 등 동일한 변동 경향으로 할 수 있다. 이 결과, 양쪽의 클래드층의 층두께 등의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 서로 캔슬하며, 광결합 계수의 변동은 억제된다.
더욱이, 광결합 계수에 영향을 미치는 4층이, 그 4층 중에서 광결합 계수로의 영향이 캔슬되는 상대의 층과 조합됨으로써, 광결합 계수의 변동은 억제된다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 광분포 조정층의 굴절률이, 클래드층의 굴절률보다도 높아지게 할 수 있다.
이 구성에 의해, 광분포 조정층이 광의 전계강도 분포를, 효과적으로 가까이 당길 수 있다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 회절격자가 위상쉬프트부를 갖는다.
이 구성에 의해, 이 분포귀환형 레이저장치에 또한 기능성이나, 레이저 발진의 안정성을 갖게 할 수 있다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 회절격자의 위상쉬프트부는, 공진기의 중앙부에 위치하여 매질내 파장의 1/4에 해당하는 위상을 시프트 시킬 수 있다.
이 구성에 의해, 공진기의 양단면에 무반사코팅을 행함으로써, 단일종모드의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 반도체기판이 불순물을 포함하는 InP기판이고, 활성층이 InGaAsP층이며, 클래드층이 불순물을 포함하는 InP층이고, 회절격자 및 광분포 조정층이 불순물을 포함하는 InGaAsP층이게 할 수 있다.
이 구성에 의해, 종래의 제조장치를 사용하여, InP/InGaAsP계의 분포귀환형 레이저장치를 수율 좋게 제조할 수 있다.
본 발명의 반도체광장치는, 상기한 어느 하나의 분포귀환형 레이저장치와, 다른 광디바이스를 공통의 반도체기판상에 모놀리식(monolithic)으로 구비한다.
이 구성에 의해, 분포귀환형 레이저장치와, 다른 광디바이스가 모놀리식으로 일체화되어 있으므로, 장치가 소형화된다. 또한, 일련의 처리공정에서 2개의 장치 를 일체화하여 제조할 수 있으므로, 제조능률을 크게 향상할 수 있다.
본 발명의 반도체광장치는, 다른 광디바이스가 변조기이고, 그 변조기가 분포귀환형 레이저장치의 활성층으로부터 광을 받는 흡수층을 구비할 수 있다.
이 모놀리식으로 일체화 한 장치로는, 전극사이에 전압을 인가하고, 활성층에 전류를 주입하여, 활성층의 층에 따라 발진시킴과 동시에, 회절격자 등에 의해 특정한 파장선택이 이루어져 특정 파장의 발진이 계속된다. 발진한 광은, 활성층에서 변조기의 흡수층에 도파되고, 변조기의 전극사이에 인가되는 전압에 의해 변조를 걸 수 있다. 이 분포귀환형 레이저장치에는, 상기한 어느 하나의 분포귀환형 레이저장치가 사용되므로, 제조시의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동이 대폭 억제된다. 또한, 분포귀환형 레이저장치와 변조기가 모놀리식으로 일체화되어 있으므로, 장치가 소형화된다. 또한, 일련의 처리공정에서 2개의 장치를 일체화하여 제조할 수 있으므로, 제조능률을 크게 향상할 수 있다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치의 제조방법은, 반도체기판상에 설치한 활성층의 양측에 위치하는 클래드층과, 클래드층 중 어느 한쪽중에, 클래드층과 굴절률이 다르며, 광의 출사방향에 소정 피치로, 그 출사방향에 교차하는 방향으로 연장되는 그레이팅 바 형상이 배치된 회절격자와, 회절격자와 떨어져 클래드층내에 위치하고, 회절격자의 조성과 동일한 조성을 갖는 적어도 한층의 광분포 조정층을 갖는 분포귀환형 레이저장치의 제조방법이다. 이 제조방법에서는, 적어도 1층의 광분포 조정층의 성막처리와, 회절격자를 형성하는 막의 성막처리를, (a1)동일한 성막처리장치, (a2)층두께의 면내 분포가 유사한 성막처리장치 및 (a3)동일한 구조의 성막처리장치 중 어느 I하나를 사용하여 행한다.
이 제조방법에 의해, 광분포 조정층의 변동 경향과, 회절격자막의 변동 경향을 동일하게 할 수 있다. 이 때문에, 이들 양쪽의 제조시의 변동에 기인하는 광결합 계수에 미치는 변동요인을, 서로 상반시켜, 따라서 캔슬하도록 할 수 있다. 이 결과, 제조시의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제할 수 있고, 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치의 제조방법으로는, 광분포 조정층이, 회절격자를 형성하는 막을 에칭처리하기 위해, 회절격자를 형성하는 막을 형성한 성막처리장치에서 추출되고, 에칭처리된 후, 성막처리장치내에서 성막될 수 있다.
이 구성에 의해, 에칭처리를 위해 에칭처리장치에 장입(裝入)되어, 그 에칭의 전후에 이루어지는 성막처리만이라도, 상기한 바와 같이 성막처리장치를 선택함으로써, 2개의 성막처리에서의 변동 경향을 동일하게 할 수 있다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치의 제조방법으로는, 회절격자 및 회절격자를 포함하는 클래드층의 형성에 있어서, 회절격자의 하층에 해당하는 위치에 하측 클래드층을 형성하고, 하측 클래드층상에, 회절격자가 형성되는 회절격자막을 형성하며, 그 회절격자막을 에칭처리하여 그레이팅 바 형상을 포함하는 회절격자를 형성하고, 또한 그 회절격자상에 상기 에칭된 부분을 매립하도록 상측 클래드층을 형성하는데 있어서, 하측 클래드층의 성막처리와, 상측 클래드층의 성막처리를, (a1)동일한 성막처리장치, (a2)층두께의 면내 분포가 유사한 성막처리장치 및 (a3)동일한 구조의 성막처리장치 중 어느 하나를 사용하여 행할 수 있다.
이 구성에 의해, 회절격자를 상하에서 끼우는 상측 클래드층과 하측 클래드층을, 동일한 변동 경향을 갖도록 성막할 수 있다. 이 때문에, 회절격자막과 광분포 조정층과의 동일한 변동 경향에 의거하는 광결합 계수의 변동억제에 더하여, 이들 양 클래드층의 제조시의 변동에 기인하는 광결합 계수에 미치는 변동요인을, 서로 캔슬하도록 할 수 있다. 이 결과, 제조시의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제할 수 있고, 효율을 향상시킬 수 있다.
(발명의 실시예)
다음에 도면을 사용하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은, 본 발명의 실시예 1에서의 분포귀환형 레이저장치를 나타내는 도면이다. 도 1에서, n도전형 InP기판(1)상에, n도전형 InGaAsP층(2)이 위치하고, 또한 그 위에, n도전형 InP층(3)이 설치되어 있다. 그 위에 활성층(4)을 구성하는 InGaAsP층이 위치하며, 그 활성층(4)상에, p도전형 InP층(5)이 설치되고, 또한 그 위에 n도전형 InGaAsP층으로 이루어지는 그레이팅 바 형상이 소정 피치로 배치된 회절격자(6)가 위치한다. 이 그레이팅 바 형상의 사이의 홈을 매립하도록, p도전형 InP층(7, 8)이 설치되어 있다.
InP층으로 이루어지는 클래드층(18a, 18b)은, 활성층(4)을 상하에서 끼우고 있다. 또한, 상기한 n도전형 InGaAsP층(2)이 광분포 조정층을 구성한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 클래드층(18b)은, n도전형 InP기판(1)에 접하여 위치하는 광분 포 조정층상에 접하여 배치되어 있다. 이와 같이 반도체기판(1)상에 접하여 위치하는 광분포 조정층상에 접하여 클래드층이 위치하는 경우도, 반도체기판 및 클래드층의 조성은 동일하므로, 광분포 조정층은 클래드층내에 위치한다고 한다. 즉, 광분포 조정층이 클래드층(InP)과 반도체기판(InP)에 끼워지는 경우, 광분포 조정층은 실질적으로 클래드층내에 배치되어 있다고 볼 수 있다.
또한, 이후의 설명에서는, 회절격자와, 회절격자가 형성되게 되는 회절격자막은, 도면중에서 동일한 부호에 의해 표시된다.
이 분포귀환형 레이저장치에서는, 활성층(4)에 전류를 주입하고, 활성층의 층에 따라 발진시킴과 동시에, 회절격자(6)의 그레이팅 바 형상 피치 등에 의해 특정한 파장선택이 이루어져 특정 파장의 발진이 계속된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 발진중의 광 중에서 광을 부분적으로 외부에 추출하여, 광파이버 통신등에 사용한다.
다음에, 상기 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, n도전형 InP기판(1)상에, 밑으로부터 순서대로, (1)광분포 조정층이 되는 n도전형 InGaAsP층(2), (2)n도전형 InP층(3), (3)InGaAsP층으로 이루어지는 활성층(4), (4)p도전형 InP층(5), (5)회절격자가 형성되는 n도전형 InGaAsP막(6), (6)p도전형 InP층(7)이 형성된다.
이것들의 성막처리에 있어서 중요한 것은, 적어도, 광분포 조정층이 되는 n도전형 InGaAsP층(2)과, 회절격자가 형성되는 n도전형 InGaAsP막(6)은, 동일한 변동 경향을 갖는 처리장치내에서, 그 변동 경향이 변하지 않는 처리시, 예컨대 동일 처리시에 형성되지 않으면 안된다. 즉, 예컨대 InP 웨이퍼를 한장씩 패치 처리하는 경우에는, 그 InP 웨이퍼상에, 동일한 성막처리장치내에서 연속하여, 광분포 조정층이 되는 n도전형 InGaAsP층(2)과, 회절격자가 형성되는 n도전형 InGaAsP막(6)을 성막할 필요가 있다. 여기서, 변동 경향이 동일함이란, 변동하는 방향이 동일하며, 또한 그 편차의 크기가 동일한 정도인 것을 나타낸다. 또한, 면내 변동을 문제로 하는 경우에는, 변동의 방향도 포함하여 변동의 면내 분포가 유사한 것을 말한다.
상기한 성막처리방법으로서는, MOCVD법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:유기금속 증기성장법), MBE법(Molecular Beam Epitaxy), LPE법 (Liquid Phase Epitaxy)을 사용할 수 있다.
이후, 도 3에 나타내는 바와 같이, 간섭노광법, 전자빔 노광법 및 에칭에 의해, n도전형 InGaAsP막(6)과, p도전형 InP층(7)을 소정 피치의 그레이팅 바 형상이 되도록, 패터닝한다. 이 위에, 상기 피치 사이의 홈을 매립하도록, p도전형 InP층(8)을 성막하여 분포귀환형 레이저장치가 완성한다.
상기 도 1의 분포귀환형 레이저장치의 구성에 있어서, 광분포 조정층의 n도전형 InGaAsP층(2)은, 회절격자의 그레이팅 바 형상을 구성하는 n도전형 InGaAsP층(6)과, 도전형을 정하는 불순물을 포함하여 동일한 조성이다. 전술한 바와 같이, 상기한 2개의 층은 동일한 처리시에 동일한 처리장치내에서 위상 전후하여 형성되므로, 양층의 두께 및 조성은 동일한 변동 경향을 나타낸다. 따라서, 양층이 굴절률의 설계치로부터 벗어나는 비율은, 양층과도 거의 동일하다. 예컨대, 회절격자가 형성되는 InGaAsP층(6)이 두꺼워진 경우, 종래의 분포귀환형 레이저 발 진장치로는, 회절격자와 발진전계 분포와의 중첩이 증대하여 광결합 계수는 증대한다. 그러나, 본 실시예에서는, 광분포 조정층인 InGaAsP층(2)도, 회절격자가 형성되는 InGaAsP막(6)동일한 경향으로, 설계 두께에 대하여 동일한 비율로 두꺼워진다.
광은 굴절률이 높은 영역으로 가까이 당겨지므로, 광분포 조정층의 두께가 변동하여 두꺼워진 만큼, 광의 전계강도 분포는, 설계에서의 발진위치로부터 광분포 조정층쪽으로 가까이 당겨진다. 도 4는, 상기한 광분포 조정층인 InGaAsP층(2)이 두꺼워짐으로써, 도파로 두께 방향에 따른 단면에서의 광의 전계강도 분포가 InGaAsP층(2)측으로 가까이 당겨진 것을 나타내는 도면이다. 파선은 설계에서의 전계강도 분포 Edesign을 나타내고, 실선이 광분포 조정층이 변동하여 두꺼워진 후의 전계강도 분포 E를 나타내고 있다. 상기한 바와 같은 광전계강도 분포의 벗어남은, 광결합 계수를 감소시키는 방향으로 작용한다. 이 결과, 광분포 조정층에서의 회절격자막과 동일한 경향의 두께변동은, 회절격자에서의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 보상할 수 있다.
또한, 회절격자가 형성되는 InGaAsP막(6)이 얇아진 경우에는, 광분포 조정층인 InGaAsP층(2)도, 동일한 경향으로 변동하고, 얇아진다. 이때, 상기 도 4의 경우와 동일한 메커니즘이 작용하여 광결합 계수의 변동을 보상한다. 즉, 도 5에 나타내는 바와 같이, 분포조정층이 얇아진 만큼, 도파로 두께 방향에 따른 광의 전계강도 분포는, Edesing에서 E로 가까이 당겨진다. 즉, 설계에서의 광전계강도 분포보다도 광분포 조정층에서 거절되며, 회절격자측으로 가까이 당겨진다.
상기는 두께변동에 대해서만 설명했지만, 회절격자의 그레이팅 바 형상을 구성하는 InGaAsP층(6)의 조성변동에 기인하는 굴절률 변동이 생긴 경우라도, 광분포조정층(2)이 그 변동을 보상하며, 그 결과, 광결합 계수의 변동을 보상한다.
상기한 바와 같이, 회절격자를 형성하는 층에서, 조성변동이나 두께변동이 있어도, 이들 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제할 수 있다. 이것을 정리하면 다음과 같이 요약된다.
(1)회절격자와 동일한 조성의 광분포 조정층을, 회절격자와의 사이에 활성층을 끼우도록 배치한다.
(2)이 광분포 조정층의 배치를 포함하여, 분포귀환형 레이저장치를 설계한다.
(3)분포귀환형 레이저장치 제조시에, 회절격자막에, 두께변동이나 조성변동이 생기는 경우, 광분포 조정층도 동일한 경향의 두께변동이나 조성변동이 생긴다. 회절격자막과, 광분포 조정층으로 동일한 경향의 두께변동이나 조성변동이 생기기 위해서는, 양층이 동일한 변동 경향을 나타내는 성막처리장치내에서 형성되도록 한다. 예컨대, 동일배치(batch) 처리에서 동일한 성막처리장치내에서 연속하여 형성되는 것이 바람직하다. 회절격자막의 에칭처리를 삽입하여, 회절격자막의 성막처리와, 광분포 조정층의 성막처리가 행해지는 경우에는, 회절격자막의 성막처리와, 광분포 조정층의 성막처리를, 동일한 성막처리장치내에서 연속하여 행하는 것은 할 수 없다. 그러나, 동일한 성막처리장치를 사용하거나, 적어도 동일하게 변동 경향 을 나타내는 성막처리장치내에서 성막하는 것이 바람직하다.
(4)회절격자의 두께변동 및 조성변동에 기인하는 광결합 계수의 변동과, 광분포 조정층의 두께변동 및 조성변동에 기인하는 광결합 계수의 변동이 캔슬하여, 광결합 계수의 변동이 억제된다. 이 결과, 분포귀환형 레이저장치의 특성변동을 억제할 수 있고, 수율의 향상을 얻을 수 있다.
도 6에, 본 발명의 분포귀환형 레이저장치의 회절격자에 두께변동이 생긴 경우의 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과를 나타낸다. 또한, 도 7에, 본 발명의 분포귀환형 레이저장치의 회절격자에 조성변동이 생기고, 그 때문에 굴절률 변동이 생긴 경우의 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과를 나타낸다. 도 6 및 도 7에 의하면, 본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 광결합 계수의 변동은 종래에 비교하여 약 1/8로 억제되어 있다. 이 결과, 분포귀환형 레이저장치의 특성변동을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 활성층의 상측에 회절격자가 배치되는 것으로 하여 설명했지만, 회절격자는 활성층의 하측에 있더라도 된다. 각 반도체의 n도전형과 p도전형을 반대로 해도 된다. 또한, 회절격자의 일부에 회절격자의 위상이 쉬프트하고 있는 개소가 1개소 또는 복수개소 있어도 된다. 회절격자의 공진기의 중앙부분에 매질내 파장길이의 1/4에 해당하는 위상쉬프트를 설치하고, 양단면에 무반사코팅을 행할 수도 있다. 이 위상쉬프트와 무반사코팅에 의해, 단일종모드 수율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는, InP/InGaAsP계의 분포귀환형 레이저장치에 대하여 설명했 다. 그러나, 예컨대, InP/AlGaInAs계의 분포귀환형 레이저장치(제62회 응용물리학회 학술강연회(2001년)13p-B-15) 등에 적용할 수도 있다. 또한, 본 실시예는, 예컨대, 변조기와 분포귀환형 레이저장치를 공통 기판상에 모놀리식으로 집적화한 장치(IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.36(2000) pp909-915)에서의 분포귀환형 레이저장치에 적용할 수도 있다.
(실시예 2)
도 8은, 본 발명의 실시예 2에서의 분포귀환형 레이저장치의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는, 광분포 조정층(12)이 회절격자(16)와 활성층(4)과의 사이에 배치되어 있는 점에 특징이 있다. 도 8에서, 광분포 조정층(12)과 회절격자(16)는, 클래드층(18a)내에 배치되어 있다.
도 8에서, n도전형 InP기판(1)상에, n도전형 InP층(3)이 위치하고, 그 위에 활성층을 구성하는 InGaAsP층(4)이 설치되며, 또한 그 위에 p도전형 InP층(5)이 위치한다. 그 p도전형 InP층(5)상에, 광분포 조정층의 p도전형 InGaAsP층(12)이 위치하고, 그 위에 p도전형 InP층(7)이 설치된다. 또한, 회절격자의 그레이팅 바 형상을 구성하는 p도전형 InGaAsP층(16)이 배치되어 있다. 이 p도전형 InGaAsP층(16)을 덮도록, p도전형 InP층(8, 9)이 배치되어 있다. 회절격자의 그레이팅 바 형상을 형성하는 p도전형 InGaAsP층(16)과, 광분포 조정층의 p도전형 InGaAsP층(12)은, 도전형을 정하는 불순물을 포함하여 동일한 조성이다.
이 분포귀환형 레이저장치로는, 활성층(4)에 전류를 주입하고, 활성층에 따라 발진시킴과 동시에, 회절격자(16)의 소정 피치의 그레이팅 바 형상에 의해·특 정한 파장선택이 이루어져 특정 파장의 발진이 계속한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 발진중의 광에서 부분적으로 외부에 광을 추출하고, 광파이버 통신 등에 사용한다.
다음에, 상기 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, n도전형 InP기판(1)상에, 밑으로부터 순서대로, (1)n도전형 InP층(3), (2)InGaAsP층으로 이루어지는 활성층(4), (3)p도전형 InP층(5), (4)광분포 조정층이 되는 p도전형 InGaAsP층(12), (5)p도전형 InP층(7), (6)회절격자가 형성되는 p도전형 InGaAsP막(16), (7)p도전형 InP층(8)이 형성된다.
이것들의 성막처리에서 중요한 것은, 적어도, 광분포 조정층이 되는 p도전형 InGaAsP층(12)과, 회절격자가 형성되는 p도전형 InGaAsP막(16)은, 동일한 변동 경향을 갖는 처리장치내에서, 그 변동 경향이 변하지 않는 처리시, 예컨대 동일처리시에 형성되지 않으면 안된다. 즉, 예컨대 InP 웨이퍼를 한장씩 배치(batch)처리하는 경우에는, 그 InP 웨이퍼상에, 동일한 성막처리장치내에서 연속하여, 광분포 조정층이 되는 n도전형 InGaAsP층(2)과, 회절격자가 형성되는 n도전형 InGaAsP막(16)을 성막할 필요가 있다. 여기서, 변동 경향이 동일함이란, 변동방향이 동일하고, 또한 그 변동의 크기가 동일한 정도인 것을 나타낸다. 또한, 면내 변동을 문제로 하는 경우에는, 변동의 방향도 포함하여 변동의 면내 분포가 유사한 것을 말한다.
상기한 성막처리방법으로서는, MOCVD법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition 유기금속 기상성장법), MBE법(Molecular Beam Epitaxy), LPE법(Liquid Phase Epitaxy)을 사용할 수 있다.
이후, 도 10에 나타내는 바와 같이, 간섭노광법, 전자빔 노광법 및 에칭에 의해, p도전형 InGaAsP층(16)과, p도전형 InP층(8)을 소정 피치의 그레이팅 바 형상이 되도록, 패터닝한다. 이 위에, 상기 피치 사이의 홈을 매립하도록, p도전형 InP층(9)을 성막하여 분포귀환형 레이저장치가 완성된다.
도 8의 분포귀환형 레이저장치의 구성에 있어서, 광분포 조정층 InGaAsP(12)는, 회절격자의 그레이팅 바 형상을 구성하는 InGaAsP층(16)동일한 조성이다. 상기한 2개의 층은 동일한 처리기회에 동일한 처리장치내에서 연속하여 형성한다. 이 때문에, 양층의 두께 및 조성은 동일한 변동 경향을 나타낸다. 따라서, 양층이 굴절률의 설계치로부터 벗어나는 비율은, 양층과도 거의 동일하다. 예컨대, 회절격자를 구성하는 InGaAsP층(16)이 두꺼워진 경우, 종래의 분포귀환형 레이저 발진장치에서 광결합 계수는 증대한다. 그러나, 본 실시예에서는, 광분포 조정층인 InGaAsP층(12)도, 회절격자의 그레이팅 바 형상을 구성하는 InGaAsP층(16)동일한 경향으로 동일한 비율로 두꺼워진다.
전술한 바와 같이, 광은 굴절률이 높은 영역으로 가까이 당겨지므로, 도 11에 나타내는 바와 같이, 광의 전계강도 분포는, 회절격자(16)로부터 멀리되고, p도전형 InGaAsP층(12)쪽으로 가까이 당겨진다. 이와 같은 광전계강도 분포의 벗어남은, 광결합 계수를 감소시키는 방향으로 작용한다. 이 결과, InGaAsP층(16)의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 벗어남을 억제할 수 있다.
한편, 회절격자가 형성되는 p도전형 InGaAsP막(16)이 얇아진 경우에는, 광분포 조정층인 p도전형 InGaAsP층(12)도 얇아지도록 변동한다. 이 결과, 도 12에 나 타내는 바와 같이, 도파로 두께 방향에 따른 전계강도 분포는 회절격자측으로 가까이 당겨진다. 도 12의 경우도, 상기 도 4의 경우와 두께변동에 대하여 동일한 메카니즘이 작용하여 광결합 계수의 변동을 보상할 수 있다.
상기는 두께변동 대해서만 설명했지만, 회절격자의 그레이팅 바 형상을 구성하는 InGaAsP층(16)의 조성변동에 기인하는 굴절률 변동이 생긴 경우라도, 광분포 조정층(12)이 그 변동을 보상하며, 그 결과, 광결합 계수의 변동을 보상한다.
상기한 바와 같이, 회절격자를 형성하는 층에서, 조성변동이나 두께변동이 있어도, 이들 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 활성층의 상측에 회절격자가 배치되는 것으로 하여 설명했지만, 회절격자는 활성층의 하측에 있어도 된다. 반도체의 도전형의 n도전형과 p도전형을 대체해도 된다. 또한, 회절격자의 일부에 회절격자의 위상이 쉬프트하고 있는 개소가 1개소 또는 복수개소 있어도 된다. 회절격자의 공진기의 중앙부분에 매질내 파장의 1/4에 해당하는 위상쉬프트를 설치하고, 양단면에 무반사코팅을 행할 수도 있다. 이 위상쉬프트 무반사코팅에 의해, 단일종모드 수율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는, InP/InGaAsP계의 분포귀환형 레이저장치에 대하여 설명했다. 그러나, 예컨대, InP/AlGaInAs계의 분포귀환형 레이저장치 등에 적용할 수도 있다. 또한, 본 실시예는, 예컨대, 변조기와 분포귀환형 레이저장치를 공통 기판상에 모놀리식으로 집적화한 장치에서의 분포귀환형 레이저장치에 적용할 수도 있다.
(실시예 3)
도 13은, 본 발명의 실시예 3에서의 분포귀환형 레이저장치의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는, 광분포 조정층(12)이, 활성층(4)과의 사이에 회절격자(16)를 끼우는 위치에 설치되어 있는 점에 특징이 있다. 도 13에서, n도전형 InP기판(1)상에, n도전형 InP층(3)이 위치하고, 또한 그 위에 활성층(4)을 구성하는 InGaAsP층이 설치되어 있다. 활성층(4)상에, p도전형 InP층(5)이 위치하고, 그 위에 p도전형 InGaAsP막에서 형성된 회절격자(16)가 위치한다. 그 위에 회절격자의 그레이팅 바 형상의 사이의 에칭 홈을 매립하도록, p도전형 InP층(7)이 설치되며, 그 위에 광분포 조정층인 p도전형 InGaAsP층(12)이 위치한다. 이 p도전형 InGaAsP층(12)상에는 p도전형 InP층(9)이 설치되어 있다. 광분포 조정층(12)은 클래드층(18a)내에 배치되어 있다.
다음에, 상기 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에 대하여 설명한다. 우선, 도 14에 나타내는 바와 같이, n도전형 InP기판(1)상에, 밑으로부터 순서대로, (1)n도전형 InP층(3), (2)InGaAsP층으로 이루어지는 활성층(4), (3)p도전형 InP층(5), (4)회절격자가 형성되는 p도전형 InGaAsP막(16), (5)p도전형 InP층(7)을 형성한다.
이후, 도 15에 나타내는 바와 같이, 간섭노광법, 전자빔 노광법 및 에칭에 의해, p도전형 InGaAsP막(16)과, p도전형 InP층(7)을 패터닝하여, 회절격자의 그레이팅 바 형상을 형성한다. 이 위에, 회절격자의 에칭 홈을 매립하도록 p도전형 InP층(8)을 형성하고, 또한 그 위에 p도전형 InP층(9)을 성막하여, 도 13에 나타내는 분포귀환형 레이저장치가 완성된다.
중요한 것은, 적어도, 활성층(4)과 회절격자(16)에 끼워지는 p도전형 InP층(5)과, 회절격자(16)와 광분포 조정층(12)에 끼워지는 p도전형 InP층(7, 8)은, 동일한 변동 경향을 갖는 성막처리장치에 의해 형성될 필요가 있다. 동일한 변동 경향을 나타내는 성막처리장치로서, (a1)동일한 성막처리장치, (a2)층두께의 면내 분포가 유사한 성막처리장치, 또는 (a3)동일한 구조의 성막처리장치를 사용할 수 있다. 이와 같은 성막처리장치를 사용함으로써, 이들 InP층의 두께의 설계치로부터 벗어나는 비율의 면내 분포는, 양쪽의 p도전형 InP층에서 거의 동일하게 할 수 있다.
상기한 성막처리방법으로서는, MOCVD법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition 유기금속 기상성장법), MBE법(MO1ecular Beam Epitaxy), LPE법(Liquid Phase Epitaxy)을 사용할 수 있다.
예컨대, p도전형 InP층(5)이 두꺼워진 경우, 활성층과 회절격자와의 거리가 증대하므로, 종래의 장치로는 광결합 계수는 감소한다. 그러나, 본 실시예에서는, p도전형 InP층(7, 8)도, p도전형 InP층(5)과 동일한 비율로 두꺼워진다. 이 때문에, p도전형 InP층(7, 8)의 두께 증대의 효과에 의해, 도 16에 나타내는 바와 같이, 도파로 두께 방향에 따른 전계강도 분포 E는, Edesign에서 벗어나, 회절격자측으로 가까이 당겨진다. 이 전계강도 분포의 회절격자측으로의 가까이 끌어당김은, 광결합 계수를 증가시키므로, p도전형 InP층(5)의 두께 증가에 따른 광결합 계수의 감소를 보상할 수 있다.
한편, p도전형 InP층(5)이 얇아진 경우, 활성층과 회절격자와의 거리가 감소하므로, 종래의 장치로는 광결합 계수는 증대한다. 그러나, 본 실시예에서는, p도 전형 InP층(7, 8)도, p도전형 InP층(5)과 동일한 경향으로 얇아진다. 이 때문에, 도 17에 나타내는 바와 같이, 도파로 두께 방향에 따른 전계강도 분포는, Edesign에서 벗어나, 활성층(4)측, 즉 회절격자에서 먼 측으로 이동시킨다. 따라서, 이 경우에도 광결합 계수의 변동을 보상할 수 있다.
도 18에, 본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서, InP층에 두께변동이 생긴 경우의 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남의 계산결과를 나타낸다. 도 18에 의하면, 본 발명의 분포귀환형 레이저장치에서는, 광결합 계수의 변동은 종래에 비교하여 약 1/6로 억제되어 있다. 이 결과, 분포귀환형 레이저장치의 특성변동을 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 활성층의 상측에 회절격자가 배치되는 것으로 하여 설명했지만, 회절격자는 활성층의 하측에 있어도 된다. 또한, 반도체의 도전형의 n도전형과 p도전형을 대체해도 된다. 또한, 회절격자의 일부에 회절격자의 위상을 쉬프트시키는 개소가 1개소 또는 복수개소 있어도 된다. 회절격자의 공진기의 중앙부분에 매질내 파장의 1/4에 해당하는 위상쉬프트를 설치하여, 양단면에 무반사코팅을 행할 수도 있다. 이 위상쉬프트와 무반사코팅과의 조합에 의해, 단일종모드 수율을 향상시킬 수 있다.
이 밖에, 예컨대, InP/AlGaInAs계의 분포귀환형 레이저장치 등에 적용할 수도 있다. 또한, 본 발명은, 예컨대, 변조기와 분포귀환형 레이저장치를 공통 기판상에 모놀리식으로 집적화한 장치에서의 분포귀환형 레이저장치에 적용할 수도 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 분포귀환형 레이저장치에 2개의 광분포 조정층(2, 12)을 설치한 점에 특징이 있다. 즉, 도 19에서, 실시예 1의 분포귀환형 레이저장치에서의 광분포 조정층(2)과, 실시예 3의 분포귀환형 레이저장치에서의 광분포 조정층(12)을 구비하고 있다. 광분포 조정층(2)은 InP층의 클래드층(18b)내에 배치되고, 또는 보다 구체적으로는 클래드층(18b)과 InP기판(1)과의 사이에 배치되며, 광분포 조정층(12)은 클래드층(18a)내에 배치되어 있다.
도 19에서, n도전형 InP기판(1)상에, 제1 광분포 조정층이 되는 n도전형 InGaAsP층(2)이 위치하고, 그 위에 n도전형 InP층(3)이 설치되어 있다. 또한 그 위에 활성층의 InGaAsP층(4)이 위치하고, 그 활성층상에 p도전형 InP층(5)이 설치되어 있다. 그 위에 n도전형 InGaAsP층(2)과 동일한 밴드 갭을 갖는 n도전형 InGaAsP층에서 형성된 회절격자(16)가 위치하며, 그 위에 회절격자의 그레이팅 바 형상의 사이의 홈을 매립하도록, p도전형 InP층(7, 8)이 설치되어 있다. 이 p도전형 InP층(7, 8)상에는, 제2 광분포 조정층이 되는 p도전형 InGaAsP층(12)이 위치하고, 그 위에 p도전형 InP층(10)이 설치되어 있다.
다음에, 도 19에 나타내는 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에 대하여 설명한다. 우선, 도 20에 나타내는 바와 같이, n도전형 InP기판(1)상에, 밑으로부터 순서대로, (1)n도전형 InGaAsP층(2), (2)n도전형 InP층(3), (3)InGaAsP 활성층(4), (4)p도전형 InP층(5), (5)n도전형 InGaAsP층(2)과 동일한 밴드 갭을 갖는 p도전형 InGaAsP막(16), (6)p도전형 InP층(7)을 동일한 성막처리에서 성막한다. 이 성장처 리에는, MOCVD법, MBE법, LPE법 등을 사용할 수 있다.
그 후, 간섭노광법이나 전자빔 노광법과, 에칭에 의해, p도전형 InGaAsP 층(16) 및 p도전형 InP층(7)을, 도 21에 나타내는 바와 같이, 소정의 피치로 제거하는 것에 의해 소정 피치의 그레이팅 바 형상을 분포시킴으로써 회절격자를 형성한다. 이후, (7)p도전형 InP층(8)을 회절격자의 그레이팅 바 형상 사이의 홈을 매립하도록 형성하고, 또한 (8)p도전형 InGaAsP층(12)을 성막하며, 이 위에 (9)p도전형 InP층(10)을 형성한다.
상기한 성막처리에서, 회절격자를 형성하기 위한 에칭처리를 삽입하고, 에칭처리보다 전의 제1 성막처리와, 에칭보다 후의 제2 성막처리는, (a1)동일한 성막처리장치, (a2)층두께의 면내 분포가 유사한 성막처리장치, 또는 (a3)동일 구조의 성막처리장치를 사용한다.
제1 광분포 조정층인 n도전형 InGaAsP층(2)과, 회절격자가 형성되는 n도전형 InGaAsP막(6)은, 어느 것도 상기 에칭전에 성막처리된다. 이 때문에, 이들 2개의 n도전형 InGaAsP층은, 동일 조성이며, 또한 연속한 성막처리에 의해 형성된다. 이 때문에, 층두께 및 조성, 또는 굴절률의 설계치로부터 벗어나는 비율은, 이들 2개의 n도전형 InGaAsP층에서, 거의 동일하다.
n도전형 InGaAsP막(6)이 두껍게 형성된 경우, 종래의 분포귀환 레이저장치로는, 광결합 계수는 증대한다. 그러나, 본 실시예에서는, n도전형 InGaAsP층(2)도 동일한 비율로 두꺼워지므로, 도파로 두께 방향에 따른 전계강도 분포는, 설계에서의 전계강도 분포 Edesign보다도 n도전형 InGaAsP층(2)쪽에, 즉 회절격자에서 멀리 떨 어진 방향으로 가까이 당겨진다(도 22). 이와 같은 전계강도 분포의 벗어남은, 광결합 계수를 감소시키는 방향으로 작용하므로, 상기 2개의 n도전형 InGaAsP층의 두께를 적절히 선택함으로써, 이들 2개의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제할 수 있다.
한편, n도전형 InGaAsP막(6)이 얇게 형성된 경우, 광결합 계수는 작아진다. 그러나, 이때 n도전형 InGaAsP층(2)도, 상기 이유에 의거하여 얇게 형성된다. 이 때문에, 도파로 두께 방향에 따른 전계강도 분포는, 회절격자측으로 가까이 당겨진다(도 23). 이 전계강도 분포의 이동에 의해, 광결합 계수는 증대한다. 따라서, 이 경우도 상기 2개의 n도전형 InGaAsP층의 두께를 적절히 선택함으로써, 이들 2개의 층의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 보상할 수 있다.
또한, 회절격자를 사이에 끼우는 p도전형 InP층(5)과 p도전형 InP층(7, 8)은, 전술한 바와 같이 (a1), (a2), (a3)의 성막처리장치에 의해 성막되므로, 동일한 층두께의 면내 분포가 된다. 이 때문에, 이들 2개의 층의 설계치에 대하여 벗어나는 비율의 면내 분포는, 이들 2개의 층에서 거의 동일하다.
따라서, p도전형 InP층(5)이 설계치보다 두꺼워진 경우, 종래 기술로는 광결합 계수는 감소한다. 그러나, 본 실시예에서는, p도전형 InP층(7, 8)도 동일한 비율로 두꺼워지므로, 도파로 두께 방향에 따른 광전계강도 분포 E는, 설계에서의 전계강도 분포 Edesign보다도 회절격자측으로 가까이 당겨진다(도 24). 이 전계강도 분포의 벗어남은, 광결합 계수를 증가시키는 방향으로 작용시켜, 2개의 층의 두께의 동일한 경향의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 서로 캔슬된다. 이 결과, 제 조시의 층두께의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 억제된다.
한편, p도전형 InP층(5)이 설계치보다 얇아진 경우, 종래 기술로는 광결합 계수는 증대한다. 그러나, 본 실시예에서는, p도전형 InP층(7, 8)도 동일한 비율로 얇아지므로, 도파로 두께 방향에 따른 광전계강도 분포 E는, 설계에서의 전계강도 분포 Edesign보다도 회절격자측에서 멀리 떨어진다(도 25). 이 전계강도 분포의 벗어남은, 광결합 계수를 증가시키는 방향으로 작용시켜, 2개의 층의 두께의 동일한 경향의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 서로 캔슬된다. 이 결과, 광결합 계수는 제조시의 층두께의 변동으로 크게 변동하는 일이 없어진다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서의 분포귀환형 레이저장치의 구성에 의해, 회절격자가 형성되는 층의 조성이나 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 회절격자를 사이에 끼워 위치하는 p도전형 InP층의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동도, 양쪽의 p도전형 InP층의 동일한 경향의 두께변동이 광결합 계수에 대하여 상반되는 방향의 작용을 끼치므로, 광결합 계수의 변동의 억제를 얻을 수 있다.
본 실시예에서의 광결합 계수의 변동억제를 정량적으로 계산하여 평가한 결과를, 도 26∼도 28에 나타낸다. 도 26은, p도전형 InP층의 두께가 변동한 경우의 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남을 나타내고 있다. 이 도면에 의하면, 종래의 장치에 비교하여, 본 실시예에서는, 광결합 계수는 거의 1/2로 감소하고 있다. 도 27은, 회절격자의 두께가 변동한 경우의 광결합 계수의 설계치로부터 벗어남을 나타내고 있다. 이 도면에 의하면, 종래의 장치에 비교하여 본 실시예의 장치로는, 1/2 이하로 감소하고 있다. 또한, 도 28은, 회절격자의 굴절률이 변동한 경우의 광결합 계수의 설계치로부터의 벗어남을 나타내고 있다. 이 도면에 의하면, 종래의 장치에 비해 본 실시예의 장치로는, 1/2보다도 대폭 감소하고 있다.
본 실시예에 있어서도, 실시예 1∼3과 같이, 활성층의 아래쪽으로 회절격자를 배치한 분포귀환형 레이저장치여도 된다. 또한, 반도체의 n도전형과 p도전형을 대체해도 된다. 또한, 위상쉬프트가 설치된 회절격자를 갖는 분포귀환형 레이저장치여도 된다. 또한, 다른 재료계, 예컨대 InP/AlGaInAs계의 분포귀환형 레이저장치여도 된다. 또한, 변조기를 집적화한 분포귀환형 레이저장치여도 된다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 실시예 4와 동일하게, 분포귀환형 레이저장치에 2개의 광분포 조정층(12a, 12b)을 설치한 점에 특징이 있다. 즉, 도 29에서, 실시예 2의 분포귀환형 레이저장치에서의 광분포 조정층과, 실시예 3의 분포귀환형 레이저장치에서의 광분포 조정층(12b)을 구비하고 있다. 2개의 광분포 조정층(12a, 12b)은, 함께 클래드층(18a)내에 배치되어 있다.
도 29에서, n도전형 InP기판(1)상에, n도전형 InP층(3)이 위치하고, 그 위에 활성층의 InGaAsP층(4)이 설치되어 있다. 활성층상에는 p도전형 InP층(5)이 위치하며, 그 위에 제1 광분포 조정층이 되는 p도전형 InGaAsP층(12a)이 위치하고, 그 위에 p도전형 InP층(7)이 설치되어 있다. 그 p도전형 InP층(7)상에는, 회절격자(16)가 위치하고, 다음에 p도전형 InP층(8, 9) 및 제2 광분포 조정층이 되는 p도전형 InGaAsP층(12b)이 위치하며, 그 위에 p도전형 InP층(10)이 설치되어 있다.
다음에, 도 29에 나타내는 분포귀환형 레이저장치의 제조방법에 대하여 설명한다. 우선, 도 30에 나타내는 바와 같이, n도전형 InP기판(1)상에, 밑으로부터 순서대로, (1)n도전형 InP층(3), (2)InGaAsP 활성층(4), (3)p도전형 InP층(5), (4)p도전형 InGaAsP층(12a), (5)p도전형 InP층(7), (6)p도전형 InGaAsP막(16), (7)p도전형 InP층(8)을 동일한 성막처리장치에서 성막한다. 이 성장처리에는, MOCVD법, MBE법, LPE법 등을 사용할 수 있다.
그 후, 간섭노광법이나 전자빔 노광법과, 에칭에 의해, p도전형 InGaAsP막(16) 및 p도전형 InP층(8)을, 도 31에 나타내는 바와 같이, 패터닝하여, 그레이팅 바 형상을 형성한다. 이후, (8)p도전형 InP층(9)을 회절격자의 그레이팅 바 형상의 사이의 홈을 매립하도록 형성하고, 또한 (9)p도전형 InGaAsP층(12b)을, 다음에, 이 위에 (10)p도전형 InP층(10)을 형성한다.
상기한 성막처리에서, 회절격자를 형성하기 위한 에칭처리를 삽입하여, 에칭처리보다 전의 제1 성막처리와, 에칭보다 후의 제2 성막처리는, (a1)동일한 성막처리장치, (a2)층두께의 면내 분포가 유사한 성막처리장치, 또는 (a3)동일한 구조의 성막처리장치를 사용하여 행한다.
제1 광분포 조정층인 p도전형 InGaAsP층(12a)과, 회절격자가 형성되는 p도전형 InGaAsP막(16)은, 어느 것도 상기 에칭전에 성막처리된다. 이 때문에, 이들 2개의 p도전형 InGaAsP층은, 또한 연속한 성막처리에 의해 형성된다. 이 때문에, 층두께 및 조성, 또는 굴절률의 설계치로부터 벗어나는 비율은, 이들 2개의 p도전형 InGaAsP층에서, 거의 동일하다.
p도전형 InGaAsP막(16)이 두껍게 형성된 경우, 종래의 분포귀환 레이저장치로, 광결합 계수는 증대한다. 그러나, 본 실시예에서는, p도전형 InGaAsP층(12a)도, 동일한 비율로 두꺼워지므로, 도파로 두께 방향에 따른 전계강도 분포 E는, 설계에서의 전계강도 분포 Edesign보다도 p도전형 InGaAsP층(12a)의 측에, 즉 회절격자에서 멀어지는 방향으로 눌러진다(도 32). 이와 같은 전계강도 분포의 벗어남은, 광결합 계수를 감소시키는 방향으로 작용하므로, 상기 2개의 p도전형 InGaAsP막의 두께를 적절히 선택함으로써, 이들 2개의 층의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 보상할 수 있다.
한편, p도전형 InGaAsP막(16)이 얇게 형성된 경우, 광결합 계수는 작아진다. 그러나, 이때 p도전형 InGaAsP층(12a)도, 상기 이유에 의거하여 얇게 형성된다. 이 때문에, 도파로 두께 방향에 따른 전계강도 분포는, 회절격자측으로 가까이 당겨진다(도 33). 이 가까이 당겨짐에 의해, 광결합 계수는 증대한다. 따라서, 이 경우도 상기 2개의 p도전형 InGaAsP층의 두께를 적절히 선택함으로써, 이들 2개의 층의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 보상할 수 있다.
또한, 회절격자를 사이에 끼우는 p도전형 InP층(7)과 p도전형 InP층(8, 9)은, 전술한 바와 같이 (a1), (a2), (a3)의 성막처리장치에 의해 성막되므로, 같은 층두께의 면내 분포가 된다. 이 때문에, 이들 2개의 층의 설계치에 대하여 벗어나는 비율의 면내 분포는, 이들 2개의 층에서 거의 동일하다.
따라서, p도전형 InP층(7)이 설계치보다 두꺼워진 경우, 종래 기술로 광결합 계수는 감소한다. 그러나, 본 실시예에서는, p도전형 InP층(8, 9)도 동일한 비율로 두꺼워지므로, 도파로 두께 방향에 따른 광전계강도 분포 E는, 설계에서의 전계강도 분포 Edesign보다도 회절격자측으로 가까이 당겨진다(도 34). 이 전계강도 분포의 벗어남은, 광결합 계수를 증가시키는 방향으로 작용시켜, 2개의 층의 두께의 동일한 경향의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 서로 캔슬된다. 이 결과, 광결합 계수는 제조시의 층두께의 변동으로 크게 변동하는 일이 없어진다.
한편, p도전형 InP층(7)이 설계치보다 얇아진 경우, 종래 기술로 광결합 계수는 증대한다. 그러나, 본 실시예에서는, p도전형 InP층(8, 9)도 동일한 비율로 얇아지므로, 도파로 두께 방향에 따른 광전계강도 분포 E는, 설계에서의 전계강도 분포 Edesign보다도 회절격자측에서 멀리 떨어진다(도 35). 이 전계강도 분포의 벗어남은, 광결합 계수를 증가시키는 방향으로 작용시켜, 2개의 층의 두께의 동일한 경향의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 서로 캔슬된다. 이 결과, 광결합 계수는 제조시의 층두께의 변동으로 크게 변동하는 일이 없어진다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서의 분포귀환형 레이저장치의 구성에 의해, 회절격자가 형성되는 층의 조성이나 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 회절격자를 사이에 끼워 위치하는 p도전형 InP층의 두께변동에 기인하는 광결합 계수의 변동도, 양쪽의 p도전형 InP층의 동일한 경향의 두께변동이 광결합 계수에 대하여 상반되는 방향의 작용을 미치므로, 광결합 계수의 변동의 억제를 얻을 수 있다.
본 실시예에서도, 실시예 1∼4와 동일하게, 활성층의 아래쪽으로 회절격자를 배치한 분포귀환형 레이저장치여도 되고, 위상쉬프트가 설치된 회절격자를 갖는 분포귀환형 레이저장치여도 된다. 또한, 다른 재료계, 예컨대 InP/AlGaInAs계의 분포귀환형 레이저장치여도 된다. 또한, 변조기를 집적화한 분포귀환형 레이저장치여도 된다.
(실시예 6)
도 36에서, 분포귀환형 레이저장치(20)와, 변조기(30)가, 도시하고 있지 않은 반도체기판상에 일체적으로 모놀리식으로 형성되어 있다. 분포귀환형 레이저장치(20)에는, 상기실시예 1∼5에 예시한 어떤 분포귀환형 레이저장치가 사용되고 있다.
이 모놀리식으로 일체화한 장치에서는, 전극(25a, 25b) 사이에 전압을 인가하여, 활성층(4)에 전류를 주입하고, 활성층의 층에 따라 발진시킴과 동시에 회절격자(6, 16) 등에 의해 특정한 파장선택이 이루어져 특정 파장의 발진이 계속된다. 발진한 광은, 활성층(4)으로부터 변조기(30)의 흡수층(34)에 도파되며, 변조기의 전극(25a, 25c) 사이에 인가되는 전압에 의해 변조를 걸 수 있다.
분포귀환형 레이저장치에는, 실시예 1∼5에 예시한 어떤 분포귀환형 레이저장치가 사용되므로, 제조시의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동은 대폭 억제되어 있다. 또한, 분포귀환형 레이저장치와 변조기가 모놀리식으로 일체화되어 있으므로, 장치가 소형화된다. 또한, 일련의 처리공정에서 2개의 장치를 일체화하여 제조할 수 있으므로, 제조능률을 향상할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명을 행했지만, 상기에 개시된 본 발명의 실시예는, 어디까지 예시로서, 본 발명의 범위는 이들 발명의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는, 특허청구범위의 기재에 의해 표시되며, 또한 특허청구범위의 기재와 균등의 의미 및 범위내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.
본 발명의 분포귀환형 레이저장치 및 그 제조방법을 사용함으로써, 제조시의 변동에 기인하는 광결합 계수의 변동을, 동일한 변동 경향을 갖는 성막처리장치를 선택한다는 간단한 수단에 의해, 억제하고, 제조수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 분포귀환형 레이저장치와 다른 광디바이스 예컨대 변조기를, 공통의 반도체기판상에 모놀리식으로 일체 성형한 반도체광장치를 사용함으로써, 이 반도체광장치를 소형화하고, 또한 제조공정을 연속화하여 제조비용을 삭감할 수 있다.

Claims (3)

  1. 반도체기판 상에 설치되고 활성층의 양측에 위치하는 클래드층과, 상기 클래드층 중 어느 한쪽 내부에, 상기 클래드층과 굴절률이 다르며, 광의 출사방향으로 소정 피치에서 그것의 출사방향에 교차하는 방향으로 연장되는 그레이팅 바 형상을 갖는 회절격자를 구비한, 레이저 발진장치로 구성된 분포회귀형 레이저장치에 있어서,
    상기 회절격자와 떨어져 상기 클래드층 내부에 위치하고, 상기 회절격자의 조성과 동일한 조성을 갖는 적어도 한층의 광분포 조정층을 구비하고,
    상기 광분포 조정층의 굴절률이 상기 클래드층의 굴절률보다도 높은 것을 특징으로 하는 분포귀환형 레이저장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광분포 조정층이, 이 광분포 조정층과 상기 회절격자 사이에 상기 활성층을 끼우도록 위치하는 것을 특징으로 하는 분포귀환형 레이저장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광분포 조정층이, 상기 회절격자와 상기 활성층 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 분포귀환형 레이저장치.
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