JPH0211027B2 - - Google Patents
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- JPH0211027B2 JPH0211027B2 JP59223576A JP22357684A JPH0211027B2 JP H0211027 B2 JPH0211027 B2 JP H0211027B2 JP 59223576 A JP59223576 A JP 59223576A JP 22357684 A JP22357684 A JP 22357684A JP H0211027 B2 JPH0211027 B2 JP H0211027B2
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- JP
- Japan
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- layer
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- laser
- diffraction grating
- gaalas
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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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
-
- 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
-
- 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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は、回折格子が形成され単一縦モードで
レーザ発振する発振波長660〜890nmの分布帰還
形または分布ブラツグ反射形半導体レーザ素子に
関するものである。
レーザ発振する発振波長660〜890nmの分布帰還
形または分布ブラツグ反射形半導体レーザ素子に
関するものである。
＜従来技術＞
光フアイバを利用した光情報伝送システムある
いは光計測システムにおける光源として半導体レ
ーザ装置を利用する場合には、半導体レーザ装置
は単一縦モードで発振する動作特性をもつことが
望ましい。単一総モードのレーザ発振特性を得る
ためのレーザ素子構造としては、活性領域もしく
は活性領域に近接して周期的な凹凸形状の回折格
子を形成した分布帰還形または分布ブラツグ反射
形のレーザ素子が知られている。
いは光計測システムにおける光源として半導体レ
ーザ装置を利用する場合には、半導体レーザ装置
は単一縦モードで発振する動作特性をもつことが
望ましい。単一総モードのレーザ発振特性を得る
ためのレーザ素子構造としては、活性領域もしく
は活性領域に近接して周期的な凹凸形状の回折格
子を形成した分布帰還形または分布ブラツグ反射
形のレーザ素子が知られている。
第１図に従来の一般的な分布帰還形半導体レー
ザ素子の構造を示す。ｎ型InP基板１上にｎ型
InPクラツド層（緩衝層）２、ノンドープ
InGaPAs活性層３、ｐ型InGaPAs光ガイド層４、
ｐ型InPクラツド層５及びｐ型InGaPAsキヤツプ
層６が順次積層されている。またキヤツプ層６と
基板１にはそれぞれｐ側及びｎ側のオーミツク電
極７，８が形成され、レーザ発振動作用回折格子
は光ガイド層４の上面に形成されている。このレ
ーザ素子は発振波長1.300nmのInGaPAs／InP系
レーザであり、半導体レーザとしては長波長の発
振特性を有する。一方これに対して一般的に用い
られる発振波長890nm以下の半導体レーザにおい
ても同様な構造のものが考えられる。この場合の
レーザ素子は、ｎ型GaAs基板１上にｎ型
GaAlAsクラツド層２、ノンドープGaAsまたは
GaAlAs活性層３、ｐ型GaAlAs光ガイド層４、
ｐ型GaAlAsクラツド層５、ｐ型GaAsキヤツプ
層６を順次積層した構造のものとなる。しかしな
がらこの場合の構造はGaAlAs光ガイド層４上に
回折格子を形成し、その上にGaAlAsクラツド層
５を成長させることになり、従つて、GaAlAsの
ようなAlを成分として含む結晶は空気中で容易
に酸化して瞬時に酸化膜を形成する性質を有する
ためGaAlAs上への結晶の再成長を困難なものと
する。従つて発振波長890nm以下のレーザ素子に
おいては回折格子を形成した半導体レーザの技術
はまだ充分に確立されていないのが実情である。
ザ素子の構造を示す。ｎ型InP基板１上にｎ型
InPクラツド層（緩衝層）２、ノンドープ
InGaPAs活性層３、ｐ型InGaPAs光ガイド層４、
ｐ型InPクラツド層５及びｐ型InGaPAsキヤツプ
層６が順次積層されている。またキヤツプ層６と
基板１にはそれぞれｐ側及びｎ側のオーミツク電
極７，８が形成され、レーザ発振動作用回折格子
は光ガイド層４の上面に形成されている。このレ
ーザ素子は発振波長1.300nmのInGaPAs／InP系
レーザであり、半導体レーザとしては長波長の発
振特性を有する。一方これに対して一般的に用い
られる発振波長890nm以下の半導体レーザにおい
ても同様な構造のものが考えられる。この場合の
レーザ素子は、ｎ型GaAs基板１上にｎ型
GaAlAsクラツド層２、ノンドープGaAsまたは
GaAlAs活性層３、ｐ型GaAlAs光ガイド層４、
ｐ型GaAlAsクラツド層５、ｐ型GaAsキヤツプ
層６を順次積層した構造のものとなる。しかしな
がらこの場合の構造はGaAlAs光ガイド層４上に
回折格子を形成し、その上にGaAlAsクラツド層
５を成長させることになり、従つて、GaAlAsの
ようなAlを成分として含む結晶は空気中で容易
に酸化して瞬時に酸化膜を形成する性質を有する
ためGaAlAs上への結晶の再成長を困難なものと
する。従つて発振波長890nm以下のレーザ素子に
おいては回折格子を形成した半導体レーザの技術
はまだ充分に確立されていないのが実情である。
＜発明の目的＞
本発明は、GaAlAsの代りにInGaPAsを回折格
子形成用材料として用いることにより、発振波長
890nm以下のレーザ素子においても回折格子を形
成した後、この上への再成長を容易にし、良好な
素子特性を有する新規な分布帰還形あるいは分布
ブラツグ反射形の半導体レーザ素子を提供するこ
とを目的とする。
子形成用材料として用いることにより、発振波長
890nm以下のレーザ素子においても回折格子を形
成した後、この上への再成長を容易にし、良好な
素子特性を有する新規な分布帰還形あるいは分布
ブラツグ反射形の半導体レーザ素子を提供するこ
とを目的とする。
実施例 １
本発明の１実施例について第１図とともに説明
する。ｎ型GaAs基板１上にｎ型GaAlAsクラツ
ド層２、ノンドープGaAs活性層３、ｐ型
InGaPAs光ガイド層４を液相エピタキシヤル成
長法により連続的に成長させる。ここで、光ガイ
ド層４は禁制帯幅、屈折率ともに活性層３とクラ
ツド層２双方の中間の値を有する４元混晶であ
る。次に、光ガイド層４上にホトレジスト膜を塗
布し、紫外線レーザを用いた干渉露光により、周
期2500Åでホトレジジストの回折格子を形成す
る、これをマスクとして化学エツチングにより光
ガイド層４上に溝を刻設し、ホトレジスト膜を除
去する。以上により光ガイド層４上に周期2500Å
の凹凸状回折格子が形成される。この表面に回折
格子を備えた光ガイド層４上に同様の液相エピタ
キシヤル成長法によりｐ型GaAlAsクラツド層
５、ｐ型GaAsキヤツプ層６を順次成長させた
後、キヤツプ層６上及び基板１上にそれぞれオー
ミツク性金属電極７，８を形成する。
する。ｎ型GaAs基板１上にｎ型GaAlAsクラツ
ド層２、ノンドープGaAs活性層３、ｐ型
InGaPAs光ガイド層４を液相エピタキシヤル成
長法により連続的に成長させる。ここで、光ガイ
ド層４は禁制帯幅、屈折率ともに活性層３とクラ
ツド層２双方の中間の値を有する４元混晶であ
る。次に、光ガイド層４上にホトレジスト膜を塗
布し、紫外線レーザを用いた干渉露光により、周
期2500Åでホトレジジストの回折格子を形成す
る、これをマスクとして化学エツチングにより光
ガイド層４上に溝を刻設し、ホトレジスト膜を除
去する。以上により光ガイド層４上に周期2500Å
の凹凸状回折格子が形成される。この表面に回折
格子を備えた光ガイド層４上に同様の液相エピタ
キシヤル成長法によりｐ型GaAlAsクラツド層
５、ｐ型GaAsキヤツプ層６を順次成長させた
後、キヤツプ層６上及び基板１上にそれぞれオー
ミツク性金属電極７，８を形成する。
上記実施例において、ダブルヘテロ接合レーザ
動作用多層結晶構造を構成する各層は、活性層３
がGaAsから成り、クラツド層２，５がGa1-xAlx
Asの混晶で混晶比ｘが0.2以上に設定された層よ
り成る。この場合の発振波長は約890nmとなる。
また光ガイド層４はIn1-yGayP1-zAszの４元混晶
で各混晶比は0.68≦ｙ≦１、0.34≦ｚ≦１、ｚ＝
2.04y−1.04の範囲で選択され、禁制帯幅及び屈
折率が活性層３とクラツド層２，５の中間の値と
なるように設定される。発振波長890nm以下とす
るためには活性層３とクラツド層２，５の組成は
上記以外に、活性層３をGa1-xAlxAsで構成し混
晶比ｘを０≦ｘ≦0.4の範囲で選定するとともに
クラツド層２，５をGa1-xAlxAsで構成しその混
晶比ｘを活性層３よりも高い0.2≦ｘ≦１の範囲
で選定し活性層３に対してバンドギヤツプエネル
ギーが0.3eV以上の差を有するように設定しても
良い。このような範囲で適宜混晶比を選定するこ
とにより発振波長が660nmから890nmのレーザ素
子が得られる。発振波長をこの範囲に収めるため
の材料としてはGaAs−GaAlAsの他活性層３と
してIn1-yGayP1-zAszを使用し各混晶比を0.51≦
ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｚ＝2.04y−1.04の範囲で
選定しまたクラツド層２，５としてIn1-yGayP1-z
AsZを使用し各混晶比を0.51≦ｙ≦0.81、０≦ｚ
≦0.6、ｚ＝2.04y−1.04の範囲で選定してもよい。
光ガイド層４は従来のAlの酸化を回避するため
GaAlAsは使用せずIn1-yGayP1-zAsz（ｚ＝2.04y−
1.04）の４元混晶とし、活性層３とクラツド層
２．５の双方の材料を選定することによりその混
晶比を決定する。
動作用多層結晶構造を構成する各層は、活性層３
がGaAsから成り、クラツド層２，５がGa1-xAlx
Asの混晶で混晶比ｘが0.2以上に設定された層よ
り成る。この場合の発振波長は約890nmとなる。
また光ガイド層４はIn1-yGayP1-zAszの４元混晶
で各混晶比は0.68≦ｙ≦１、0.34≦ｚ≦１、ｚ＝
2.04y−1.04の範囲で選択され、禁制帯幅及び屈
折率が活性層３とクラツド層２，５の中間の値と
なるように設定される。発振波長890nm以下とす
るためには活性層３とクラツド層２，５の組成は
上記以外に、活性層３をGa1-xAlxAsで構成し混
晶比ｘを０≦ｘ≦0.4の範囲で選定するとともに
クラツド層２，５をGa1-xAlxAsで構成しその混
晶比ｘを活性層３よりも高い0.2≦ｘ≦１の範囲
で選定し活性層３に対してバンドギヤツプエネル
ギーが0.3eV以上の差を有するように設定しても
良い。このような範囲で適宜混晶比を選定するこ
とにより発振波長が660nmから890nmのレーザ素
子が得られる。発振波長をこの範囲に収めるため
の材料としてはGaAs−GaAlAsの他活性層３と
してIn1-yGayP1-zAszを使用し各混晶比を0.51≦
ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｚ＝2.04y−1.04の範囲で
選定しまたクラツド層２，５としてIn1-yGayP1-z
AsZを使用し各混晶比を0.51≦ｙ≦0.81、０≦ｚ
≦0.6、ｚ＝2.04y−1.04の範囲で選定してもよい。
光ガイド層４は従来のAlの酸化を回避するため
GaAlAsは使用せずIn1-yGayP1-zAsz（ｚ＝2.04y−
1.04）の４元混晶とし、活性層３とクラツド層
２．５の双方の材料を選定することによりその混
晶比を決定する。
本実施例においては光ガイド層４として
InGaPAsを用いているため、後の回折格子を形
成するホトエツチング等の加工に際して光ガイド
層表面が酸化することなく再成長が容易に行わ
れ、再現性よく高品質の分布帰還形レーザ素子を
得ることができる。
InGaPAsを用いているため、後の回折格子を形
成するホトエツチング等の加工に際して光ガイド
層表面が酸化することなく再成長が容易に行わ
れ、再現性よく高品質の分布帰還形レーザ素子を
得ることができる。
ｐ型電極８及びｎ側電極７を介してレーザ素子
内へキヤリアを注入すると活性層３でレーザ動作
が開始され発振波長660nm−890nmのレーザ光が
出力される。レーザ光は図中の左右方向を共振方
向とし左右の端面より放射される。光ガイド層４
に形成された同規的な回折格子によつて共振長が
定まり、放射されるレーザ光は単一縦モードの発
振状態となる。従つて光フアイバー等を用いた情
報伝送用光源として適する出力特性を有するレー
ザ装置が得られる。
内へキヤリアを注入すると活性層３でレーザ動作
が開始され発振波長660nm−890nmのレーザ光が
出力される。レーザ光は図中の左右方向を共振方
向とし左右の端面より放射される。光ガイド層４
に形成された同規的な回折格子によつて共振長が
定まり、放射されるレーザ光は単一縦モードの発
振状態となる。従つて光フアイバー等を用いた情
報伝送用光源として適する出力特性を有するレー
ザ装置が得られる。
尚、分布帰還形レーザ素子以外に分布ブラツグ
反射形半導体レーザ素子に対しても本発明は同様
に適用可能である。
反射形半導体レーザ素子に対しても本発明は同様
に適用可能である。
実施例 ２
ｎ型GaAs基板１１上にｎ型InGaPクラツド層
１２を成長させ、このInGaPクラツド層１２上に
実施例１と同様の手段により回折格子を形成した
後、ｎ型InGaPAs光ガイド層１３、ノンドープ
GaAs活性層１４、ｐ型InGaPクラツド層１５、
ｐ型GaAsキヤツプ層１６を順次エピタキシヤル
成長させる。本実施例では回折格子をｎ型InGaP
クラツド層上に形成しており、この点で実施例１
と相違するが実施例１のInGaPAs光ガイド層に
回折格子を形成した場合と同様に酸化はなく、回
折格子上への再成長が容易である。キヤツプ層１
６及び基板１１上にそれぞれオーミツク電極１
７，１８を形成することによりレーザ素子が作製
される。
１２を成長させ、このInGaPクラツド層１２上に
実施例１と同様の手段により回折格子を形成した
後、ｎ型InGaPAs光ガイド層１３、ノンドープ
GaAs活性層１４、ｐ型InGaPクラツド層１５、
ｐ型GaAsキヤツプ層１６を順次エピタキシヤル
成長させる。本実施例では回折格子をｎ型InGaP
クラツド層上に形成しており、この点で実施例１
と相違するが実施例１のInGaPAs光ガイド層に
回折格子を形成した場合と同様に酸化はなく、回
折格子上への再成長が容易である。キヤツプ層１
６及び基板１１上にそれぞれオーミツク電極１
７，１８を形成することによりレーザ素子が作製
される。
本実施例においてもオーミツク電極１７，１８
を介してキヤリアを注入することにより発振波長
890nm以下の単一総モードレーザ発振が得られ
る。レーザ光は図中の左右方向の端面より放射さ
れる。
を介してキヤリアを注入することにより発振波長
890nm以下の単一総モードレーザ発振が得られ
る。レーザ光は図中の左右方向の端面より放射さ
れる。
尚、活性層１４及びクラツド層１２，１５は
GaAsとInGaPの組み合わせ以外に実施例１で説
明したGaAlAs、InGaPAs等を用いることができ
ることは本実施例の構造においても同様である。
活性層１２としてGa1-XAlXAsを用いた場合混晶
比は０≦ｘ≦0.15、In1-yGayP1-zAszを用いた場
合各混晶比は0.78≦ｙ≦１、0.56≦ｚ≦１、ｚ＝
2.04y−1.04の範囲となり、発振波長890nm〜
770nmのレーザ光が得られる。本実施例の構造を
分布ブラツグ反射形のレーザ素子に適用すること
も当然に可能である。
GaAsとInGaPの組み合わせ以外に実施例１で説
明したGaAlAs、InGaPAs等を用いることができ
ることは本実施例の構造においても同様である。
活性層１２としてGa1-XAlXAsを用いた場合混晶
比は０≦ｘ≦0.15、In1-yGayP1-zAszを用いた場
合各混晶比は0.78≦ｙ≦１、0.56≦ｚ≦１、ｚ＝
2.04y−1.04の範囲となり、発振波長890nm〜
770nmのレーザ光が得られる。本実施例の構造を
分布ブラツグ反射形のレーザ素子に適用すること
も当然に可能である。
＜発明の効果＞
以上詳説した如く、発振波長890nm以下の短波
長レーザ素子において酸化の激しいGaAlAsの代
りにInGaPAs又はInGaPを回折格子形成層とし
て用いることにより回折格子上への再成長が容易
になり、高品質の分布帰還形またはブラツグ分布
反射形半導体レーザが得られる。
長レーザ素子において酸化の激しいGaAlAsの代
りにInGaPAs又はInGaPを回折格子形成層とし
て用いることにより回折格子上への再成長が容易
になり、高品質の分布帰還形またはブラツグ分布
反射形半導体レーザが得られる。
第１図、第２図ともに分布帰還形半導体レーザ
の横断面図である。 １，１１…ｎ型基板、２，１２…ｎ型クラツド
層、１３…ｎ型光ガイド層、３，１４…ノンドー
プ活性層、４…ｐ型光ガイド層、５，１５…ｐ型
クラツド層、６，１６…ｐ型キヤツプ層、７，１
７…ｐ側オーミツク電極、８，１８…ｎ側オーミ
ツク電極。
の横断面図である。 １，１１…ｎ型基板、２，１２…ｎ型クラツド
層、１３…ｎ型光ガイド層、３，１４…ノンドー
プ活性層、４…ｐ型光ガイド層、５，１５…ｐ型
クラツド層、６，１６…ｐ型キヤツプ層、７，１
７…ｐ側オーミツク電極、８，１８…ｎ側オーミ
ツク電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ga1-xAlxAs（０≦Ｘ≦0.4）から成る活性層
を有する発振波長660nm乃至890nmの半導体レー
ザ素子に於いて、 前記活性層の近傍にIn1-YGaYP1-ZAsZ（Ｚ＝
2.04Y−1.04）から成る回折格子の形成された層
を挿入したことを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223576A JPS61100991A (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | 半導体レ−ザ素子 |
| US06/789,787 US4745615A (en) | 1984-10-22 | 1985-10-21 | Semiconductor laser device with a diffraction grating |
| EP85307630A EP0182508A3 (en) | 1984-10-22 | 1985-10-22 | A semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223576A JPS61100991A (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61100991A JPS61100991A (ja) | 1986-05-19 |
| JPH0211027B2 true JPH0211027B2 (ja) | 1990-03-12 |
Family
ID=16800325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59223576A Granted JPS61100991A (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4745615A (ja) |
| EP (1) | EP0182508A3 (ja) |
| JP (1) | JPS61100991A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6216591A (ja) * | 1985-07-15 | 1987-01-24 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| US4837775A (en) * | 1985-10-21 | 1989-06-06 | General Electric Company | Electro-optic device having a laterally varying region |
| JPS6318686A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-26 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
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