JPH0266985A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH0266985A JPH0266985A JP21898188A JP21898188A JPH0266985A JP H0266985 A JPH0266985 A JP H0266985A JP 21898188 A JP21898188 A JP 21898188A JP 21898188 A JP21898188 A JP 21898188A JP H0266985 A JPH0266985 A JP H0266985A
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- 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
- H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
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- 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
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- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
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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】
〔産業上の利用分野コ
本発明はＲＯＲ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ ０ｐｔｉｃａｌ
Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を外部共振器として用いた半導体
レーザに関する。
Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を外部共振器として用いた半導体
レーザに関する。
本発明は、光通信や光計測の光源として利用するに適す
る。
る。
本発明は、ＲＯＲを外部共振器として用いた半導体レー
ザにおいて、 活性領域とＲＯＲとをモノリシックに集積化することに
より、 単一モード性に優れ、発光スペクトル線幅が狭く、小型
で安定な半導体レーザを提供することを目的とする。
ザにおいて、 活性領域とＲＯＲとをモノリシックに集積化することに
より、 単一モード性に優れ、発光スペクトル線幅が狭く、小型
で安定な半導体レーザを提供することを目的とする。
半導体レーザを単一モード発振させる方法として、共振
器の反射率に周波数特性をもたせることが行われている
。このようなレーザは、反射器の周波数特性を鋭くする
こと、すなわちＱ値を高くすることにより、単一モード
性が向上し、しかもスペクトル線幅を狭めることができ
る。
器の反射率に周波数特性をもたせることが行われている
。このようなレーザは、反射器の周波数特性を鋭くする
こと、すなわちＱ値を高くすることにより、単一モード
性が向上し、しかもスペクトル線幅を狭めることができ
る。
周波数特性をもつ反射器を半導体レーザとモノリシック
に集積化したものとしては、ブラッグ反射形レーザが知
られている。また、高いＱ値をもつ反射器としてＲＯＲ
が提案され、これを外部共振器として用いた半導体レー
ザも報告されている。
に集積化したものとしては、ブラッグ反射形レーザが知
られている。また、高いＱ値をもつ反射器としてＲＯＲ
が提案され、これを外部共振器として用いた半導体レー
ザも報告されている。
ＲＯＲについては、ルドルフ・エフ・カザリノフ、チャ
ールズ・エイチ・ヘンリイおよびエフ・アンダース・オ
ルソン、「ナローバンド・レゾナント・オプティカル・
リフレクタズ・アンド・レゾナント・オプティカル・ト
ランスフォーマーズ・フォー・レーザ・スタビライゼー
ション・アンド・ウェイブレンゲス・デイビジョン・マ
ルチブレクシンク」、１ＥＥＥジヤーナル・オブ・クラ
オンタム・エレクトロニクス第０１２３巻第９号、１９
８７年９月（Ｒｕｄｏｌｆ Ｆ、Ｋａｚａｒｉｎｏｖ、
Ｃｈａｒｌｅｓ Ｈ，Ｈｅｎｒｙ、 ａｎｄＮ、Ａｎ
ｄｅｒｓ ０１ｓｓｏｎ、 ’Ｎａｒｒｏｗ−Ｂａｎ
ｄ Ｒｅ５ｏｎａｎｔ Ｏｐｔ＋−ｃａｌ Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｒｅ５ｏｎａｎｔ Ｔｒａｎｓｆ
ｏｒｍｅｒｓ ｆｏｒＬａｓｅｒ ５ｔａｂｉｌｉｚａ
ｔｉｏｎ ａｎｄ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓ
ｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ”、 ■εＥＢ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｂｌｅｃ
−ｔｒｏｎｉｃｓ、 Ｖｏｌ、ＱＢ−２３，Ｎｏ、９．
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９８７）に詳しく説明されて
いる。
ールズ・エイチ・ヘンリイおよびエフ・アンダース・オ
ルソン、「ナローバンド・レゾナント・オプティカル・
リフレクタズ・アンド・レゾナント・オプティカル・ト
ランスフォーマーズ・フォー・レーザ・スタビライゼー
ション・アンド・ウェイブレンゲス・デイビジョン・マ
ルチブレクシンク」、１ＥＥＥジヤーナル・オブ・クラ
オンタム・エレクトロニクス第０１２３巻第９号、１９
８７年９月（Ｒｕｄｏｌｆ Ｆ、Ｋａｚａｒｉｎｏｖ、
Ｃｈａｒｌｅｓ Ｈ，Ｈｅｎｒｙ、 ａｎｄＮ、Ａｎ
ｄｅｒｓ ０１ｓｓｏｎ、 ’Ｎａｒｒｏｗ−Ｂａｎ
ｄ Ｒｅ５ｏｎａｎｔ Ｏｐｔ＋−ｃａｌ Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｒｅ５ｏｎａｎｔ Ｔｒａｎｓｆ
ｏｒｍｅｒｓ ｆｏｒＬａｓｅｒ ５ｔａｂｉｌｉｚａ
ｔｉｏｎ ａｎｄ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓ
ｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ”、 ■εＥＢ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｂｌｅｃ
−ｔｒｏｎｉｃｓ、 Ｖｏｌ、ＱＢ−２３，Ｎｏ、９．
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９８７）に詳しく説明されて
いる。
また、ＲＯＲを外部共振器として用いた半導体レーザに
ついては、エフ・アイ・オルソン、シー・エイチ・ヘン
リイ、アール・エフ・カザリノフ、エイチ・ジェイ・リ
ー、ビー・エイチ・ジョンソンおよびケイ・ジェイ・オ
ーロウスキイ、「ナロー・ラインウィドス１．５μのセ
ミコンダクタ・レーザ・ウィズ・ア・レゾナント・オプ
ティカル・リフレクタ」、アプライド・フィジクス・レ
ターズ第５１巻第１５号１９８７年１０月１２日（Ｎ、
Ａ、０１ｓｓｏｎ、 Ｃ，）Ｉ。
ついては、エフ・アイ・オルソン、シー・エイチ・ヘン
リイ、アール・エフ・カザリノフ、エイチ・ジェイ・リ
ー、ビー・エイチ・ジョンソンおよびケイ・ジェイ・オ
ーロウスキイ、「ナロー・ラインウィドス１．５μのセ
ミコンダクタ・レーザ・ウィズ・ア・レゾナント・オプ
ティカル・リフレクタ」、アプライド・フィジクス・レ
ターズ第５１巻第１５号１９８７年１０月１２日（Ｎ、
Ａ、０１ｓｓｏｎ、 Ｃ，）Ｉ。
Ｈｅｎｒｙ、 Ｒ，Ｆ、Ｋａｚａｒｉｎｏｖ、 Ｈ，Ｊ
、Ｌｅｅ、 Ｂ、Ｈ，Ｊｏｈｎｓｏｎａｎｄ Ｋ、Ｊ、
Ｏｒｌｏｗｓｋｙ、 ”Ｎａｒｒｏｗ ｌｉｎｅｗｉｄ
ｔｈ １．５ Ｂｔｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ １
ａｓｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｏｐｔｉ
ｃａｌｒｅｆｌｅｃｔｏｒ”、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ、 ５Ｈ１５）、 １２ Ｏｃｔ。
、Ｌｅｅ、 Ｂ、Ｈ，Ｊｏｈｎｓｏｎａｎｄ Ｋ、Ｊ、
Ｏｒｌｏｗｓｋｙ、 ”Ｎａｒｒｏｗ ｌｉｎｅｗｉｄ
ｔｈ １．５ Ｂｔｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ １
ａｓｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｏｐｔｉ
ｃａｌｒｅｆｌｅｃｔｏｒ”、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ、 ５Ｈ１５）、 １２ Ｏｃｔ。
１９８７） に詳しく説明されている。
一般に、反射器を半導体レーザとモノリシックに集積化
することにより、半導体レーザと反射器との結合損失を
減らすことができ、単一モード性を高めることができ、
発光スペクトル線幅を狭くすることができる。また、機
械的な振動による半導体レーザと外部共振器との間の距
離の変動を除くことができ、安定性を高めることができ
る。しかし、ＲＯＲをモノリシックに集積化した構造の
半導体レーザはまだ報告されていない。
することにより、半導体レーザと反射器との結合損失を
減らすことができ、単一モード性を高めることができ、
発光スペクトル線幅を狭くすることができる。また、機
械的な振動による半導体レーザと外部共振器との間の距
離の変動を除くことができ、安定性を高めることができ
る。しかし、ＲＯＲをモノリシックに集積化した構造の
半導体レーザはまだ報告されていない。
この理由は、半導体レーザの活性領域とＲＯＲの導波路
との結合効率の問題、およびＲＯＲの導波路損失の問題
があり、これらの問題を両立させることが困難であるか
らである。
との結合効率の問題、およびＲＯＲの導波路損失の問題
があり、これらの問題を両立させることが困難であるか
らである。
本発明は、この問題点を克照し、ＲＯＲをモノリシック
に集積化した半導体レーザを提供することを目的とする
。
に集積化した半導体レーザを提供することを目的とする
。
本発明の半導体レーザは、活性領域とＲＯＲとが同一基
板上に形成されたことを特徴とする。
板上に形成されたことを特徴とする。
ＲＯＲは、光が入射する第一導波路と、この第一導波路
との間で相互に光が結合する第二導波路とを備え、この
第二導波路に、第一導波路から結合した光に含まれる特
定波長の光を反射するブラッグ反射器を備える。
との間で相互に光が結合する第二導波路とを備え、この
第二導波路に、第一導波路から結合した光に含まれる特
定波長の光を反射するブラッグ反射器を備える。
このような半導体レーザを製造するには、量子井戸構造
を含む層構造を形成し、活性領域以外の部分の量子井戸
構造を無秩序化してこれを導波層とする。すなわち、半
導体基板上に量子井戸構造を形成し、この量子井戸構造
の一部に活性領域を形成するとともに、この活性領域以
外の部分の量子井戸構造を無秩序化し、この工程により
無秩序化された領域に、活性領域からの出力光が入射す
る第一導波路と、この第一導波路との間で相互に光が結
合する第二導波路と、この第二導波路に第一導波路から
結合した光に含まれる特定波長の光を反射するブラッグ
反射器とを形成する。
を含む層構造を形成し、活性領域以外の部分の量子井戸
構造を無秩序化してこれを導波層とする。すなわち、半
導体基板上に量子井戸構造を形成し、この量子井戸構造
の一部に活性領域を形成するとともに、この活性領域以
外の部分の量子井戸構造を無秩序化し、この工程により
無秩序化された領域に、活性領域からの出力光が入射す
る第一導波路と、この第一導波路との間で相互に光が結
合する第二導波路と、この第二導波路に第一導波路から
結合した光に含まれる特定波長の光を反射するブラッグ
反射器とを形成する。
また、導波層を選択成長させてもよい。すなわち、半導
体基板上に活性層を含む層構造を形成し、この活性層を
エツチングして活性領域を形成し、この工程によりエツ
チングされた領域に、活性領域からの出力光が入射する
第一導波路と、この第一導波路との間で相互に光が結合
する第二導波路と、この第二導波路に第一導波路から結
合した光に含まれる特定波長の光を反射するブラッグ反
射器とを形成してもよい。
体基板上に活性層を含む層構造を形成し、この活性層を
エツチングして活性領域を形成し、この工程によりエツ
チングされた領域に、活性領域からの出力光が入射する
第一導波路と、この第一導波路との間で相互に光が結合
する第二導波路と、この第二導波路に第一導波路から結
合した光に含まれる特定波長の光を反射するブラッグ反
射器とを形成してもよい。
ブラッグ反射器を形成するには、第一導波路および第二
導波路を形成する前に、第二導波路が形成される部分の
一部に回折格子を形成しておく。
導波路を形成する前に、第二導波路が形成される部分の
一部に回折格子を形成しておく。
この後に第二導波路を形成すると、その回折格子が形成
された領域がブラッグ反射器となる。
された領域がブラッグ反射器となる。
ＲＯＲには、ブラッグ反射器と第一導波路との間に、光
の結合を防止するための溝を設けることが望ましい。
の結合を防止するための溝を設けることが望ましい。
ＲＯＲの第一導波路と第二導波路とを互いに異なる層に
集積化することもできる。
集積化することもできる。
ＲＯＲのブラッグ反射器に電流または電圧を供給してそ
の等偏屈折率を制御することもできる。
の等偏屈折率を制御することもできる。
これにより、ブラッグ反射器の反射する波長を制御し、
半導体レーザの発振波長を制御できる。
半導体レーザの発振波長を制御できる。
活性領域とＲＯＲとをモノリシックに集積化することに
より、半導体レーザを小型化できるとともに、活性領域
と外部共振器との光結合効率を高めることができる。ま
た、機械的な振動などの影響を除くことができる。した
がって、単一モード性が良好で、発光スペクトル線幅が
狭く、小型で安定な半導体レーザが得られる。
より、半導体レーザを小型化できるとともに、活性領域
と外部共振器との光結合効率を高めることができる。ま
た、機械的な振動などの影響を除くことができる。した
がって、単一モード性が良好で、発光スペクトル線幅が
狭く、小型で安定な半導体レーザが得られる。
第１図は本発明第一実施例半導体レーザの各製造工程に
おける斜視図を示す。この図面では、素子の各部および
層構造を明確にするため、必要な部分を誇張して示して
、いる。 。
おける斜視図を示す。この図面では、素子の各部および
層構造を明確にするため、必要な部分を誇張して示して
、いる。 。
第１図（ａ）は、半導体基板上に量子井戸構造を形成す
る工程を示す。すなわち、基板１上にバッファ層２、ク
ラッド層３、グレイデドインデクス層４、量子井戸層５
、ダレイデドインデクス層６および導波層７を順番に成
長させる。
る工程を示す。すなわち、基板１上にバッファ層２、ク
ラッド層３、グレイデドインデクス層４、量子井戸層５
、ダレイデドインデクス層６および導波層７を順番に成
長させる。
第１図（ｂ）は、この量子井戸構造の一部に活性領域を
形成するとともに、この活性領域以外の部分の量子井戸
構造を無秩序化する工程を示す。すなわち、導波層７上
の活性領域を形成する領域にマスク８を設け、イオン注
入を行う。この後に熱処理して、活性領域以外の部分の
量子井戸層５を無秩序化する。
形成するとともに、この活性領域以外の部分の量子井戸
構造を無秩序化する工程を示す。すなわち、導波層７上
の活性領域を形成する領域にマスク８を設け、イオン注
入を行う。この後に熱処理して、活性領域以外の部分の
量子井戸層５を無秩序化する。
第１図（Ｃ）〜（ｅ）は、無秩序化された領域に、活性
領域からの出力光が入射する第一導波路と、この第一導
波路との間で相互に光が結合する第二導波路と、第二導
波路に第一導波路から結合した光に含まれる特定波長の
光を反射するブラッグ反射器１５とを形成する工程を示
す。
領域からの出力光が入射する第一導波路と、この第一導
波路との間で相互に光が結合する第二導波路と、第二導
波路に第一導波路から結合した光に含まれる特定波長の
光を反射するブラッグ反射器１５とを形成する工程を示
す。
第１図（Ｃ）に示す工程では、導波層７に二つの回折格
子１０を刻む。領域９は、無秩序化されていない領域を
示す。
子１０を刻む。領域９は、無秩序化されていない領域を
示す。
第１図（ｄ）に示す工程では、導波層７の上にクラッド
層１１およびキャップ層１２を成長させる。
層１１およびキャップ層１２を成長させる。
第１図（ｅ）に示す工程では、領域９の上の部分を残し
てキャップ層１２をエツチングして活性領域を形成し、
さらに、クラッド層１１をエツチングしてリッジを形成
する。このリッジ１３．１４により屈折率が実効的に変
化し、その領域に第一導波路および第二導波路が形成さ
れる。第二導波路は回折格子１０が設けられた領域を通
過するように形成され、回折格子が設けられた領域がブ
ラッグ反射器１５となる。
てキャップ層１２をエツチングして活性領域を形成し、
さらに、クラッド層１１をエツチングしてリッジを形成
する。このリッジ１３．１４により屈折率が実効的に変
化し、その領域に第一導波路および第二導波路が形成さ
れる。第二導波路は回折格子１０が設けられた領域を通
過するように形成され、回折格子が設けられた領域がブ
ラッグ反射器１５となる。
第１図（ｆ）は、第１図（ｅ）の素子に電極を設けた状
態を示す。
態を示す。
活性領域のキャップ層１２の上には電極１６を設け、ブ
ラッグ反射器１５の上には電極１７を設ける。また、こ
れらの電極１６．１７に対応して、基板１の裏側にも電
極を設ける。
ラッグ反射器１５の上には電極１７を設ける。また、こ
れらの電極１６．１７に対応して、基板１の裏側にも電
極を設ける。
電極１６から量子井戸層５に電流を供給することにより
、この量子井戸層５が発光する。また、電極１７からブ
ラッグ反射器１５に電流または電圧を供給することによ
り、その領域の等偏屈折率を制御でき、反射波長を制御
できる。これにより、量子井戸層５における発光波長を
制御できる。
、この量子井戸層５が発光する。また、電極１７からブ
ラッグ反射器１５に電流または電圧を供給することによ
り、その領域の等偏屈折率を制御でき、反射波長を制御
できる。これにより、量子井戸層５における発光波長を
制御できる。
第２図は第１図（ｅ）に示した半導体レーザの平面図を
示す。
示す。
この素子は、半導体により形成された活性領域、すなわ
ちキャップ層１２が設けられた領域と、この活性領域か
らの出力光を反射して活性領域に帰還させる外部共振器
とを備える。この外部共振器はＲＯＲであり、活性領域
からの出力光が入射する第一導波路（リッジ１３が設け
られた部分）と、この第一導波路との間で相互に光が結
合する第二導波路（リッジ１４が設けられた部分）とを
含み、この第二導波路に、第一導波路から結合した光に
含まれる特定波長の光を反射するブラッグ反射器１５を
含む。活性領域とＲ，ＯＲとは、モノリシックに集積化
されている。また、活性領域は量子井戸構造を含み、第
一導波路および第二導波路は、量子井戸構造の延長部が
無秩序化された層を導波層として含む。
ちキャップ層１２が設けられた領域と、この活性領域か
らの出力光を反射して活性領域に帰還させる外部共振器
とを備える。この外部共振器はＲＯＲであり、活性領域
からの出力光が入射する第一導波路（リッジ１３が設け
られた部分）と、この第一導波路との間で相互に光が結
合する第二導波路（リッジ１４が設けられた部分）とを
含み、この第二導波路に、第一導波路から結合した光に
含まれる特定波長の光を反射するブラッグ反射器１５を
含む。活性領域とＲ，ＯＲとは、モノリシックに集積化
されている。また、活性領域は量子井戸構造を含み、第
一導波路および第二導波路は、量子井戸構造の延長部が
無秩序化された層を導波層として含む。
ここで、ＲＯＲの動作について説明する。ブラッグ反射
器１５の長さをＬＤ、結合係数をに。、ブラッグ反射器
１５の電界反射率をＲＤ、ブラッグ反射器１５の間隔を
し、ブラッグ反射器１５間の伝播定数をβとする。また
、第一導波路と第二導波路との結合が中央の長さしの部
分のみで起こると仮定し、その結合係数をに、とする。
器１５の長さをＬＤ、結合係数をに。、ブラッグ反射器
１５の電界反射率をＲＤ、ブラッグ反射器１５の間隔を
し、ブラッグ反射器１５間の伝播定数をβとする。また
、第一導波路と第二導波路との結合が中央の長さしの部
分のみで起こると仮定し、その結合係数をに、とする。
また、結合部分では、第一導波路の伝播定数と第二導波
路の伝播定数とが等しいとする。
路の伝播定数とが等しいとする。
このとき、ＲＯＲの電界反射率ｒは、
Ｒ，ｓｉｎ’（にｃＬ） ｅｘｐ（−２ｊβＬ）・−・
・ （１） となる。ただし、 ・ （２） μ＝〔にｏ’＋（ｊΔβ＋α／２）２〕ｌ／２である。
・ （１） となる。ただし、 ・ （２） μ＝〔にｏ’＋（ｊΔβ＋α／２）２〕ｌ／２である。
ここで、αは導波路損失、Δβはブラッグ波長からのず
れを示す。
れを示す。
ここで、発振波長を０．８５μｍとし、各層の混晶比（
ガリウムＧａに対するアルミニウムＡｆの割合）と膜厚
とが第１表に示す値であるとする。
ガリウムＧａに対するアルミニウムＡｆの割合）と膜厚
とが第１表に示す値であるとする。
第 １ 表
また、ブラッグ反射器１５の回折格子は波長に対し一次
であり、その形状は三角形であるとする。また、回折格
子の高さｔ ＝５Ｑｎｍであるとする。このとき、ブラ
ッグ反射器１５の結合係数に。＝９６ｃｎｒ’となる。
であり、その形状は三角形であるとする。また、回折格
子の高さｔ ＝５Ｑｎｍであるとする。このとき、ブラ
ッグ反射器１５の結合係数に。＝９６ｃｎｒ’となる。
また、回折格子を形成した部分と形成しない部分との等
偏屈折率差Δｎ□＝０．００２となる。
偏屈折率差Δｎ□＝０．００２となる。
ブラッグ反射器１５の間隔Ｌ＝１０６μｍとすると、Δ
ｎ□・Ｌ＝λ／ ４ −− （４）が成立
し、ＲＯＲはブラッグ反射器１５のブラッグ波長で共振
する。
ｎ□・Ｌ＝λ／ ４ −− （４）が成立
し、ＲＯＲはブラッグ反射器１５のブラッグ波長で共振
する。
第３図は、第一導波路と第二導波路との間隔Ｗと、導波
路間の結合係数に。との関係の一例を示す。ここで、リ
ッジ１３．１４によって生じる横方向の等偏屈折率差を
０．０１とした。この図に示したように、間隔Ｗを１．
５μｍとすると、結合係数に。は３３ｃ＋＋ｒ’となる
。
路間の結合係数に。との関係の一例を示す。ここで、リ
ッジ１３．１４によって生じる横方向の等偏屈折率差を
０．０１とした。この図に示したように、間隔Ｗを１．
５μｍとすると、結合係数に。は３３ｃ＋＋ｒ’となる
。
第４図はブラッグ反射器１５のにｏＬｏ（結合係数×長
さ）に対するブラッグ反射器１５のＩＲＩ。
さ）に対するブラッグ反射器１５のＩＲＩ。
の値の一例を示す。ここでは、Δβ＝０、α＝０とした
。
。
ＲＯＲを外部共振器として使用するためには、電界反射
率の絶対値ＩＲＩＩ＋が「１」に近いことが必要である
。第４図を参照すると、に、・ＬＤ＝３のときｌ Ｒｎ
ｌ ＝０．９９５ となる。この値を得るニハ、に
、 ＝９５ｃｍ−’であることから、Ｌ＝３１１μｍと
する。
率の絶対値ＩＲＩＩ＋が「１」に近いことが必要である
。第４図を参照すると、に、・ＬＤ＝３のときｌ Ｒｎ
ｌ ＝０．９９５ となる。この値を得るニハ、に
、 ＝９５ｃｍ−’であることから、Ｌ＝３１１μｍと
する。
以上の条件を第２表にまとめる。
第 ２ 表
第５図は、ブラッグ波長からの伝播定数のずれΔβに対
するＩＲＤＩ” と１ｒ１２の値の一例を示す。これら
の値は、第２表に示した条件における値である。また、
導波路損失α＝０とした。
するＩＲＤＩ” と１ｒ１２の値の一例を示す。これら
の値は、第２表に示した条件における値である。また、
導波路損失α＝０とした。
第５図に示すように、ｌｒｌ”の半値全幅は波長で０．
Ｏ２ｎｍ程度となり、非常に鋭い周波数特性が得られ
る。
Ｏ２ｎｍ程度となり、非常に鋭い周波数特性が得られ
る。
第６図は導波路損失α＝ｌｃ＋ｒｒ’とした場合の第５
図と同等の図である。この場合にはＩｒ ２の値が小さ
くなっている。したがって、導波路損失としてはｌ ｃ
ｍ−’程度に押さえる必要がある。
図と同等の図である。この場合にはＩｒ ２の値が小さ
くなっている。したがって、導波路損失としてはｌ ｃ
ｍ−’程度に押さえる必要がある。
第７図は本発明第二実施例半導体レーザの各製造工程に
おける斜視図を示す。この図も第１図と同様に、素子の
各部および層構造を明確にするため、必要な部分を誇張
して示している。
おける斜視図を示す。この図も第１図と同様に、素子の
各部および層構造を明確にするため、必要な部分を誇張
して示している。
第７図（ａ）は、半導体基板上に量子井戸層５を含む層
構造を形成する工程を示す。すなわち、基板１上にバッ
ファ層２、クラッド層３、グレイデドインデクス層４、
量子井戸層５、ダレイデドインデクス層６、導波層７、
クラッド層１１およびキャップ層１２を順番に成長させ
る。
構造を形成する工程を示す。すなわち、基板１上にバッ
ファ層２、クラッド層３、グレイデドインデクス層４、
量子井戸層５、ダレイデドインデクス層６、導波層７、
クラッド層１１およびキャップ層１２を順番に成長させ
る。
第７図Ｑ））は、量子井戸層５をエツチングして活性領
域を形成する工程を示す。この工程では、活性領域を形
成しようとする領域にマスクを設け、それ以外の部分に
ついて、キャップ層１２、クラブト層１１、導波層７、
グレイデドインデクス層６、活性層５およびダレイデド
インデクス層４をエツチングにより除去する。
域を形成する工程を示す。この工程では、活性領域を形
成しようとする領域にマスクを設け、それ以外の部分に
ついて、キャップ層１２、クラブト層１１、導波層７、
グレイデドインデクス層６、活性層５およびダレイデド
インデクス層４をエツチングにより除去する。
第７図（Ｃ）ないしくｅ）は、エツチングされた領域に
、活性領域からの出力光が入射する第一導波路と、この
第一導波路との間で相互に光が結合する第二導波路とを
選択成長させるとともに、第二導波路に第一導波路から
結合した光に含まれる特定波長の光を反射するブラッグ
反射器を形成する工程を示す。
、活性領域からの出力光が入射する第一導波路と、この
第一導波路との間で相互に光が結合する第二導波路とを
選択成長させるとともに、第二導波路に第一導波路から
結合した光に含まれる特定波長の光を反射するブラッグ
反射器を形成する工程を示す。
第７図（Ｃ）に示す工程では、エツチングされた領域に
クラッド層１８、導波層１９およびクラッド層２０を選
択成長させる。
クラッド層１８、導波層１９およびクラッド層２０を選
択成長させる。
第７図（ｄ）に示す工程では、クラッド層１８の表面に
二つの回折格子１０を刻む。
二つの回折格子１０を刻む。
第７図（ｅ）に示す工程では、クラッド層１８をエツチ
ングしてリッジ１３．１４を形成する。このとき、リッ
ジ１４の表面に回折格子１０を残しておき、これをブラ
ッグ反射器とする。リッジ１３．１４により屈折率が実
効的に変化し、その領域に第一導波路および第二導波路
が形成される。
ングしてリッジ１３．１４を形成する。このとき、リッ
ジ１４の表面に回折格子１０を残しておき、これをブラ
ッグ反射器とする。リッジ１３．１４により屈折率が実
効的に変化し、その領域に第一導波路および第二導波路
が形成される。
第８図は本発明第三実施例半導体レーザの平面図を示す
。
。
この実施例は、ブラッグ反射器１５と第一導波路（リッ
ジ１３により定義される領域）との間に、光の結合を防
止するための溝８０が設けられている。
ジ１３により定義される領域）との間に、光の結合を防
止するための溝８０が設けられている。
また、この実施例ではりッジ１３と１４とが直線状に形
成されている。したがって第一導波路および第二導波路
も直線状となり、導波路の曲がりによって生じる損失を
減らすことができる。
成されている。したがって第一導波路および第二導波路
も直線状となり、導波路の曲がりによって生じる損失を
減らすことができる。
第９図は本発明第四実施例半導体レーザの断面図を示す
。
。
この実施例は、第一導波路と第二導波路とを互いに異な
る層に集積化したものである。すなわち、基板９１上に
クラッド層９２、量子井戸層９３および導波層９４、ク
ラッド層９５を成長させる。ここでは量子井戸層９３と
導波層９４とを同一の層として示す。
る層に集積化したものである。すなわち、基板９１上に
クラッド層９２、量子井戸層９３および導波層９４、ク
ラッド層９５を成長させる。ここでは量子井戸層９３と
導波層９４とを同一の層として示す。
また、バッファ層およびダレイデドインデクス層につい
ては省略した。導波層９４の領域には、クラッド層９５
の上に導波層９６を成長させ、その一部にブラッグ反射
器１５を形成する。導波層９６の上にはさらに、クラッ
ド層９７を成長させる。
ては省略した。導波層９４の領域には、クラッド層９５
の上に導波層９６を成長させ、その一部にブラッグ反射
器１５を形成する。導波層９６の上にはさらに、クラッ
ド層９７を成長させる。
第１０図は本発明第五実施例半導体レーデの断面図を示
す。
す。
この実施例は、第四実施例における導波層の中央部分を
導波層９６側に湾曲させ、その領域のクラッド層９５を
薄くしたものである。これにより、二つの導波路間の結
合をブラッグ反射器１５の領域で弱く、中央で強くする
ことができる。
導波層９６側に湾曲させ、その領域のクラッド層９５を
薄くしたものである。これにより、二つの導波路間の結
合をブラッグ反射器１５の領域で弱く、中央で強くする
ことができる。
以上説明したように、本発明の半導体レーザは、反射特
性のＱ値が高いＲＯＲがモノリシックに集積化されてい
る。このため、単一モード性に優れ、発光スペクトル幅
が狭く、小型で安定な半導体レーザが得られる効果があ
る。
性のＱ値が高いＲＯＲがモノリシックに集積化されてい
る。このため、単一モード性に優れ、発光スペクトル幅
が狭く、小型で安定な半導体レーザが得られる効果があ
る。
第１図は本発明第一実施例半導体レーザの各製造工程に
おける斜視図。 第２図は第一実施例の平面図。 第３図は導波路の間＠Ｗと導波路間の結合係数にＧとの
関係を示す図。 第４図はブラッグ反射器の結合係数に［ｌ×長さＬｎに
対するそのブラッグ反射器の１Ｒｎｌの値を示す図。 第５図はブラッグ波長からの伝播定数のずれΔβに対す
るｌＲ，１２とｌｒ ２の値を示す図。 第６図は導波路損失α＝１ｃｍ−’とした場合の第５図
と同等の図。 第７図は本発明第二実施例半導体レーザの各製造工程に
おける斜視図。 第８図は本発明第三実施例半導体レーザの平面図。 第９図は本発明第四実施例半導体レーザの断面図。 第１０図は本発明第五実施例半導体レーザの断面図。 Ｌ９１・・・基板、２・・・バッファ層、３、ＩＩ、１
８．２０．９２．９５．９７・・・クラッド層、４．６
・・・グレイデドインデクス層、５．９３・・・量子井
戸層、７．１９．９４．９６・・・導波層、８・・・マ
スク、１０・・・回折格子、１２・・・キャップ層、１
３．１４・・・リッジ、１５・・・ブラッグ反射器、１
６．１７・・・電極。 特許出願人 光計測技術開発株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 昂 図 Ｗ（４ｍ） 烹 にＤ １口 烹 回 烹 図 Δｆ’３（ｃ醋 尾 回
おける斜視図。 第２図は第一実施例の平面図。 第３図は導波路の間＠Ｗと導波路間の結合係数にＧとの
関係を示す図。 第４図はブラッグ反射器の結合係数に［ｌ×長さＬｎに
対するそのブラッグ反射器の１Ｒｎｌの値を示す図。 第５図はブラッグ波長からの伝播定数のずれΔβに対す
るｌＲ，１２とｌｒ ２の値を示す図。 第６図は導波路損失α＝１ｃｍ−’とした場合の第５図
と同等の図。 第７図は本発明第二実施例半導体レーザの各製造工程に
おける斜視図。 第８図は本発明第三実施例半導体レーザの平面図。 第９図は本発明第四実施例半導体レーザの断面図。 第１０図は本発明第五実施例半導体レーザの断面図。 Ｌ９１・・・基板、２・・・バッファ層、３、ＩＩ、１
８．２０．９２．９５．９７・・・クラッド層、４．６
・・・グレイデドインデクス層、５．９３・・・量子井
戸層、７．１９．９４．９６・・・導波層、８・・・マ
スク、１０・・・回折格子、１２・・・キャップ層、１
３．１４・・・リッジ、１５・・・ブラッグ反射器、１
６．１７・・・電極。 特許出願人 光計測技術開発株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 昂 図 Ｗ（４ｍ） 烹 にＤ １口 烹 回 烹 図 Δｆ’３（ｃ醋 尾 回
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体により形成された活性領域と、 この活性領域からの出力光を反射して上記活性領域に帰
還させる外部共振器と を備え、 上記外部共振器は、上記活性領域からの出力光が入射す
る第一導波路と、この第一導波路との間で相互に光が結
合する第二導波路とを含み、この第二導波路に、上記第
一導波路から結合した光に含まれる特定波長の光を反射
するブラッグ反射器を含む 半導体レーザにおいて、 上記活性領域と上記外部共振器とが同一基板上に形成さ
れたこと を特徴とする半導体レーザ。 ２、活性領域は量子井戸構造を含み、 第一導波路および第二導波路は、上記量子井戸構造の延
長部が無秩序化された層を導波層として含む 請求項１記載の半導体レーザ。 ３、第一導波路および第二導波路は、選択成長された導
波層を含む請求項１記載の半導体レーザ。 ４、外部共振器は、ブラッグ反射器と第一導波路との間
に、光の結合を防止するための溝を含む請求項１記載の
半導体レーザ。 ５、第一導波路と第二導波路とは積層構造の異なる層に
ある請求項１記載の半導体レーザ。 ６、ブラッグ反射器に電流または電圧を供給してその等
価屈折率を制御する手段を備えた請求項１記載の半導体
レーザ。 ７、半導体基板上に量子井戸構造を形成する工程と、 この量子井戸構造の一部に活性領域を形成するとともに
、この活性領域以外の部分の量子井戸構造を無秩序化す
る工程と、 この工程により無秩序化された領域に、上記活性領域か
らの出力光が入射する第一導波路と、この第一導波路と
の間で相互に光が結合する第二導波路と、この第二導波
路に上記第一導波路から結合した光に含まれる特定波長
の光を反射するブラッグ反射器とを形成する工程と を含む半導体レーザの製造方法。 ８、半導体基板上に活性層を含む層構造を形成する工程
と、 上記活性層をエッチングして活性領域を形成する工程と
、 この工程によりエッチングされた領域に、上記活性領域
からの出力光が入射する第一導波路と、この第一導波路
との間で相互に光が結合する第二導波路と、この第二導
波路に上記第一導波路から結合した光に含まれる特定波
長の光を反射するブラッグ反射器とを形成する工程と を含む半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63218981A JPH07105566B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63218981A JPH07105566B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0266985A true JPH0266985A (ja) | 1990-03-07 |
| JPH07105566B2 JPH07105566B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=16728398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63218981A Expired - Lifetime JPH07105566B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105566B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007200942A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-09 | Fujitsu Ltd | 光モジュール |
| WO2022153529A1 (ja) * | 2021-01-18 | 2022-07-21 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザおよびその設計方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6334990A (ja) * | 1986-07-30 | 1988-02-15 | Hitachi Ltd | 光パルス発生器 |
-
1988
- 1988-08-31 JP JP63218981A patent/JPH07105566B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6334990A (ja) * | 1986-07-30 | 1988-02-15 | Hitachi Ltd | 光パルス発生器 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007200942A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-09 | Fujitsu Ltd | 光モジュール |
| WO2022153529A1 (ja) * | 2021-01-18 | 2022-07-21 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザおよびその設計方法 |
| JPWO2022153529A1 (ja) * | 2021-01-18 | 2022-07-21 | ||
| US20240055829A1 (en) * | 2021-01-18 | 2024-02-15 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Semiconductor Laser and Design Method Therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07105566B2 (ja) | 1995-11-13 |
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