JPH0362985A - 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

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） 本発明は分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法に
関する。

（従来の技術） 発光再結合する活性層に隣接して回折格子を有する分布
帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）は、光フアイバ伝
送用の光源として活発に研究開発が進められている。特
に数十穴オーダーの膜厚の半導体多層薄膜からなる多ｆ
ｊ量子井戸（ＭＱＷ）ＤＦＩ３−ＬＤは高速変調時のス
ペクトル拡りｉが小さく、かつ発振スペクトル線幅が狭
いことから直接検波系のみならず、コヒーレント系光フ
アイバ通信への応用においても極めて有望である。

そのような半導体多層薄膜からなるＭＱＷ活性層を成長
するための方法として、近年特にＭＯＶＰＥ法のような
気相成長法が注目されている９例えば、ＭＯＶＰＥ法に
よってＭＱＷＤＦＢ−ＬＤを成長する場合、ＩｎＰ回折
格子基板上にＭＱＷ活性層を成長する方法と、予めＭＱ
Ｗ活性層および導波層を成長しておき、導波層上に回折
格子を形成する方法とがある。

素子の生産性の観点からは＋）７１者の方法の優位性は
明らかであり、ＩｎＰ系半導体レーザの場合Ｐ　Ｈｓと
同時にＡｓ１〜■、を導入して回折格子の消失を防ぐ等
の方法が取られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来技術においては、ＩｎＰ
回折格子深さを十分大きく保ったまま高品質なＭＱＷ活
性層を再現性良く成長することは必ずしも容易ではなか
った０回折格子深さが小さい−とＤ　Ｆ’　Ｂ　−Ｌ　
Ｄの発振しきい値上昇を招いたり、逆に回折格子が深ず
ぎるとＭＱＷ活性層中に転移が発生したりする場合があ
った。

本発明の目的は高い生産性、再現性を有する高性能な分
布帰還型半導体レーザおよびその製造方法を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段〉 前述の課題を解決するために本発明の分布帰還型半導体
レーザは、活性層近傍に回折格子を有する導波層が形成
されている分布帰還型半導体レーザにおいて、前記活性
層および前記ＦＰ導波層間に半導体多層薄膜よりなる超
格子バッファ層が形成されている。

また、その製造方法は、活性層近傍に回折格子をイｆす
る導波層が形成され、前記活性層および前記導波層の間
に半導体多層薄膜よりなる超格子バッファ層が形成され
ている分布帰還型半導体レーザの製造方法において前記
導波層を複数個の気相成長によって、前記各気相成長の
間に待機時間を設けて形成する。

（作用） 水頭の発明者らはＩｎＰ回折格子基板上にＭＱＷ活性層
を気相成長によって成長する場合に、活性層と導波層の
間に超格子バッファ層を形成することにより導波層に発
生した結晶の歪を超格子バッファ層によって有効に吸収
でき、さらに、導波層を組成の異なる複数の半導体層に
よって形成し、また、導波層成長中に数回にわたって成
長を中断し、待機時間を設けることによって回折格子上
の成長結晶層の表面の平坦性を増すことかでき、その結
果、上述の従来の問題点を克服できることを見出だした
。この点が本発明の基本的な作用・原理である。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明をより詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例であるｌ　ｎＧａＡｓＰ
系ＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤの断面図である。

結晶成長は有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によっ
て行われる。用いられる原料は、トリメチルガリウム（
ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭ　Ｉ　’）　、
アルシン（ＡＳＨ３）、ホスフィン（ＰＨ１）である。

まず、回折格子２を有するｎ型１ｎＰ基板１上に発光波
長１．３μｍ組成のＳｉドーグｎ型ＩｎＧａＡｓＰ導波
層３、ＩｒｔＰ、１．３μｍμｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ各
人０５層よりなる超格子バッファ層４、波長１．３μｍ
組成のノンドープＩｎＧａＡｓＰバリア層（厚さ１５０
人）およびノンドープＩ　ｎＧａＡｓ量子井戸層（厚さ
７５人）４層からなる量子井戸活性層５、Ｚｎトド−１
Ｐ型ＩｎＰラッド層６　（Ｐ　”−５Ｘ　１０１７＞−
’、厚さ１．０μｍ）を順次積層する。成長後の回折格
子深さは約３５０人、導波層３の厚さは１５００人、超
格子バッファ層４の総厚は２００人とすれば良い。

このような半導体ウェハをメサエッチング工程等を経て
Ｄ　Ｃ−ｒ’　Ｂ　Ｈ補遺に埋め込んで特性を評価すれ
ば、発振しきい値電流、特性温度ＴＯ１しきい値の２　
ｔ？ｉにおける緩和振動周波数はそれぞれ１０ｍＡ、１
１０Ｋ、８ＧＨｚと超格子バッファ１倒４を用いない場
合と比べていずれも２０〜４０％の改善が期待される。

この改善効果は超格子バッファ層４の導入により、回折
格子上に成長した導波層３の結晶歪が活性Ｍ５に及ばず
影響を大幅に緩和することができることに起因する。

第２図は本発明の第２の実施例の断面図を示す。

回折格子２を有する基板ｌ上に基板１に近い方から発光
波長１．３５μｍから１．２μｍ相当になるように連続
的に組成が変化するＩ　ｎＧａＡｓＰ層厚さ１４００人
からなる導波層３、活性Ｍ５、クラッド層６を順次成長
する。活性層５は第１の実施例と同様の構成とすれば良
い０回折格子法さは約３５０人とする。この場合にはＭ
ＯＶＰＥ成長法ではＩｎＰに近い組成のものほど成長層
表面が平坦になりやすいので、回折格子の影響を活性層
５に伝えず、従来例と比べると大幅に平坦性の良い導波
層３の表面上に活性層５を成長することが可能となる６
本実施例によっても第１の実施例と同様な特性改首が期
待できる。また、ここでは活性層５に近づくほどＩｎＰ
に近い組成のＩｎＧａＡｓＰ層を成長したが、逆により
波長組成の長いＩｎＧａＡｓＰ層を成長していっても良
い。

その場合には比較的深い回折格子を用いて、導波１ホ３
成長の初期の段階から、結合係数を大きく保った：＆よ
、成長層表面をより平坦にすることができる。

第３図は本発明の第３の実施例の断面図を示す。

口折格子上への導波層３の成長のためには成長待機時間
を設けた多段成長法を採用する。１，３μＩｎ波長組成
のＩｎＧａＡｓＰ層を５００人ずつ３回に分けて成長を
行えば良い、実際には■族原料ガスを導入せず、Ｖ族原
料ガスのみを流す時間を２分間設ける。このような成長
待機によって導波層３中の結晶歪が緩和され、その上に
高品質な活性層５を成長することができる。この場合に
も第１の実施例と同様な特性改傳を期待できる。

なお、本実施例においてはＩｎＧａＡｓＰ系の量子井戸
′ＷＪ造半導体レーザを例に示したが、もちろん用いる
材料系はこれに限るものではない、また構造も量子井戸
構造に限らず、通常のバルク活性層にも効果がある。さ
らに量子細線横道や、量子箱補遺においてより有効であ
ることが推測される。もちろん上述の方法を組み合わせ
て成長することも有効である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は分布帰還型半導体レーザに
おいて活性層と導波層の間に超格子バッファ層を形成し
ており、導波層の結晶組成を段階的に変（ヒさせている
。また、導＆Ｊｔ、層の成長を多段の成長層に分けて行
っている。その結果、それによって結合係数を大きく保
ったまま、高品質な活性層を成長することが可能となり
、高い生産性で、高性能な分布帰還型半導体レーザを提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の第１、
第２および第３の実施例である分布帰還型半導体レーザ
の補選を示ず断面図である。 １・・・基板、２・・・回折格子、３・・・導波層、４
・・・超格子バッファ層、５・・・活性層、６・・・ク
ラッド層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性層近傍に回折格子を有する導波層が形成され
   ている分布帰還型半導体レーザにおいて、前記活性層お
   よび前記導波層の間に半導体多層薄膜よりなる超格子バ
   ッファ層が形成されていることを特徴とする分布帰還型
   半導体レーザ。
2. （２）前記導波層は組成が連続的に変化する半導体層で
   あることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型半導
   体レーザ。
3. （３）活性層近傍に回折格子を有する導波層が形成され
   、前記活性層および前記導波層の間に半導体多層薄膜よ
   りなる超格子バッファ層が形成されている分布帰還型半
   導体レーザの製造方法において、前記導波層を複数個の
   気相成長によつて、前記各気相成長の間に待機時間を設
   けて形成することを特徴とする分布帰還型半導体レーザ
   の製造方法。