JPH0621574A - Semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor laser and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0621574A JPH0621574A JP20071792A JP20071792A JPH0621574A JP H0621574 A JPH0621574 A JP H0621574A JP 20071792 A JP20071792 A JP 20071792A JP 20071792 A JP20071792 A JP 20071792A JP H0621574 A JPH0621574 A JP H0621574A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザとその製
造方法に係り、特に光通信,光計測用等に有効な分布帰
還型レーザ(DFBレーザ)とその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser and a manufacturing method thereof, and more particularly to a distributed feedback laser (DFB laser) effective for optical communication and optical measurement and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】1.5μm 帯の長波長光ファイバ通信シ
ステムの光源として、InP系のDFBレーザが不可欠
になっている。DFBレーザは、半導体レーザの共振器
の反射鏡として回折格子を用いて単一縦モード発振を可
能としたものである。DFBレーザを光源とし、最低損
失波長帯が1.5μm 帯である石英系単一モードファイ
バを用いて光通信システムを構成すると、波長分散が小
さく抑えられ、長距離,大容量の光通信が可能となる。2. Description of the Related Art InP-based DFB lasers are indispensable as a light source for a 1.5 .mu.m long-wavelength optical fiber communication system. The DFB laser uses a diffraction grating as a reflecting mirror of a resonator of a semiconductor laser to enable single longitudinal mode oscillation. If a DFB laser is used as the light source and a silica single mode fiber with a minimum loss wavelength band of 1.5 μm is used to construct an optical communication system, chromatic dispersion can be suppressed to a small level, and long-distance, large-capacity optical communication is possible. Becomes
【0003】従来のDFBレーザは、図5(a) 〜(c) に
示すように構成されている。図5(a) は、n型InP基
板1にn型InPバッファ層2を介して、InGaAs
P導波路層3a、InGaAsP活性層4、p型InP
クラッド層5が順次積層形成されたもので、InPバッ
ファ層2とInGaAsP導波路層3aの間に回折格子
6が形成されている。図5(b) は、図5(a) と逆に活性
層3の上にp型InGaAsP導波路層3bが形成さ
れ、このInGaAsP導波路層3bとクラッド層5の
間に回折格子6が形成されている。図5(c) では、活性
層4の下と上にInGaAsP導波路層3a,3bが形
成され、上部のInGaAsP導波路層3bとクラッド
層5の間に回折格子6が形成されている。A conventional DFB laser is constructed as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c). FIG. 5A shows an n-type InP substrate 1 with an n-type InP buffer layer 2 interposed therebetween.
P waveguide layer 3a, InGaAsP active layer 4, p-type InP
The clad layer 5 is sequentially laminated, and the diffraction grating 6 is formed between the InP buffer layer 2 and the InGaAsP waveguide layer 3a. 5 (b), the p-type InGaAsP waveguide layer 3b is formed on the active layer 3 contrary to FIG. 5 (a), and the diffraction grating 6 is formed between the InGaAsP waveguide layer 3b and the cladding layer 5. Has been done. In FIG. 5C, InGaAsP waveguide layers 3 a and 3 b are formed below and above the active layer 4, and a diffraction grating 6 is formed between the upper InGaAsP waveguide layer 3 b and the cladding layer 5.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この様なDFBレーザ
では、回折を利用した光の分布帰還により誘導放出を起
こさせるので、レーザ出力光は回折格子による帰還効率
(即ち回折効率)に依存する。しかし従来の構造は、回
折格子が活性層の上または下のいずれか一方に形成され
ているだけで、十分な帰還効率を得ることが難しいとい
う問題があった。本発明はこの様な事情を考慮してなさ
れたもので、回折効率を上げて発振しきい値電流を下
げ、大きなレーザ光出力を得ることを可能としたDFB
レーザとその製造方法を提供することを目的とする。In such a DFB laser, since stimulated emission is caused by distributed feedback of light utilizing diffraction, laser output light depends on feedback efficiency (that is, diffraction efficiency) by the diffraction grating. However, the conventional structure has a problem that it is difficult to obtain a sufficient feedback efficiency because the diffraction grating is formed on either the upper or lower side of the active layer. The present invention has been made in consideration of such circumstances, and it is possible to obtain a large laser light output by increasing the diffraction efficiency and decreasing the oscillation threshold current.
An object of the present invention is to provide a laser and a manufacturing method thereof.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明に係るDFBレー
ザは、半導体基板上にバッファ層を介して下部導波路
層,活性層,上部導波路層およびクラッド層が順次積層
形成され、前記下部導波路層は、前記バッファ層側にあ
るバッファ層より屈折率が大きい第1半導体層とこれと
は屈折率が異なる前記活性層側にある第2半導体層とに
より構成されて、これら第1半導体層と第2半導体層の
界面に下部回折格子が形成され、前記活性層は、前記第
1および第2半導体層より禁制帯幅が小さい第3半導体
層により構成され、前記上部導波路層は、前記活性層側
にある前記第2半導体層と同じ材料からなる第4半導体
層と前記クラッド層側にある前記第1半導体層と同じ材
料からなる第5半導体層とにより構成されて、これら第
4半導体層と第5半導体層の界面に上部回折格子が形成
されていることを特徴とする。本発明に係るDFBレー
ザの製造方法は、半導体基板上にバッファ層を介して、
バッファ層より屈折率が大きくかつ下部導波路層の一部
となる第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体
層表面に所定間隔のマスク材をパターン形成し、このマ
スク材を耐エッチングマスクとして用いて前記第1半導
体層表面を異方性エッチング法によりエッチングして、
下部回折格子となる格子溝を形成する工程と、前記マス
ク材を選択成長用マスクとして用いて、前記第1半導体
層の格子溝を埋め込むように、前記第1半導体層とは屈
折率が異なる下部導波路層の残部となる第2半導体層を
成長させる工程と、前記第2半導体層上に前記第1およ
び第2半導体層より禁制帯幅が小さい材料からなる活性
層となる第3半導体層を成長させる工程と、前記第3半
導体層上に前記マスク材を選択成長マスクとして用い
て、前記第2半導体層と同じ材料からなり、表面に上部
回折格子となる格子溝が形成されて上部導波路層の一部
となる第4半導体層を成長させる工程と、前記第4半導
体層の格子溝を埋め込むように、前記第1半導体層と同
じ材料からなりかつ上部導波路層の残部となる第5半導
体層を成長させる工程と、前記第5半導体層上にクラッ
ド層を成長形成する工程とを備えたことを特徴とする。In the DFB laser according to the present invention, a lower waveguide layer, an active layer, an upper waveguide layer and a cladding layer are sequentially laminated on a semiconductor substrate via a buffer layer, and the lower waveguide layer is formed. The waveguide layer is composed of a first semiconductor layer having a larger refractive index than the buffer layer on the buffer layer side and a second semiconductor layer on the active layer side having a different refractive index from the buffer layer. A lower diffraction grating is formed at an interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the active layer is formed of a third semiconductor layer having a bandgap smaller than those of the first and second semiconductor layers, and the upper waveguide layer is formed of the third semiconductor layer. A fourth semiconductor layer made of the same material as the second semiconductor layer on the active layer side and a fifth semiconductor layer made of the same material as the first semiconductor layer on the clad layer side are provided. Layers and the fifth half Wherein the upper diffraction grating at the interface of the body layer is formed. A method of manufacturing a DFB laser according to the present invention includes a buffer layer on a semiconductor substrate,
Forming a first semiconductor layer having a refractive index higher than that of the buffer layer and forming a part of the lower waveguide layer; patterning a mask material at predetermined intervals on the surface of the first semiconductor layer; The surface of the first semiconductor layer is etched by an anisotropic etching method using a mask,
Forming a grating groove to serve as a lower diffraction grating, and using the mask material as a mask for selective growth to fill the grating groove of the first semiconductor layer with a lower refractive index different from that of the first semiconductor layer. Growing a second semiconductor layer to be the rest of the waveguide layer, and forming on the second semiconductor layer a third semiconductor layer to be an active layer made of a material having a bandgap smaller than those of the first and second semiconductor layers. And the step of growing, using the mask material as a selective growth mask on the third semiconductor layer, made of the same material as the second semiconductor layer, and having a grating groove formed on the surface to serve as an upper diffraction grating. A step of growing a fourth semiconductor layer, which is a part of the layer, and a fifth step, which is made of the same material as the first semiconductor layer and is the rest of the upper waveguide layer so as to fill the lattice groove of the fourth semiconductor layer. Technology for growing semiconductor layers When, characterized by comprising a step of growing forming a clad layer on said fifth semiconductor layer.
【0006】[0006]
【作用】本発明によるDFBレーザでは、活性層の上下
に回折格子を設けることによって、高い回折効率が得ら
れ、発振しきい値電流が低くなって、大きなレーザ出力
光パワーが得られる。また本発明では、下部導波路層と
上部導波路層がそれぞれ、屈折率の異なる二層の半導体
層により構成されて、それぞれの界面部に回折格子が形
成されているから、光閉じ込め効果が大きく、優れた低
しきい値電流特性が得られる。また本発明の製造方法に
よると、下部回折格子を形成する際の耐エッチングマス
クとして用いられるマスク材を、そのままその後の選択
成長のためのマスクとして用いているから、上下の回折
格子は格子定数が完全に一致した状態で、かつ位相が1
80°ずれた状態で形成することができる。これによ
り、優れた単一縦モードのレーザ光を得ることができ
る。また、マスク材を残した状態のまま、下部導波路層
の第2半導体層と活性層を選択成長して平坦化し、更に
第4,第5の半導体層からなる上部導波路層を選択成長
することにより、上部導波路内にエッチング工程を要せ
ずに上部回折格子が形成される。In the DFB laser according to the present invention, by providing the diffraction grating above and below the active layer, a high diffraction efficiency can be obtained, the oscillation threshold current can be lowered, and a large laser output light power can be obtained. Further, in the present invention, since the lower waveguide layer and the upper waveguide layer are each composed of two semiconductor layers having different refractive indices and the diffraction grating is formed at each interface, the light confining effect is large. , Excellent low threshold current characteristics can be obtained. Further, according to the manufacturing method of the present invention, the mask material used as the etching resistant mask when forming the lower diffraction grating is used as it is as a mask for the subsequent selective growth. The phase is exactly 1 and the phase is 1
It can be formed in a state shifted by 80 °. Thereby, excellent single longitudinal mode laser light can be obtained. Further, while leaving the mask material, the second semiconductor layer and the active layer of the lower waveguide layer are selectively grown and planarized, and the upper waveguide layer composed of the fourth and fifth semiconductor layers is selectively grown. As a result, the upper diffraction grating is formed in the upper waveguide without requiring an etching process.
【0007】[0007]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1(a) (b) は、本発明の一実施例に係るD
FBレーザの構造を示す斜視図とその光軸に沿った要部
断面図である。n型InP基板11上にn型InPバッ
ファ層12が形成され、この上にn型下部導波路層1
3、i型活性層14、p型上部導波路層15が順次積層
形成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 (a) and 1 (b) show a D according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a structure of an FB laser and a cross-sectional view of a main part along the optical axis thereof. An n-type InP buffer layer 12 is formed on an n-type InP substrate 11, and an n-type lower waveguide layer 1 is formed on the n-type InP buffer layer 12.
3, the i-type active layer 14, and the p-type upper waveguide layer 15 are sequentially stacked.
【0008】下部導波路層13は、InGaAsP層1
31 とInP層132 からなり、それらの界面に下部回
折格子20が形成されている。活性層14は、InGa
AsP層である。上部導波路層15はInP層151 と
InGaAsP層152 により構成されて、それらの界
面に上部回折格子21が形成されている。活性層14の
InGaAsP層は、上下導波路層材料より禁制帯幅が
小さくなるように、これらの組成比が設定されている。
またInGaAsP層131 とInGaAsP層152
は同じ組成であり、その屈折率をn1 とし、InP層1
32 とInP層151 の屈折率をn2 とすると、これら
は活性層14であるInGaAsP層の屈折率n3 に対
して、 n2 <n1 <n3 なる関係を満たすように、それぞれの組成が選択されて
いる。この様な屈折率分布を持つ組成比選択によって、
活性層14でのキャリア閉じ込めと、下部導波路と13
および上部導波路層15による光閉じ込めが可能とな
る。The lower waveguide layer 13 is the InGaAsP layer 1
The lower diffraction grating 20 is formed at the interface between them and the InP layer 132. The active layer 14 is InGa
It is an AsP layer. The upper waveguide layer 15 is composed of an InP layer 151 and an InGaAsP layer 152, and an upper diffraction grating 21 is formed at the interface between them. The composition ratio of the InGaAsP layer of the active layer 14 is set so that the band gap is smaller than that of the upper and lower waveguide layer materials.
InGaAsP layer 131 and InGaAsP layer 152
Have the same composition, their refractive index is n1, and the InP layer 1
If the refractive index of 32 and the InP layer 151 is n2, their compositions are selected so as to satisfy the relationship of n2 <n1 <n3 with respect to the refractive index n3 of the InGaAsP layer which is the active layer 14. . By selecting the composition ratio with such a refractive index distribution,
Carrier confinement in the active layer 14 and the lower waveguide 13
Also, light can be confined by the upper waveguide layer 15.
【0009】上部導波路層15の上にはp型InPクラ
ッド層18が形成され、更にその上に高不純物濃度のI
nGaAsキャップ層19が形成されている。これらの
半導体層はバッファ層に達する深さにエッチングされて
ストライプ状にパターン形成され、その周囲には電流ブ
ロッキング層として、p型InP層16およびn型In
P層17が埋込み形成されている。キャップ層19の表
面および基板11の裏面に、図では省略したが電極が形
成される。A p-type InP clad layer 18 is formed on the upper waveguide layer 15, and a high impurity concentration I is further formed thereon.
An nGaAs cap layer 19 is formed. These semiconductor layers are etched to a depth reaching the buffer layer and patterned in a stripe shape, around which p-type InP layer 16 and n-type In are formed as current blocking layers.
The P layer 17 is buried and formed. Electrodes are formed on the front surface of the cap layer 19 and the back surface of the substrate 11 although not shown in the drawing.
【0010】なお、図1(b) の23は、第1InGaA
sP層131 を選択エッチングして下部回折格子20の
格子溝を形成するための耐エッチングマスクであり、か
つその後の選択成長にも用いられたマスク材である。マ
スク材23には、レーザの発振波長では透明なSiO
2 ,Si3 N4 等の絶縁膜、または半導体膜である。マ
スク材23として半導体を用いる場合、選択液相成長が
有効になるためには、マスク開口部に露出する材料との
格子定数のずれが0.2%程度以上あればよく、そのよ
うな範囲で例えば、InGaAs,InGaAsP等を
マスク材として利用することができる。Incidentally, 23 in FIG. 1 (b) is the first InGaA.
It is an etching resistant mask for selectively etching the sP layer 131 to form the grating groove of the lower diffraction grating 20, and is also a mask material used for the subsequent selective growth. The mask material 23 is made of SiO, which is transparent at the laser oscillation wavelength.
An insulating film such as 2 , Si 3 N 4 or a semiconductor film. When a semiconductor is used as the mask material 23, in order for the selective liquid phase growth to be effective, the deviation of the lattice constant from the material exposed in the mask opening may be about 0.2% or more. For example, InGaAs, InGaAsP or the like can be used as the mask material.
【0011】この実施例のDFBレーザの製造工程を、
図2および図3を参照して次に説明する。図2(a) に示
すように、(100)InP基板11上に、n型InP
バッファ層12をエピタキシャル成長させ、更にn型下
部導波路層13の一部となるInGaAsP層131 を
成長させ、次にこのInGaAsP層131 上にマスク
材23を形成する。そしてフォトリソグラフィを利用し
て、図2(b) に示すようにマスク材23をストライプ格
子状にパターン形成する。マスク材23は、このまま素
子内部に残されるため、光吸収および再成長時の結晶格
子欠陥が問題にならないように材料および膜厚,パター
ン幅等を選択する。例えば、SiO2 を用いて、膜厚,
幅共に数10nm程度以下とする。マスク材23のピッチ
は格子定数になるから、InGaAsP層131 (屈折
率n1 )とこの後に形成されるInP層132 (屈折率
n2 )の屈折率差を考慮して必要な発振波長が得られる
ように選択する。The manufacturing process of the DFB laser of this embodiment is as follows.
A description will be given below with reference to FIGS. 2 and 3. As shown in FIG. 2A, n-type InP is formed on the (100) InP substrate 11.
The buffer layer 12 is epitaxially grown, and further the InGaAsP layer 131 which becomes a part of the n-type lower waveguide layer 13 is grown, and then the mask material 23 is formed on the InGaAsP layer 131. Then, by using photolithography, the mask material 23 is patterned into a stripe lattice pattern as shown in FIG. Since the mask material 23 is left inside the element as it is, the material, the film thickness, the pattern width, etc. are selected so that the crystal lattice defects at the time of light absorption and regrowth do not become a problem. For example, using SiO 2 , the film thickness,
Both widths are set to several tens nm or less. Since the pitch of the mask material 23 has a lattice constant, the required oscillation wavelength can be obtained in consideration of the difference in refractive index between the InGaAsP layer 131 (refractive index n1) and the InP layer 132 (refractive index n2) formed thereafter. To select.
【0012】次に図2(c) に示すように、マスク材23
を耐エッチングマスクとして用いて、InGaAsP層
131 を異方性エッチングによりメサエッチングして、
(111)面が露出した三角形状の溝による下部回折格
子20を形成する。続いて、図2(d) に示すように、マ
スク材23をそのまま選択成長用マスクとして用いて気
相エピタキシャル成長法により、溝を埋めるようにIn
P層132を選択成長させる。更に図3(a) に示すよう
に、気相エピタキシャル成長法により、i型InGaA
sP活性層14(屈折率n3 )を選択成長させ、表面を
平坦化する。以上の各層は、屈折率がn2 <n1 <n3
を満たすように組成比が選ばれる。Next, as shown in FIG. 2C, the mask material 23
Is used as an etching resistant mask, the InGaAsP layer 131 is mesa-etched by anisotropic etching,
The lower diffraction grating 20 is formed by a triangular groove whose (111) plane is exposed. Then, as shown in FIG. 2 (d), the mask material 23 is used as it is as a mask for selective growth, and by vapor phase epitaxial growth, In
The P layer 132 is selectively grown. Further, as shown in FIG. 3 (a), i-type InGaA was grown by vapor phase epitaxial growth method.
The sP active layer 14 (refractive index n3) is selectively grown to flatten the surface. Each of the above layers has a refractive index of n2 <n1 <n3
The composition ratio is selected so as to satisfy.
【0013】次に、図3(b) に示すように、マスク材2
3を選択成長用マスクとして用いて、更に気相エピタキ
シャル成長法によって上部導波路層15の一部となるI
nP層151 を成長させる。このとき、InGaAsP
活性層14が平坦化されて(100)面が表面に出てお
り、マスク材23の上には成長がおこらないから、活性
層14上に三角形状断面を持ってInP層151 が形成
され、自動的にその表面には格子溝からなる上部回折格
子21が形成される。この上に更に上部導波路層15の
残部となるInGaAsP層152 をエピタキシャル成
長させる。このInGaAsP層152 は下部導波路層
13のInGaAsP層131 と同じ組成とする。Next, as shown in FIG. 3B, the mask material 2
3 as a mask for selective growth, and further becomes a part of the upper waveguide layer 15 by the vapor phase epitaxial growth method.
The nP layer 151 is grown. At this time, InGaAsP
Since the active layer 14 is flattened and the (100) plane is exposed on the surface and growth does not occur on the mask material 23, the InP layer 151 with a triangular cross section is formed on the active layer 14, An upper diffraction grating 21 composed of a grating groove is automatically formed on the surface thereof. An InGaAsP layer 152 which is the rest of the upper waveguide layer 15 is further epitaxially grown on this. The InGaAsP layer 152 has the same composition as the InGaAsP layer 131 of the lower waveguide layer 13.
【0014】その後、図3(c) に示すように、p型In
Pクラッド層18およびInGaAsキャップ層19を
形成する。そしてこれらの各半導体層をエッチングして
ストライプ状にパターン形成し、このストライプパター
ンの外に電流ブロッキング層となるp型InP層および
n型InP層をエピタキシャル成長させる。最後に、図
示しないが、両面に電極を形成して素子を完成する。After that, as shown in FIG. 3C, p-type In
The P clad layer 18 and the InGaAs cap layer 19 are formed. Then, each of these semiconductor layers is etched to form a stripe pattern, and a p-type InP layer and an n-type InP layer to be a current blocking layer are epitaxially grown outside the stripe pattern. Finally, although not shown, electrodes are formed on both surfaces to complete the device.
【0015】この実施例のDFBレーザでは、分布反射
鏡としての回折格子が活性層の上下に形成されている。
しかも上下の回折格子は、マスク材によって完全に整合
のとれた180°反転パターンとして形成され、レーザ
発振のための帰還光として寄与する,それぞれの回折格
子による一次回折光は完全に位相が揃ったものとなる。
従って従来のように回折格子が一つの場合に比べて反射
効率がほぼ2倍と高くなる。これによりレーザ発振のし
きい値電流が回折格子一つの場合と比べて30%程度下
がり、更にその結果として同じ電流密度でのレーザ出力
光パワーが向上する。下部導波路層と上部導波路層とは
本来一層ずつあればよいが、一層ずつの導波路層に回折
格子を形成した場合には、十分な光閉じ込め効果が得ら
れない可能性がある。この点この実施例では、下部導波
路層,上部導波路層共に屈折率差を設けた二層構造とし
てその内部に回折格子を形成しているため、十分な光閉
じ込め効果が得られる。In the DFB laser of this embodiment, a diffraction grating as a distributed reflector is formed above and below the active layer.
Moreover, the upper and lower diffraction gratings are formed as a 180 ° inversion pattern which is perfectly matched by the mask material, and contributes as feedback light for laser oscillation. The first-order diffracted light by each diffraction grating is perfectly aligned in phase. Will be things.
Therefore, the reflection efficiency is almost twice as high as in the conventional case where there is one diffraction grating. As a result, the threshold current of laser oscillation is reduced by about 30% as compared with the case of using only one diffraction grating, and as a result, the laser output light power at the same current density is improved. The lower waveguide layer and the upper waveguide layer are originally required to have one layer, but when the diffraction grating is formed in each one of the waveguide layers, there is a possibility that a sufficient optical confinement effect cannot be obtained. In this respect, in this embodiment, since the lower waveguide layer and the upper waveguide layer each have a two-layer structure in which a refractive index difference is provided and the diffraction grating is formed therein, a sufficient optical confinement effect can be obtained.
【0016】図4は、本発明の別の実施例のDFBレー
ザの要部断面構造を図1(b) に対応させて示したもので
ある。基本的な構造および製造工程は先の実施例と同様
であり、従って先の実施例と対応する部分には同一符号
を付してある。先の実施例と異なる点は、この実施例で
は、マスク材23を形成する前に、活性層141 が既に
形成されていることである。マスク材23を用いてこの
活性層141 とその下のInGaAsP層131 をエッ
チングして、下部回折格子20が形成される。その後、
先の実施例と同様にしてInP層132 、InGaAs
P活性層142 、InP層151 およびInGaAsP
層152 からなる上部導波路層15、およびクラッド層
18が形成される。FIG. 4 shows a sectional structure of a main part of a DFB laser according to another embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 1 (b). The basic structure and manufacturing process are similar to those of the previous embodiment, and therefore, parts corresponding to those of the previous embodiment are designated by the same reference numerals. The difference from the previous embodiment is that in this embodiment, the active layer 141 is already formed before the mask material 23 is formed. The lower diffraction grating 20 is formed by etching the active layer 141 and the InGaAsP layer 131 thereunder using the mask material 23. afterwards,
InP layer 132 and InGaAs are formed in the same manner as in the previous embodiment.
P active layer 142, InP layer 151 and InGaAsP
The upper waveguide layer 15 consisting of the layer 152 and the cladding layer 18 are formed.
【0017】先の実施例の構造では、活性層14がマス
ク材23によって分離されて飛び飛びになるのに対し
て、この実施例では活性層141 ,142 が交互に配列
された連続的な活性層となる。従ってマスク材23があ
る程度光を吸収するものであっても、その影響が低減さ
れ、より高い効率が得られる。In the structure of the previous embodiment, the active layer 14 is separated by the mask material 23 and becomes scattered, whereas in this embodiment, the active layers 141 and 142 are continuous and alternately arranged. Becomes Therefore, even if the mask material 23 absorbs light to some extent, its influence is reduced and higher efficiency can be obtained.
【0018】上記実施例では、上下の導波路層を活性層
側にInP、その外側にInGaAsPを用いた2層構
造としたが、これら活性層および導波路層を全てInG
aAsP層で構成することもできる。例えば、上下導波
路層の活性層側をInGaAsP層(屈折率n1 )、そ
の外側をInGaAsP層(屈折率n2 )、活性層をI
nGaAsP層(屈折率n3 )として、 n1 <n2 <n3 を満たすように、これらの組成比を選択することができ
る。In the above embodiment, the upper and lower waveguide layers have a two-layer structure in which InP is used on the active layer side and InGaAsP is used on the outer side, but these active layers and waveguide layers are all InG.
It can also be composed of an aAsP layer. For example, the active layer side of the upper and lower waveguide layers is the InGaAsP layer (refractive index n1), the outer side is the InGaAsP layer (refractive index n2), and the active layer is I.
For the nGaAsP layer (refractive index n3), these composition ratios can be selected so as to satisfy n1 <n2 <n3.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上説明したように本発明によるDFB
レーザでは、活性層の上下に、かつ屈折率差を設けた導
波路層内に埋め込まれた状態で回折格子を設けることに
よって、高い回折効率が得られ、発振しきい値電流が低
くなって、大きなレーザ出力光パワーが得られる。また
本発明の方法によれば、下部回折格子を形成する際の耐
エッチングマスクとして用いられるマスク材が、その後
の選択成長のためのマスクとして用いられ、上下の回折
格子は格子定数が完全に一致した反転パターンを持って
形成される。これにより、優れた単一縦モードのレーザ
光が得られる。また、マスク材を残した状態で結晶成長
を繰り返すことによって、上部導波路層内部にエッチン
グ工程を要せずに上部回折格子が形成される。As described above, the DFB according to the present invention
In the laser, by providing the diffraction grating above and below the active layer and in a state of being embedded in the waveguide layer having a difference in refractive index, high diffraction efficiency is obtained, and the oscillation threshold current is lowered, A large laser output light power can be obtained. Further, according to the method of the present invention, the mask material used as an etching resistant mask when forming the lower diffraction grating is used as a mask for the subsequent selective growth, and the upper and lower diffraction gratings have completely the same lattice constant. It is formed with the reversed pattern. Thereby, excellent single longitudinal mode laser light can be obtained. Further, by repeating the crystal growth with the mask material left, the upper diffraction grating is formed inside the upper waveguide layer without requiring an etching step.
【図1】 本発明の一実施例に係るDFBレーザの斜視
図と要部断面図である。FIG. 1 is a perspective view and a sectional view of an essential part of a DFB laser according to an embodiment of the present invention.
【図2】 同実施例の製造工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the embodiment.
【図3】 同実施例の製造工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the embodiment.
【図4】 本発明の他の実施例のDFBレーザの要部断
面構造図である。FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a main part of a DFB laser according to another embodiment of the present invention.
【図5】 従来のDFBレーザの断面構造図である。FIG. 5 is a cross-sectional structural diagram of a conventional DFB laser.
【符号の説明】 11…n型InP基板、12…n型InPバッファ層、
13…n型下部導波路層、131 …InGaAsP層、
132 …InP層、14…i型InGaAsP活性層、
15…p型上部導波路層、151 …InGaAsP層、
152 …InP層、16…p型InP層、17…n型I
nP層、18…p型InPクラッド層、19…キャップ
層、20…下部回折格子、21…上部回折格子、23…
マスク材。[Explanation of Codes] 11 ... n-type InP substrate, 12 ... n-type InP buffer layer,
13 ... N-type lower waveguide layer, 131 ... InGaAsP layer,
13 2 InP layer, 14 i-type InGaAsP active layer,
15 ... p-type upper waveguide layer, 151 ... InGaAsP layer,
152 ... InP layer, 16 ... p-type InP layer, 17 ... n-type I
nP layer, 18 ... p-type InP cladding layer, 19 ... cap layer, 20 ... lower diffraction grating, 21 ... upper diffraction grating, 23 ...
Mask material.
Claims (2)
導波路層,活性層,上部導波路層およびクラッド層が順
次積層形成され、 前記下部導波路層は、前記バッファ層側にある前記バッ
ファ層より屈折率が大きい第1半導体層とこれとは屈折
率が異なる前記活性層側にある第2半導体層とにより構
成されて、これら第1半導体層と第2半導体層の界面に
下部回折格子が形成され、 前記活性層は、前記第1および第2半導体層より禁制帯
幅が小さい第3半導体層により構成され、 前記上部導波路層は、前記活性層側にある前記第2半導
体層と同じ材料からなる第4半導体層と前記クラッド層
側にある前記第1半導体層と同じ材料からなる第5半導
体層とにより構成されて、これら第4半導体層と第5半
導体層の界面に上部回折格子が形成されている、 ことを特徴とする半導体レーザ。1. A lower waveguide layer, an active layer, an upper waveguide layer and a clad layer are sequentially stacked on a semiconductor substrate with a buffer layer interposed therebetween, and the lower waveguide layer is on the buffer layer side. A first semiconductor layer having a refractive index larger than that of the layer, and a second semiconductor layer on the side of the active layer having a different refractive index from the first semiconductor layer, and a lower diffraction grating is formed at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The active layer is formed of a third semiconductor layer having a forbidden band width smaller than that of the first and second semiconductor layers, and the upper waveguide layer includes the second semiconductor layer on the active layer side. A fourth semiconductor layer made of the same material and a fifth semiconductor layer made of the same material as the first semiconductor layer on the clad layer side are provided, and an upper diffraction layer is formed at the interface between the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer. The grid is formed A semiconductor laser characterized in that
ッファ層より屈折率が大きくかつ下部導波路層の一部と
なる第1半導体層を形成する工程と、 前記第1半導体層表面に所定間隔のマスク材をパターン
形成し、このマスク材を耐エッチングマスクとして用い
て前記第1半導体層表面を異方性エッチング法によりエ
ッチングして、下部回折格子となる格子溝を形成する工
程と、 前記マスク材を選択成長用マスクとして用いて、前記第
1半導体層の格子溝を埋め込むように、前記第1半導体
層とは屈折率が異なる下部導波路層の残部となる第2半
導体層を成長させる工程と、 前記第2半導体層上に前記第1および第2半導体層より
禁制帯幅の小さい材料からなる活性層となる第3半導体
層を成長させる工程と、 前記第3半導体層上に前記マスク材を選択成長マスクと
して用いて、前記第2半導体層と同じ材料からなり、表
面に上部回折格子となる格子溝が形成されて上部導波路
層の一部となる第4半導体層を成長させる工程と、 前記第4半導体層の格子溝を埋め込むように、前記第1
半導体層と同じ材料からなりかつ上部導波路層の残部と
なる第5半導体層を成長させる工程と、 前記第5半導体層上にクラッド層を成長形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。2. A step of forming a first semiconductor layer, which has a refractive index higher than that of the buffer layer and is a part of a lower waveguide layer, on a semiconductor substrate via a buffer layer, and a predetermined surface on the surface of the first semiconductor layer. Patterning a mask material at intervals and etching the surface of the first semiconductor layer by an anisotropic etching method using the mask material as an etching resistant mask to form a grating groove to be a lower diffraction grating; Using the mask material as a mask for selective growth, a second semiconductor layer to be the rest of the lower waveguide layer having a refractive index different from that of the first semiconductor layer is grown so as to fill the lattice groove of the first semiconductor layer. A step of growing a third semiconductor layer, which is an active layer made of a material having a band gap smaller than that of the first and second semiconductor layers, on the second semiconductor layer; A fourth semiconductor layer made of the same material as the second semiconductor layer and having a grating groove serving as an upper diffraction grating is formed on the surface to form a part of the upper waveguide layer by using the mask material as a selective growth mask. And a step of filling the lattice groove of the fourth semiconductor layer with the first
A semiconductor comprising: a step of growing a fifth semiconductor layer made of the same material as the semiconductor layer and remaining of the upper waveguide layer; and a step of growing and forming a cladding layer on the fifth semiconductor layer. Laser manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20071792A JPH0621574A (en) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Semiconductor laser and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20071792A JPH0621574A (en) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Semiconductor laser and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621574A true JPH0621574A (en) | 1994-01-28 |
Family
ID=16429039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20071792A Pending JPH0621574A (en) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Semiconductor laser and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621574A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6086966A (en) * | 1997-09-12 | 2000-07-11 | Nocopi Technologies, Inc. | Method for authenticating a textile product and a thread and a woven label usable therewith |
| KR100572745B1 (en) * | 2002-02-12 | 2006-04-25 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Distributed feedback laser device |
-
1992
- 1992-07-03 JP JP20071792A patent/JPH0621574A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6086966A (en) * | 1997-09-12 | 2000-07-11 | Nocopi Technologies, Inc. | Method for authenticating a textile product and a thread and a woven label usable therewith |
| KR100572745B1 (en) * | 2002-02-12 | 2006-04-25 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Distributed feedback laser device |
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