JPH0673388B2 - 単一軸モード半導体レーザ - Google Patents

単一軸モード半導体レーザ

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JPH0673388B2
JPH0673388B2 JP58207038A JP20703883A JPH0673388B2 JP H0673388 B2 JPH0673388 B2 JP H0673388B2 JP 58207038 A JP58207038 A JP 58207038A JP 20703883 A JP20703883 A JP 20703883A JP H0673388 B2 JPH0673388 B2 JP H0673388B2
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    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は製作が容易な単一軸モード半導体レーザに関す
る。
光ファイバの低損失化に伴い100Kmを越える長距離かつ
大容量の光ファイバ通信の実験検討が行なわれている。
この様な伝送システムでは光ファイバの波長分散が問題
となってくるため光源としての半導体レーザには高速変
調時においても単一軸モード動作が要求される。分布帰
還形(DFB)レーザ、分布ブラッグ反射形(DBR)レーザ
など内部に波長選択機構を有する半導体レーザの研究・
開発が進められている。特にDFBレーザは構造が単純で
かつ、共振器長も従来のファブリー・ペロー(Fabry-Pe
rot)形半導体レーザと同等の長さを有し生産性に優れ
るため特に重点的に検討が進められている。DFBレーザ
では、内部の回折格子によるDFBモードの発振動作を安
定に行うために、両端面によるファブリー・ペロー(Fa
bry-Perot)共振器での発振動作を極力抑制する必要が
ある。従って従来、昭和58年9月に行われた電子通信学
会半導体・材料部門全国大会のS55で、北村等によって
発表された様に、共振器の片端面を斜めに形成し、反射
率を1%以下にまで低くした構造や、昭和57年8月に行
われた電子通信学会光・電波部門全国大会の278で宇高
らによって報告された活性層の片側を途切らせて結晶中
に埋め込む構造が検討されて来た。しかしこれらの構造
は、作製が難しい、またレーザ発振動作を行っている時
のモニタ光が取りづらい等の欠点を有していた。
本発明は、DFBレーザの上記の様なファブリー・ペロー
(Fabry-Perot)抑制構造を改善し、モニタ光を取り出
すことが可能でかつまた、微分量子効率の増大、光出力
の増大を図ることができる構造の単一軸モード半導体レ
ーザを提供するものである。
本発明によれば活性層近傍に周期的凹凸より成る回折格
子が形成された分布帰還形半導体レーザにおいて両方の
端面が劈開で形成され、かつどちらか一方の端面のみ
に、反射防止膜が、前記反射防止膜内での発振波長の 、(mは正の整数)の厚さで形成されていることを特徴
とする単一軸モード半導体レーザが得られる。
実施例を説明する前に本発明の基本概念を簡単に説明す
る。第1図は従来例の片端面を斜めに形成したDFBレー
ザの断面の模式図である。(001)面のn形InP基板1上
に回折格子100その上にn形InGaAsP光ガイド層2(発光
波長にして1.10μm組成)、ノンドープInGaAsP活性層
3(発光波長にして1.30μm組成)、P形InPクラッド
層4が積層されている。紙面左側の端面は劈開で形成さ
れ、紙面右側の端面はエッチングにより〈111〉A面が
出ている約54°の斜めに形成されている。この構造で
は、紙面右側に進行した光は端面が斜めであるため端面
でn形InP基板1の方へと反射される。従って両端面の
共振器によるファブリー・ペロー(Fabry-Perot)モー
ドは抑制されるため、内部に形成された回折格子100に
よって反射された光によるDFBモードでの発振が起き
る。この時、右側の端面での反射率は実質的に小さくな
っているため、注入電流−光出力の特性は、第2図に示
す様になる。光導波路に対する反射率は斜めの右側の端
面よりも、垂直な左側の端面の方が大きいために、左側
の端面からの微分量子効率は右側の端面のそれよりも小
さくなる。ところが右側の端面からの光はn形InP基板
1の方に反射されるため、信号光やモニタ光として取り
出すことが難しく、信号光としては左側から出射する微
分量子効率の低い光を利用していた。従って片方の端面
での反射率を小さく抑制できかつこの端面からの光を信
号光として取り出すことができれば実効的にDFBレーザ
の特性を向上させることができる。第3図は本発明の基
本構造を示す断面模式図である。第1図の従来例と異な
る点は、紙面右側の端面が劈開面でありかつ反射防止膜
200が、膜内での発振波長の1/4(又は m;正の整数)倍の厚さで形成されている点である。
反射防止膜200の膜厚tが、膜内の波長(λ=λ/n;λ
は空気中の光の波長、nは反射防止膜の屈折率)の の時、反射防止膜200と半導体の界面及び反射防止膜200
と空気との界面で反射される光の位相は互いに逆位相と
なるため、2つの反射光は互いに相殺され、結果的に非
常に低反射率な端面が形成される。膜の屈折率nは、半
導体の屈折率n0とした時、1<n<n0を満たす必要があ
り、光の反射をより効果的に抑制するためには、nは の値に等しいことが理想とされるが、これに近い値であ
ればよい。この様にすると、ファブリー・ペロー(Fabr
y-Perot)モードは抑制されかつ、右側の反射率の小さ
な端面からの高い微分量子効率の光を信号光として取り
出すことができる。従来半導体レーザの端面に反射防止
膜を施す方法は一般に知られていたが、その内部には回
折格子など端面での反射に代わる反射手段を有していな
かった。従って、単に反射防止膜を施すのみでは発振閾
値を増大させるという特性を悪くする結果になった。し
かしDFBレーザでは内部に回折格子を有するため端面に
反射防止膜を施しても発振閾値を増大させることはな
い。即ち半導体レーザの内部に端面での反射に代わる反
射手段を有する場合において、端面反射防止膜は素子特
性の向上に有効に作用する。
次に本発明の実施例を第4図の斜視図で示す。
まず作製法を示すと、(001)面のn型InP基板1の上に
〈110〉方向に、周期4000Åで繰り返す深さ1500Åの回
折格子100を全面に形成する。これはHe−Cdレーザの425
0Åの発振光を用いた2光束干渉露光法で作製した。こ
の基板の上に、成長温度590℃の液相成長により、回折
格子100の山の上からの厚さで0.1μmのn型InGaAsP光
ガイド層2(Snドープ、キャリア濃度1×1018cm-3、発
光波長にして1.10μm組成)、厚さ0.1μmのノンドー
プInGaAsP活性層3(発光波長にして1.30μm組成)、
厚さ1μmのP形InPクラッド層4(Znドープ、キャリ
ア濃度1×1018cm-3)を連続して積層する。次に、通常
のフォトリングラフィとBr−メタノールを用いたメサエ
ッチングにより〈110〉方向に2本の幅10μm、深さ3
μmの溝51,52を形成する。これに挟まれて、内部に幅
1.5μmの幅の活性層3を有するメサストライプ50が形
成される。次に2回目の液相成長工程で最初にP形InP
電流ブロック層5(Znドープ、キャリア濃度2×1018cm
-3、平坦部での厚さ0.5μm)n形InP電流閉じ込め層6
(Teドープ、キャリア濃度5×1018cm-3、平坦部での厚
さ0.5μm)をメサストライプ50の上部には積層させな
い様に成長し、次にP形InP埋め込み層7(Znドープ、
キャリア濃度1×1018cm-3、平坦部での厚さ1.5μ
m)、P形InGaAsPキャップ層8(Znドープ、キャリア
濃度、1×1019cm-3)を全面に亘って積層する。SiO2
60を5000Åの厚さでCVDで形成した後、メサストライプ5
0の上部を幅10μmのストライプ30の形状で抜きその上
にTi/Pt/Au膜を連続して蒸着しP側電極20とする。全体
を約100μmの厚さにした後、n形InP基板1側にAu/Ge/
Ni膜を蒸着しn側電極21とする。ウェハを劈開して素子
が20個程形成されている棒をつくり、この片端面301に
プラズマCVDにより2000Åの厚さのSi3N4の反射防止膜20
0を形成する。2000Åの膜厚は1.30μmの光の反射防止
膜200内での1/4波長に相当するため蒸着された端面の反
射率は、2%程度以下と、Si3N4膜を形成しない場合の
約30%に比べ非常に小さくすることができた。この棒か
ら素子を切り出し、ダイアモンドヒートシンクにP側を
下側にして融着した。
次に素子特性を述べる。発振閾値は30mA、微分量子効率
は、反射防止膜200が形成された面301から出射する光で
は35%、他の面300では15%であった。従来のDFBレーザ
からの出射光の微分量子効率の最大値が28%程度である
からこれを大幅に上回る特性を得た。また最大光出力は
50mWを越える値が得られ、0℃から70℃までの動作温度
の全域で単一軸モード発振であった。また反射防止膜20
0を形成していない端面300からの出射光はモニタ光とし
て使用することができた。
以上の様に、反射防止膜200を形成し反射率を低くした
面301からの光出力を信号光として取り出すことで実効
的にDFBレーザの特性を向上させることができることが
わかる。また片端面に反射防止膜200を形成せず両端面
を劈開のままで素子特性を評価してみるて、25℃では25
mW程度の光出力の時にファブリー・ペロー(Fabry-Pero
t)モードが発振し、また50℃程度の温度にすると、5mW
程度の光出力時にファブリー・ペロー(Fabry-Perot)
モードが発振した。従って、反射防止膜200がない場合
にはファブリー・ペロー(Fabry-Perot)モードが十分
に抑制されていないことがわかった。
上記実施例では、回折格子100をn形InP基板1の上に形
成したが、最初に平坦なn形InP基板の上に活性層3及
びP形のInGaAsP光ガイド層2を形成し、この光ガイド
層2の上に回折格子100を形成する構造であっても良
い。この場合の素子特性は本発明の実施例とほぼ同じで
あった。また、上記実施例では、InPに格子整合したInG
aAsP系の材料を用いたが、InPを基板とするAlGaInAs
や、GaAsを基板とするAlGaAsやInGaAsPの材料を用いる
こともできる。埋め込み構造であったが、他の構造、例
えば、プレーナ構造等に適用できる。すなわち本発明は
ストライプ構造には左右されない。
最後に本発明の特徴をまとめると、DFBレーザの片側の
端面を、反射防止膜を施した劈開面とすることにより、
高い微分量子効率、及び高い光出力が得られること、ま
た従来のファブリー・ペロー(Fabry-Perot)形半導体
レーザと同様に劈開で端面を形成できるから作製が容易
であること等である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例の構造の断面模式図、第2図は従来例構
造の素子の注入電流−光出力特性を示す図、第3図は本
発明の構造の断面模式図、第4図は本発明の実施例を示
す斜視図である。 図中、1はn形InP基板、2はn形InGaAsP光ガイド層、
3はノンドープInGaAsP活性層、4はP形InPクラッド
層、6はP形InP電流ブロック層、7はn形InP電流閉じ
込め層、8はP形InP埋め込み層、9はP形InGaAsPキャ
ップ層、20はP側電極、21はn側電極、30はSiO2膜60が
剥離されたストライプ領域、50はメサストライプ、51,5
2は平行な2本の溝、100は回折格子、200は反射防止
膜、300、301は劈開端面である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−50593(JP,A) 特開 昭58−44785(JP,A) 特開 昭56−100488(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性層近傍に周期的凹凸より成る回折格子
    が形成された分布帰還形半導体レーザにおいて、両方の
    端面が劈開で形成され、かつどちらか一方の端面のみ
    に、反射防止膜が、前記反射防止膜内での発振波長の (mは正の整数)の厚さで形成されていることを特徴と
    する単一軸モード半導体レーザ。
JP58207038A 1983-11-04 1983-11-04 単一軸モード半導体レーザ Expired - Lifetime JPH0673388B2 (ja)

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