JPH0745907A - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 屈折率分布の影響の少ない利得結合型の分布
帰還型レーザを得る。 【構成】 第１導電形基板１ａ上に形成された、その表
面が、ストライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方
向に周期的に配置されてなり，上記凹部に平坦な底面を
有する凹凸形状である第１導電形クラッド層２と、上記
クラッド層２上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平
坦な底面上に形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な底
面上以外の部分上に形成された領域の禁制帯幅より大き
い活性層３と、該活性層上に配置された第２導電形クラ
ッド層４とを備えた構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、分布帰還型半導体レ
ーザに関し、特に利得結合型の分布帰還型半導体レーザ
の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の分布帰還型半導体レーザの
構造を示す、光が導波される方向（以下、導波路方向と
も称す）における断面図（図７(a) ），及び導波路方向
における等価屈折率分布を示した図（図７(b) ）であ
る。図において、２１は第１導電形ＧａＡｓ半導体基板
である。２２は基板２１上に形成された、その表面にス
トライプ状の凹部と凸部とが光が導波される方向に所定
の周期で配置された凹凸構造を有する第１導電形ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層である。２３はクラッド層２２上に形
成された、Ａｌ組成比がクラッド層２２よりも大きい第
１導電形ＡｌＧａＡｓガイド層である。２４はガイド層
２３上に形成された、ガイド層２３表面の凹凸構造の凹
部上の厚さが厚く凸部上の厚さが薄い、Ａｌ組成比がガ
イド層２３よりも大きいＡｌＧａＡｓ活性層である。２
５は活性層２４上にその表面が平坦になるように形成さ
れた、Ａｌ組成比が活性層２４よりも小さい第２導電形
ＡｌＧａＡｓガイド層である。２６は第２導電形ガイド
層２５上に形成された、Ａｌ組成比がガイド層２５より
も小さい第２導電形ＡｌＧａＡｓクラッド層である。ま
た、１１及び１２は電極である。

【０００３】次に動作について説明する。本従来例にお
いては、基板２１とクラッド層２６との間に順バイアス
方向に電流を流すと、活性層２３でキャリアの反転分布
が生じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。あ
る一定の電流値を超えたところで、活性層２３の導波路
方向で共振現象が生じ、レーザ発振が起こる。

【０００４】このとき、図７の分布帰還型半導体レーザ
では、活性層２４の層厚が導波路方向において周期的に
変化しているため、導波路方向において活性層の層厚の
変化に応じた利得分布が形成される。従って、この分布
帰還型半導体レーザは、利得結合型の分布帰還型レーザ
として、ガイド層２３，活性層２４，及びガイド層２５
が有する凹凸構造によって構成される回折格子の周期で
きまる波長（ブラッグ波長）でレーザ発振する。その結
果、レーザ発振の縦モードが単一になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の分布帰還型半導
体レーザは、以上のように構成されており、活性層２４
の厚さ分布に起因して生じる利得分布以外に、ガイド層
２３と活性層２４の屈折率が異なるため、活性層２４の
厚さの周期的な変化によって、図７(b) に示すように、
導波路方向で屈折率分布も生じている。理論的によく知
られているように、分布帰還型半導体レーザにおいて、
屈折率分布のある導波路を用いた場合、厳密には回折格
子の周期から決まる波長（ブラッグ波長）に対し等間隔
だけ離れた２つの波長に発振モードが存在する。その結
果、このような、導波路に屈折率分布を有する分布帰還
型半導体レーザを安定して単一モード発振させるために
は、レーザ端面の反射率を制御することにより最低利得
のモードが一つになるようにする等の構造上の工夫が必
要である。即ち、従来の分布帰還型半導体レーザでは、
利得結合型の構造に屈折率結合が影響を与えることによ
り、単一モード発振の安定性が悪くなるという問題点が
あった。

【０００６】また、従来の分布帰還型レーザにおいて
は、クラッド層２２上の凹凸構造の周期により、半導体
レーザの発振波長が決定されるため、現在の凹凸の形成
技術では、発振波長が１μｍ以下の分布帰還型半導体レ
ーザを製造することが非常に困難であるという問題点が
あった。

【０００７】本発明は以上のような問題点を解決するた
めになされたものであり、単一モード発振特性が良好な
分布帰還型半導体レーザを得ること、また、さらに１μ
ｍ以下の発振波長が得られる分布帰還型半導体レーザを
得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る分布帰還
型半導体レーザは、第１導電形半導体基板上に形成され
た、その表面が、ストライプ状の凸部と凹部とが光の導
波される方向に周期的に配置されてなり，上記凹部に平
坦な底面を有する凹凸形状である第１導電形クラッド層
と、上記第１導電形クラッド層上に、ほぼ均一な厚さと
なるように、かつ、上記平坦な底面上に形成された領域
の禁制帯幅が上記平坦な底面上以外の部分上に形成され
た領域の禁制帯幅より大きくなるように、上記平坦な底
面上では秩序化もしくは微小な程度に無秩序化するよ
う、上記平坦な底面上以外の部分上では上記平坦な底面
上よりも大きな程度で無秩序化するよう結晶成長された
活性層と、該活性層上に配置された第２導電形クラッド
層とを備えたものである。

【０００９】また、この発明に係る分布帰還型半導体レ
ーザは、第１導電形半導体基板上に形成された、その表
面が、ストライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方
向に周期的に配置されてなり，上記凸部に平坦な頂上面
を有する凹凸形状である第１導電形クラッド層と、該第
１導電形クラッド層上に、ほぼ均一な厚さとなるよう
に、かつ、上記平坦な頂上面上に形成された領域の禁制
帯幅が上記平坦な頂上面上以外の部分上に形成された領
域の禁制帯幅より大きくなるように、上記平坦な頂上面
上では秩序化もしくは微小な程度に無秩序化するよう、
上記平坦な頂上面上以外の部分上では上記平坦な頂上面
上よりも大きな程度で無秩序化するよう結晶成長された
活性層と、該活性層上に配置された第２導電形クラッド
層とを備えたものである。

【００１０】また、この発明に係る分布帰還型半導体レ
ーザは、第１導電形半導体基板上に形成された、その表
面が、ストライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方
向に周期的に配置されてなり，上記凹部に平坦な底面を
有し上記凸部に平坦な頂上面を有する凹凸形状である第
１導電形クラッド層と、該第１導電形クラッド層上に、
ほぼ均一な厚さとなるように、かつ、上記平坦な底面及
び頂上面上に形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な底
面及び頂上面上以外の部分上に形成された領域の禁制帯
幅より大きくなるように、上記平坦な面上では秩序化も
しくは微小な程度に無秩序化するよう、上記平坦な面上
以外の部分上では上記平坦な面上よりも大きな程度で無
秩序化するよう結晶成長された活性層と、該活性層上に
配置された第２導電形クラッド層とを備えたものであ
る。

【００１１】

【作用】この発明においては、第１導電形半導体基板上
に形成された、その表面が、ストライプ状の凸部と凹部
とが光の導波される方向に周期的に配置されてなり，上
記凹部に平坦な底面を有する凹凸形状である第１導電形
クラッド層と、上記第１導電形クラッド層上にほぼ均一
な厚さに形成された、上記平坦な底面上に形成された領
域の禁制帯幅が上記平坦な底面上以外の部分上に形成さ
れた領域の禁制帯幅より大きい活性層と、該活性層上に
配置された第２導電形クラッド層とを備えたから、活性
層に利得分布を発生させ、かつ、屈折率分布を大幅に減
少させることができ、屈折率分布の影響を受けない安定
した単一モード発振が得られる利得結合型の分布帰還型
半導体レーザを実現できる。

【００１２】また、この発明においては、第１導電形半
導体基板上に形成された、その表面が、ストライプ状の
凸部と凹部とが光の導波される方向に周期的に配置され
てなり，上記凸部に平坦な頂上面を有する凹凸形状であ
る第１導電形クラッド層と、上記第１導電形クラッド層
上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平坦な頂上面上
に形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な頂上面上以外
の部分上に形成された領域の禁制帯幅より大きい活性層
と、該活性層上に配置された第２導電形クラッド層とを
備えたから、活性層に利得分布を発生させ、かつ、屈折
率分布を大幅に減少させることができ、屈折率分布の影
響を受けない安定した単一モード発振が得られる利得結
合型の分布帰還型半導体レーザを実現できる。

【００１３】また、この発明においては、第１導電形半
導体基板上に形成された、第１導電形半導体基板上に形
成された、その表面が、ストライプ状の凸部と凹部とが
光の導波される方向に周期的に配置されてなり，上記凹
部に平坦な底面を有し上記凸部に平坦な頂上面を有する
凹凸形状である第１導電形クラッド層と、上記第１導電
形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平
坦な底面上及び頂上面上に形成された領域の禁制帯幅が
上記平坦な底面上及び頂上面上以外の部分上に形成され
た領域の禁制帯幅より大きい活性層と、該活性層上に配
置された第２導電形クラッド層とを備えたから、屈折率
分布の影響を受けない利得結合型の分布帰還型半導体レ
ーザを実現でき、さらに、利得分布の周期として、現在
の凹凸形成技術で形成可能な周期構造の最短周期よりも
短い周期を得ることができ、発振波長が１μｍ以下であ
る高性能な利得結合型の分布帰還型半導体レーザを得る
ことができる。

【００１４】

【実施例】実施例１．図１は本発明の第１の実施例によ
る分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向に
おける断面図であり、図において、１ａは表面にストラ
イプ状の凹部と凸部とが光が導波される方向に所定の周
期で配置された凹凸構造を有する第１導電形ＧａＡｓ基
板であり、その凹凸構造を構成する凹部の底に（１０
０）面を有している。２は該基板１ａ上に形成された、
その厚みが基板１表面の凹部上と凸部上とでほぼ均一で
ある第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層であり、その
表面は、基板表面の凹凸形状に沿った，凹部の底に平坦
な（１００）面を有する凹凸形状である。３はクラッド
層２上に形成された、その厚さが基板１表面の凹部の上
部と凸部の上部とでほぼ均一であるＧａＩｎＰ活性層で
あり、クラッド層２の（１００）面上に形成された活性
層５と、（１００）面以外の面上に形成された活性層６
とを含む。４は活性層２上に形成された、その厚さが基
板１ａ表面の凹部の上部と凸部の上部とで均一である第
２導電形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、７はクラッド層４
上に形成された、その表面が平坦である第２導電形Ｇａ
Ａｓコンタクト層、１１及び１２は電極である。また、
矢印８は本実施例による分布帰還型半導体レーザにおけ
る光の導波方向を示す。

【００１５】次に製造方法について説明する。まず、Ｇ
ａＡｓ基板１ａ上に干渉露光法、ＥＢ（Electron Beam
）露光法等を用いて写真製版を行い、エッチングする
ことによりストライプ状の凹部と凸部により構成される
凹凸構造を形成する。なお、ＦＩＢ（Focused Ion Bea
m）等により直接基板１ａに凹凸構造を形成してもよ
い。このとき、凹部の底に（１００）面が形成され、こ
の（１００）面以外の領域には（１００）面に対して傾
いた面が形成されるようにする。その後、凹凸構造を形
成した基板１ａ上に、第１導電形ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層２，ＧａＩｎＰ活性層３，及び第２導電形ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層４を連続的に気相成長法により形成す
る。このとき、基板１ａの凹部の（１００）面上に形成
されたクラッド層２の凹部上にも（１００）面が形成さ
れるように、基板１ａの凹部の（１００）面の幅等を調
整しておく。ここで、本実施例の半導体レーザの活性層
を構成する材料であるＧａＩｎＰは、所定の成長条件下
では、（１００）面上では構成原子の配列が周期性を有
する秩序化した状態で、また、（１００）面に対して傾
いた面上では構成原子の配列の周期性が乱れた無秩序化
した状態で形成される。本実施例の製造工程における上
記気相成長は、ＧａＩｎＰからなる活性層が、上述のよ
うに（１００）面上では構成原子の配列が周期性を有す
る秩序化した状態で、また、（１００）面に対して傾い
た面上では構成原子の配列の周期性が乱れた無秩序化し
た状態で形成される成長条件で行なう。これにより、凹
部底面上の位置には秩序化した活性層５が形成され、凹
部底面上以外の部分上には無秩序化した活性層６が形成
される。その後、第２導電形クラッド層４上に第２導電
形ＧａＡｓコンタクト層７を成長し、光の導波方向に対
して、横方向の電流及び光の閉じ込めができるような拡
散ストライプ型，リッジ型等の構造に加工した後、電極
１１，１２を形成して図１に示す分布帰還型半導体レー
ザが完成する。

【００１６】次に動作について説明する。図１に示す本
実施例の分布帰還型半導体レーザの基板１ａとコンタク
ト層７との間に順バイアス方向に電流を流すと、活性層
３でキャリアの反転分布が生じ、そのキャリアの再結合
により光が発生する。

【００１７】ここで、ＧａＩｎＰ結晶は、無秩序状態に
結晶成長された結晶の方が、秩序状態に結晶成長された
結晶よりも禁制帯幅が広いことが知られている。即ち、
本実施例では、禁制帯幅の狭い，秩序化した活性層５
と、禁制帯幅の広い，無秩序化した活性層６とが周期的
に配置された構造となっており、このような構造におい
ては、上述したキャリアの再結合による光の発生は、そ
の殆どが禁制帯幅の小さい，秩序化した活性層５におい
て生じる。従って、本実施例では基板１ａに形成された
凹凸構造の周期（凹部の周期）に応じた利得の分布を得
ることができ、利得結合型の分布帰還型半導体レーザと
して動作する。

【００１８】このように（１００）面上の活性層５で発
生した光は、層厚方向に若干の広がりをもって図１中の
矢印８で示す方向に導波され、ある一定の電流値を超え
たところで活性層３の導波路方向で共振現象が生じ、レ
ーザ発振が起こる。

【００１９】また、本実施例の半導体レーザにおいて
は、活性層３の上下に配置されたクラッド層２及び４は
同一材料で構成され、その厚さの合計は導波路方向のど
の位置においてもほぼ同じである。また、活性層３の厚
さも導波路方向のどの位置においてもほぼ同じであり、
無秩序化した活性層６は、秩序化した活性層５より屈折
率が小さいが、その差は１％程度にすぎない。従って、
活性層３近傍の等価屈折率を考えた場合、導波路方向に
おいてはほとんど屈折率分布は存在せず、図７に示す従
来の分布帰還型半導体レーザに比して屈折率結合の影響
を大幅に低減することができる。前述もしたように、導
波路に屈折率分布を有する分布帰還型半導体レーザを単
一モード発振させるためには、レーザ端面の反射率を制
御することにより最低利得のモードが一つになるように
する等の構造上の工夫が必要となる。しかし、本実施例
においては、上述のように屈折率分布を大幅に低減させ
ることができ、利得分布のみを持たせることができるの
で、レーザ端面の反射率の制御等の工夫をせずに安定な
単一モード発振を実現することができる。

【００２０】このように本実施例においては、ＧａＡｓ
基板１ａの表面に、その凹部の底に（１００）面を備え
た所定周期の凹凸構造を形成し、該基板１ａ上に、その
表面が、基板表面の凹凸形状に沿った，凹部の底に平坦
な（１００）面を有する凹凸形状であるクラッド層２
と、上記第１導電形クラッド層上に、ほぼ均一な厚さと
なるように、かつ、（１００）面上に形成された領域の
禁制帯幅が（１００）面上以外の部分上に形成された領
域の禁制帯幅より大きくなるように、（１００）面上で
は秩序化するよう、（１００）面上以外の部分上では無
秩序化するよう結晶成長された活性層３と、該活性層上
に配置されたクラッド層４とを備えた構成としたので、
活性層３に利得分布を持たせることができ、さらに、導
波路方向の活性層３近傍の等価屈折率分布を大幅に低減
させることができるから、屈折率分布の影響を受けな
い、安定した単一モード発振が得られる分布帰還型半導
体レーザを実現できる。

【００２１】実施例２．図２は本発明の第２の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
における断面図である。図において、１ｂは表面にスト
ライプ状の凹部と凸部とが光が導波される方向に所定の
周期で配置された凹凸構造を有する第１導電形ＧａＡｓ
基板であり、その凹凸構造を構成する凸部の頂上に（１
００）面を有している。２は該基板１ｂ上に形成され
た、その厚みが基板１表面の凹部上と凸部上とでほぼ均
一である第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層であり、
その表面は、基板表面の凹凸形状に沿った，凸部の頂上
に平坦な（１００）面を有する凹凸形状である。３はク
ラッド層２上に形成された、その厚さが基板１表面の凹
部の上部と凸部の上部とでほぼ均一であるＧａＩｎＰ活
性層であり、クラッド層２の（１００）面上に形成され
た活性層５と、（１００）面以外の面上に形成された活
性層６とを含む。４は活性層２上に形成された、その厚
さが基板１ｂ表面の凹部の上部と凸部の上部とで均一で
ある第２導電形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、７はクラッ
ド層４上に形成された、その表面が平坦である第２導電
形ＧａＡｓコンタクト層、１１及び１２は電極である。
また、矢印９は本実施例による分布帰還型半導体レーザ
における光の導波方向を示す。

【００２２】次に製造方法について説明する。本実施例
の半導体レーザの製造工程では、基板に凹凸構造を形成
する際に、その凸部の頂上に（１００）面が形成され、
この（１００）面以外の領域には（１００）面に対して
傾いた面が形成されるようにする。その後の工程は上記
第１の実施例による半導体レーザの製造工程と全く同様
である。即ち、凹凸構造を形成した基板１ｂ上に、第１
導電形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２，ＧａＩｎＰ活性層
３，及び第２導電形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４を連続
的に気相成長法により形成する。ここで、上記気相成長
は、ＧａＩｎＰからなる活性層が、（１００）面上では
秩序化した状態で、また、（１００）面に対して傾いた
面上では無秩序化した状態で形成される成長条件で行な
う。これにより、凸部頂上面上の位置には秩序化した活
性層５が形成され、凸部頂上面上以外の部分上には無秩
序化した活性層６が形成される。その後、第２導電形ク
ラッド層４上に第２導電形ＧａＡｓコンタクト層７を成
長し、光の導波方向に対して、横方向の電流及び光の閉
じ込めができるような拡散ストライプ型，リッジ型等の
構造に加工した後、電極１１，１２を形成して図２に示
す分布帰還型半導体レーザが完成する。

【００２３】次に動作について説明する。本実施例の動
作原理は上記第１の実施例と全く同様である。即ち、図
２中の基板１ｂとコンタクト層７との間に順バイアス方
向に電流を流すと、活性層３でキャリアの反転分布が生
じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。本第２
の実施例においても、上記第１の実施例と同様、禁制帯
幅の狭い，秩序化した活性層５と、禁制帯幅の広い，無
秩序化した活性層６とが周期的に配置された構造となっ
ており、このような構造においては、上述したキャリア
の再結合による光の発生は、その殆どが、禁制帯幅の小
さい，秩序化した活性層５において生じる。従って、基
板１ｂに形成された凹凸構造の周期（凸部の周期）に応
じた利得の分布を得ることができ、利得結合型の分布帰
還型半導体レーザとして動作する。このように（１０
０）面上の活性層５で発生した光は、層厚方向に若干の
広がりをもって図２中の矢印９で示す方向に導波され、
ある一定の電流値を超えたところで活性層３の導波路方
向で共振現象が生じ、レーザ発振が起こる。

【００２４】また、本実施例の半導体レーザにおいて
も、上記第１の実施例と同様、活性層３の上下に配置さ
れたクラッド層２及び４は同一材料で構成され、その厚
さの合計は導波路方向のどの位置においてもほぼ同じで
あり、また、活性層３の厚さも導波路方向のどの位置に
おいてもほぼ同じである。従って、上記第１の実施例と
同様、導波路方向においてはほとんど屈折率分布は存在
せず、図７に示す従来の分布帰還型半導体レーザに比し
て屈折率結合の影響を大幅に低減することができ、レー
ザ端面の反射率の制御等の工夫をせずに単一モード発振
を実現することができる。

【００２５】このように本実施例においては、ＧａＡｓ
基板１ｂの表面に、その凸部の頂上に（１００）面を備
えた所定周期の凹凸構造を形成し、該基板１ｂ上に、そ
の表面が、基板表面の凹凸形状に沿った，凸部の頂上に
平坦な（１００）面を有する凹凸形状であるクラッド層
２と、上記第１導電形クラッド層上に、ほぼ均一な厚さ
となるように、かつ、（１００）面上に形成された領域
の禁制帯幅が（１００）面上以外の部分上に形成された
領域の禁制帯幅より大きくなるように、（１００）面上
では秩序化するよう、（１００）面上以外の部分上では
無秩序化するよう結晶成長された活性層３と、該活性層
上に配置されたクラッド層４とを備えた構成としたの
で、活性層３に利得分布を持たせることができ、さら
に、導波路方向の活性層３近傍の等価屈折率分布を大幅
に低減させることができるから、上記第１の実施例と同
様、屈折率分布の影響を受けない、安定した単一モード
発振が得られる分布帰還型半導体レーザを実現できる。

【００２６】実施例３．図３は本発明の第３の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
の断面図である。図において、１ｃは表面にストライプ
状の凹部と凸部とが光が導波される方向に所定の周期で
配置された凹凸構造を有する第１導電形ＧａＡｓ基板で
あり、その凹凸構造を構成する凹部の底及び凸部の頂上
に（１００）面を有している。２は該基板１ｃ上に形成
された、その厚みが基板１表面の凹部上と凸部上とでほ
ぼ均一である第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層であ
り、その表面は、基板表面の凹凸形状に沿った，凹部の
底及び凸部の頂上に平坦な（１００）面を有する凹凸形
状である。３はクラッド層２上に形成された、その厚さ
が基板１表面の凹部の上部と凸部の上部とでほぼ均一で
あるＧａＩｎＰ活性層であり、基板１ｃ表面の凹部の底
及び凸部の頂上の（１００）面の上部に形成された活性
層５と、（１００）面以外の面の上部に形成された活性
層６とを含む。４は活性層２上に形成された、その厚さ
が基板１ｃ表面の凹部の上部と凸部の上部とで均一であ
る第２導電形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、７はクラッド
層４上に形成された、その表面が平坦である第２導電形
ＧａＡｓコンタクト層、１１及び１２は電極である。ま
た、矢印８及び９は本実施例による分布帰還型半導体レ
ーザにおける光の導波方向を示す。

【００２７】次に製造方法について説明する。本実施例
の半導体レーザの製造方法では、基板に凹凸構造を形成
する際に、その凹部の底及び凸部の頂上に（１００）面
が形成され、この（１００）面以外の領域には、（１０
０）面に対して傾いた面が形成されるようにする。その
後の工程は上記第１の実施例による半導体レーザの製造
工程と全く同様である。即ち、凹凸構造を形成した基板
１ｃ上に、第１導電形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２、Ｇ
ａＩｎＰ活性層３および第２導電形ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層４を連続的に気相成長法により形成する。ここ
で、上記気相成長は、ＧａＩｎＰからなる活性層が、
（１００）面上では秩序化した状態で、また、（１０
０）面に対して傾いた面上では無秩序化した状態で形成
される成長条件で行なう。これにより、凸部頂上面上の
位置には秩序化した活性層５が形成され、凸部頂上面上
以外の部分上には無秩序化した活性層６が形成される。
その後、第２導電形クラッド層４上に第２導電形ＧａＡ
ｓコンタクト層７を成長し、光の導波方向に対して、横
方向の電流及び光の閉じ込めができるような拡散ストラ
イプ型，リッジ型等の構造に加工した後、電極１１，１
２を形成して図２に示す分布帰還型半導体レーザが完成
する。

【００２８】次に動作について説明する。本第３の実施
例においては、基板１表面の凹凸構造の凹部の底及び凸
部の頂上に設けられた（１００）面の上部に、活性層５
が秩序化された状態で形成されており、これ以外の部
分、即ち（１００）面に対して傾いた面の上部には活性
層６が無秩序化された状態で形成されている。これによ
り、凹部の底の（１００）面の上部に形成された活性層
５，及び凸部の頂上の（１００）面の上部に形成された
活性層５において光が発生し、それぞれ図３中の矢印８
及び９の方向に導波される。ここで、凹部の（１００）
面の上部に形成された活性層５により発生した光と、凸
部の（１００）面の上部に形成された活性層５により発
生した光は、いずれも活性層３近傍を層厚方向に若干の
広がりをもって導波されるので、全体として、凹部の
（１００）面の上部に形成された活性層５と凸部の（１
００）面の上部に形成された活性層５との両方により利
得が生じる一本の導波光としてみることができる。即
ち、活性層３の利得のある部分の周期は、基板１ｃの表
面上の凹凸構造の周期の半分になる。その結果、利得分
布の周期として、現在簡便な凹凸構造形成法として知ら
れている干渉露光法で形成可能な回折格子の最短周期よ
り短い周期が得られる。

【００２９】回折格子の周期できまる波長で発振する分
布帰還型半導体レーザにおいて、可視光領域の波長を得
るためには、回折格子の周期を０．１μｍ以下とする必
要があり、現在の干渉露光を用いた写真製版技術ではこ
のようなレーザを得ることは非常に困難である。本第３
の実施例による分布帰還型半導体レーザでは、上述のよ
うに利得分布の周期を基板上に形成される回折格子（凹
凸構造）の周期よりも短くできるので、可視光領域を含
む１μｍ以下の波長で発振する分布帰還型半導体レーザ
を容易に実現することができる。

【００３０】また、本実施例の半導体レーザにおいて
も、上記第１，第２の実施例と同様、活性層３の上下に
配置されたクラッド層２及び４は同一材料で構成され、
その厚さの合計は導波路方向のどの位置においてもほぼ
同じであり、また、活性層３の厚さも導波路方向のどの
位置においてもほぼ同じである。従って、上記第１，第
２の実施例と同様、導波路方向においてはほとんど屈折
率分布は存在せず、図７に示す従来の分布帰還型半導体
レーザに比して屈折率結合の影響を大幅に低減すること
ができ、レーザ端面の反射率の制御等の工夫をせずに単
一モード発振を実現することができる。

【００３１】このように本実施例においては、ＧａＡｓ
基板１ｃの表面に、その凹部の底及び凸部の頂上に（１
００）面を備えた所定周期の凹凸構造を形成し、該基板
１ｃ上に、その表面が、基板表面の凹凸形状に沿った，
凹部の底及び凸部の頂上に平坦な（１００）面を有する
凹凸形状であるクラッド層２と、上記第１導電形クラッ
ド層上に、ほぼ均一な厚さとなるように、かつ、（１０
０）面上に形成された領域の禁制帯幅が（１００）面上
以外の部分上に形成された領域の禁制帯幅より大きくな
るように、（１００）面上では秩序化するよう、（１０
０）面上以外の部分上では無秩序化するよう結晶成長さ
れた活性層３と、該活性層上に配置されたクラッド層４
とを備えた構成としたので、活性層３に利得分布を持た
せることができ、さらに、導波路方向の活性層３近傍の
等価屈折率分布を大幅に低減させることができるから、
上記第１の実施例と同様、屈折率分布の影響を受けな
い、安定した単一モード発振が得られる分布帰還型半導
体レーザを実現できる。さらに、本実施例では、利得の
ある部分の周期を基板１ｃ表面上の凹凸構造の周期の半
分とすることができ、従来の分布帰還型半導体レーザで
得られるレーザ光の最短波長よりも、短い波長のレーザ
光が得られる分布帰還型半導体レーザを実現することが
できる。

【００３２】実施例４．図４は本発明の第４の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
の断面図である。図において、３１は第１導電形ＧａＡ
ｓ基板、３２ａは基板３１上に形成された、その表面に
所定周期の凹凸構造を有する第１導電形ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層であり、その凹凸構造の凹部の底に（１０
０）面を有している。３３は該クラッド層３２ａ上にそ
の厚みが均一となるように形成されたＧａＩｎＰ活性層
で、クラッド層３２ａ表面の凹部の（１００）面上に形
成された活性層３５と、（１００）面以外の面上に形成
された活性層３６とを含む。３４は活性層３３上に形成
された、その表面が平坦である第２導電形ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層、３７はクラッド層３４上に形成された第
２導電形ＧａＡｓコンタクト層、１１及び１２は電極で
ある。また矢印３８は本実施例による分布帰還型半導体
レーザにおける光の導波方向を示す。

【００３３】次に動作について説明する。本実施例の動
作原理は上記第１の実施例と全く同様である。即ち、図
２中の基板３１とコンタクト層３７との間に順バイアス
方向に電流を流すと、活性層３３でキャリアの反転分布
が生じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。本
第４の実施例においても、上記第１の実施例と同様、禁
制帯幅の狭い，秩序化した活性層３５と、禁制帯幅の広
い，無秩序化した活性層３６とが周期的に配置された構
造となっており、このような構造においては、上述した
キャリアの再結合による光の発生は、その殆どが、禁制
帯幅の小さい，秩序化した活性層３５において生じる。
従って、クラッド層３２ａに形成された凹凸構造の周期
（凹部の周期）に応じた利得の分布を得ることができ、
利得結合型の分布帰還型半導体レーザとして動作する。
また、本実施例の半導体レーザにおいても、上記第１の
実施例と同様、活性層３３の上下に配置されたクラッド
層３２ａ及び３４は同一材料で構成され、その厚さの合
計は導波路方向のどの位置においてもほぼ同じであり、
また、活性層３３の厚さも導波路方向のどの位置におい
てもほぼ同じである。従って、上記第１の実施例と同
様、導波路方向においてはほとんど屈折率分布は存在せ
ず、図７に示す従来の分布帰還型半導体レーザに比して
屈折率結合の影響を大幅に低減することができ、レーザ
端面の反射率の制御等の工夫をせずに単一モード発振を
実現することができる。さらに、上記第１の実施例にお
いては、図１に示すように、導波光が、活性層３よりも
禁制帯幅が小さいＧａＡｓ基板中を通過するため、光が
導波される間に基板１によって吸収され、しきい値電流
が増加する等、レーザ特性の劣化が生じる場合が考えら
れるが、本第４の実施例では、（１００）面上の活性層
３５で発生した光は、図４中の矢印３８で示すように、
活性層よりも禁制帯幅の大きな材料からなる層のみを導
波されるので、上記第１の実施例のように、光が導波さ
れる間に吸収を受けることがなく、特性の優れた分布帰
還型半導体レーザを実現できる。

【００３４】実施例５．図５は本発明の第５の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
の断面図である。図において、３１は第１導電形ＧａＡ
ｓ基板、３２ｂは基板３１上に形成された、その表面に
所定周期の凹凸構造を有する第１導電形ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層であり、その凹凸構造の凸部の頂上に（１０
０）面を有している。３３は該クラッド層３２ｂ上にそ
の厚みが均一となるように形成されたＧａＩｎＰ活性層
で、クラッド層３２ｂ表面の凸部の（１００）面上に形
成された活性層３５と、（１００）面以外の面上に形成
された活性層３６とを含む。３４は活性層３３上に形成
された、その表面が平坦である第２導電形ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層、３７はクラッド層３４上に形成された第
２導電形ＧａＡｓコンタクト層、１１及び１２は電極で
ある。また矢印３９は本実施例による分布帰還型半導体
レーザにおける光の導波方向を示す。

【００３５】次に動作について説明する。本実施例の動
作原理は上記第２の実施例と全く同様である。即ち、図
５中の基板３１とコンタクト層３７との間に順バイアス
方向に電流を流すと、活性層３３でキャリアの反転分布
が生じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。本
第４の実施例においても、上記第２の実施例と同様、禁
制帯幅の狭い，秩序化した活性層３５と、禁制帯幅の広
い，無秩序化した活性層３６とが周期的に配置された構
造となっており、このような構造においては、上述した
キャリアの再結合による光の発生は、その殆どが、禁制
帯幅の小さい，秩序化した活性層３５において生じる。
従って、クラッド層３２ａに形成された凹凸構造の周期
（凸部の周期）に応じた利得の分布を得ることができ、
利得結合型の分布帰還型半導体レーザとして動作する。
また、本実施例の半導体レーザにおいても、上記第２の
実施例と同様、活性層３３の上下に配置されたクラッド
層３２ｂ及び３４は同一材料で構成され、その厚さの合
計は導波路方向のどの位置においてもほぼ同じであり、
また、活性層３３の厚さも導波路方向のどの位置におい
てもほぼ同じである。従って、上記第２の実施例と同
様、導波路方向においてはほとんど屈折率分布は存在せ
ず、図７に示す従来の分布帰還型半導体レーザに比して
屈折率結合の影響を大幅に低減することができ、レーザ
端面の反射率の制御等の工夫をせずに単一モード発振を
実現することができる。さらに、上記第２の実施例にお
いては、図２に示すように、導波光が、活性層３よりも
禁制帯幅が小さいＧａＡｓコンタクト層７中を通過する
ため、光が導波される間にコンタクト層７によって吸収
され、レーザ特性の劣化が生じる場合が考えられるが、
本第５の実施例では、（１００）面上の活性層３５で発
生した光は、図５中の矢印３９で示すように、活性層よ
りも禁制帯幅の大きな材料からなる層のみを導波される
ので、上記第２の実施例のように、光が導波される間に
吸収を受けることがなく、特性に優れた分布帰還型半導
体レーザを実現できる。

【００３６】実施例６．図６は本発明の第６の実施例に
よる分布帰還型半導体レーザの構造を示す、導波路方向
の断面図である。図において、３１は第１導電形ＧａＡ
ｓ基板、３２ｃは基板３１上に形成された、その表面に
所定周期の凹凸構造を有する第１導電形ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層であり、その凹凸構造の凹部の底及び凸部の
頂上に（１００）面を有している。３３は該クラッド層
３２ｃ上にその厚みが均一となるように形成されたＧａ
ＩｎＰ活性層で、クラッド層３２ｃ表面の凹部及び凸部
の（１００）面上に形成された活性層３５と、（１０
０）面以外の面上に形成された活性層３６とを含む。３
４は活性層３３上に形成された、その表面が平坦である
第２導電形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３７はクラッド
層３４上に形成された第２導電形ＧａＡｓコンタクト
層、１１及び１２は電極である。また矢印３８，３９は
本実施例による分布帰還型半導体レーザにおける光の導
波方向を示す。

【００３７】次に動作について説明する。本実施例の動
作原理は上記第３の実施例と全く同様である。即ち、図
６中の基板３１とコンタクト層３７との間に順バイアス
方向に電流を流すと、活性層３３でキャリアの反転分布
が生じ、そのキャリアの再結合により光が発生する。本
第６の実施例においても、上記第３の実施例と同様、凹
凸構造の凹部の底及び凸部の頂上に設けられた（１０
０）面の上部に、活性層３５が秩序化された状態で形成
されており、これ以外の部分、即ち（１００）面に対し
て傾いた面の上部には活性層３６が無秩序化された状態
で形成されている。これにより、凹部の底の（１００）
面の上部に形成された活性層３５，及び凸部の頂上の
（１００）面の上部に形成された活性層３５において光
が発生し、それぞれ図６中の矢印３８及び３９の方向に
導波され、全体として、凹部の（１００）面の上部に形
成された活性層３５と凸部の（１００）面の上部に形成
された活性層３５との両方により利得が生じる一本の導
波光として導波される。即ち、活性層３３の利得のある
部分の周期は、クラッド層３２ｃ表面上の凹凸構造の周
期の半分になる。その結果、利得分布の周期として、現
在簡便な凹凸構造形成法として知られている干渉露光法
で形成可能な回折格子の最短周期より短い周期が得られ
る。また、本実施例の半導体レーザにおいても、上記第
３の実施例と同様、活性層３３の上下に配置されたクラ
ッド層３２ｃ及び３４は同一材料で構成され、その厚さ
の合計は導波路方向のどの位置においてもほぼ同じであ
り、また、活性層３３の厚さも導波路方向のどの位置に
おいてもほぼ同じである。従って、上記第２の実施例と
同様、導波路方向においてはほとんど屈折率分布は存在
せず、図７に示す従来の分布帰還型半導体レーザに比し
て屈折率結合の影響を大幅に低減することができ、レー
ザ端面の反射率の制御等の工夫をせずに単一モード発振
を実現することができる。さらに、上記第３の実施例に
おいては、図３に示すように、導波光が、活性層３より
も禁制帯幅が小さいＧａＡｓ基板１ｃ及びＧａＡｓコン
タクト層７中を通過するため、光が導波される間にＧａ
Ａｓ基板１ｃ及びＧａＡｓコンタクト層７によって吸収
され、レーザ特性の劣化が生じる場合が考えられるが、
本第６の実施例では、（１００）面上の活性層３５で発
生した光は、図５中の矢印３８，３９で示すように、活
性層よりも禁制帯幅の大きな材料からなる層のみを導波
されるので、上記第３の実施例のように、光が導波され
る間に吸収を受けることがなく、特性に優れた分布帰還
型半導体レーザを実現できる。

【００３８】なお、上記各実施例においては、基板表面
またはクラッド層表面に設けた凹凸構造のストライプ状
凹部の底面，またはストライプ状凸部の頂上面を（１０
０）面とした場合について説明したが、本発明は上記底
面または頂上面を（１００）面と等価の全ての面，即ち
｛１００｝面とした場合においても適用することがで
き、上記各実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３９】また、上記各実施例においては、基板表面
またはクラッド層表面に設けた凹凸構造のストライプ状
凹部の底面，またはストライプ状凸部の頂上面を（１０
０）面とした場合について説明したが、活性層の材料と
して使用したＧａＩｎＰは、｛１００｝面に対して傾い
た面には無秩序化して形成され、さらに、その｛１０
０｝面に対する傾きが大きくなるほど、無秩序化の程度
も大きくなり、禁制帯幅も大きくなることがわかってい
る。したがって、本発明においては、上記底面または頂
上面が、必ずしも｛１００｝面である必要はなく、その
｛１００｝面とのなす角度が，上記底面または頂上面以
外の面が｛１００｝面となす角度以下である面であれ
ば、上記底面または頂上面の上部に形成された活性層
が，上記底面または頂上面以外の面の上部に形成された
活性層に対して小さな程度で無秩序化され、上記各実施
例と同様の効果が得られる。

【００４０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第１導
電形半導体基板上に形成された、その表面が、ストライ
プ状の凸部と凹部とが光の導波される方向に周期的に配
置されてなり，上記凹部に平坦な底面を有する凹凸形状
である第１導電形クラッド層と、上記第１導電形クラッ
ド層上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平坦な底面
上に形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な底面上以外
の部分上に形成された領域の禁制帯幅より大きい活性層
と、該活性層上に配置された第２導電形クラッド層とを
備えたから、活性層に利得分布を発生させ、かつ、屈折
率分布を大幅に減少させることができ、屈折率分布の影
響を受けない安定した単一モード発振が得られる利得結
合型の分布帰還型半導体レーザを実現できる効果があ
る。

【００４１】また、この発明によれば、第１導電形半導
体基板上に形成された、その表面が、ストライプ状の凸
部と凹部とが光の導波される方向に周期的に配置されて
なり，上記凸部に平坦な頂上面を有する凹凸形状である
第１導電形クラッド層と、上記第１導電形クラッド層上
にほぼ均一な厚さに形成された、上記平坦な頂上面上に
形成された領域の禁制帯幅が上記平坦な頂上面上以外の
部分上に形成された領域の禁制帯幅より大きい活性層
と、該活性層上に配置された第２導電形クラッド層とを
備えたから、活性層に利得分布を発生させ、かつ、屈折
率分布を大幅に減少させることができ、屈折率分布の影
響を受けない安定した単一モード発振が得られる利得結
合型の分布帰還型半導体レーザを実現できる効果があ
る。

【００４２】また、この発明においては、第１導電形半
導体基板上に形成された、第１導電形半導体基板上に形
成された、その表面が、ストライプ状の凸部と凹部とが
光の導波される方向に周期的に配置されてなり，上記凹
部に平坦な底面を有し上記凸部に平坦な頂上面を有する
凹凸形状である第１導電形クラッド層と、上記第１導電
形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成された、上記平
坦な底面上及び頂上面上に形成された領域の禁制帯幅が
上記平坦な底面上及び頂上面上以外の部分上に形成され
た領域の禁制帯幅より大きい活性層と、該活性層上に配
置された第２導電形クラッド層とを備えたから、屈折率
分布の影響を受けない利得結合型の分布帰還型半導体レ
ーザを実現でき、さらに、利得分布の周期として、現在
の凹凸形成技術で形成可能な周期構造の最短周期よりも
短い周期を得ることができ、発振波長が１μｍ以下であ
る高性能な利得結合型の分布帰還型半導体レーザを得る
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。

【図５】本発明の第５の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。

【図６】本発明の第６の実施例による分布帰還型レーザ
の構造を示す断面図である。

【図７】従来の分布帰還型レーザダイオードの構造を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ 第１導電形ＧａＡｓ半導体基
板 ２ 第１導電形ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層 ３ ＧａＩｎＰ活性層 ４ 第２導電型ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層 ５ 秩序化した活性層 ６ 無秩序化した活性層 ８，９ 光の導波方向 １１，１２ 電極 ３１ 第１導電形ＧａＡｓ半導体基
板 ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 第１導電形ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層 ３３ ＧａＩｎＰ活性層 ３４ 第２導電型ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層 ３５ 秩序化した活性層 ３６ 無秩序化した活性層 ３７ 第２導電形ＧａＡｓコンタク
ト層 ３８，３９ 光の導波方向

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分布帰還型半導体レーザにおいて、 第１導電形半導体基板上に形成された、その表面が、ス
   トライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方向に周期
   的に配置されてなり，上記凹部に平坦な底面を有する凹
   凸形状である第１導電形クラッド層と、 上記第１導電形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成さ
   れた、上記平坦な底面上に形成された領域の禁制帯幅が
   上記平坦な底面上以外の部分上に形成された領域の禁制
   帯幅より大きい活性層と、 該活性層上に配置された第２導電形クラッド層とを備え
   たことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
2. 【請求項２】 分布帰還型半導体レーザにおいて、 第１導電形半導体基板上に形成された、その表面が、ス
   トライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方向に周期
   的に配置されてなり，上記凸部に平坦な頂上面を有する
   凹凸形状である第１導電形クラッド層と、 上記第１導電形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成さ
   れた、上記平坦な頂上面上に形成された領域の禁制帯幅
   が上記平坦な頂上面上以外の部分上に形成された領域の
   禁制帯幅より大きい活性層と、 該活性層上に配置された第２導電形クラッド層とを備え
   たことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
3. 【請求項３】 分布帰還型半導体レーザにおいて、 第１導電形半導体基板上に形成された、その表面が、ス
   トライプ状の凸部と凹部とが光の導波される方向に周期
   的に配置されてなり，上記凹部に平坦な底面を有し上記
   凸部に平坦な頂上面を有する凹凸形状である第１導電形
   クラッド層と、 上記第１導電形クラッド層上にほぼ均一な厚さに形成さ
   れた、上記平坦な底面上及び頂上面上に形成された領域
   の禁制帯幅が上記平坦な底面上及び頂上面上以外の部分
   上に形成された領域の禁制帯幅より大きい活性層と、 該活性層上に配置された第２導電形クラッド層とを備え
   たことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の分
   布帰還型半導体レーザにおいて、 上記活性層は、上記平坦な面上では秩序化もしくは微小
   な程度に無秩序化するよう、上記平坦な面上以外の部分
   上では上記平坦な面上よりも大きな程度で無秩序化する
   よう結晶成長されたものであることを特徴とする分布帰
   還型半導体レーザ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の分
   布帰還型半導体レーザ装置において、 上記活性層の材料はＧａＩｎＰであることを特徴とする
   分布帰還型半導体レーザ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の分
   布帰還型半導体レーザ装置において、 上記平坦な面は（１００）面であり、上記平坦な面以外
   の面は（１００）面に対して傾いた面であることを特徴
   とする分布帰還型半導体レーザ。