JPS59169191A - 単一軸モ−ド半導体レ−ザ - Google Patents

単一軸モ−ド半導体レ−ザ

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JPS59169191A
JPS59169191A JP4347783A JP4347783A JPS59169191A JP S59169191 A JPS59169191 A JP S59169191A JP 4347783 A JP4347783 A JP 4347783A JP 4347783 A JP4347783 A JP 4347783A JP S59169191 A JPS59169191 A JP S59169191A
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JP
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region
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active layer
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JP4347783A
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Ikuo Mito
郁夫 水戸
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NEC Corp
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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
    • H01S5/125Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
    • H01S5/2277Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバ通信システム用光源に適した卑−軸
モード牛導体ンーザに1′)1する。
光ファイバの伝送損失が波長1,3μm及び1.5μ?
n帝で0.3〜θ、5dB/km 以下と超低損失化さ
れたことにより、中継間隔が1100k以上という超長
距龍の云送実験が各所で行われ始めている。この様な超
長距光ファイバ通覧信システムは中継間隔な長くするこ
とが有利な海底通信システム等への適用が期待される。
超長距錐伝迭r(おいては九ファイバの伝送損失のほか
に、波長分散も間ねとなってくる。光フアイバ通信用光
源として開発されて米だファプリー・ベロー(F’ab
ry−Perot )共据器形半導体レーザは通常複鮒
本の発振軸モードを有するため、中継器間隔あるいは伝
送容量は伝送損失よりもむしろ波長分散による制限を受
けるようになってくる。従って長距離かつ高速の光フア
イバ伝送通信システムを実現するには単一軸モード発振
が可能な半導体レーザが要求される。この様な半導体レ
ーザとしてはファブリ・ベロー共蛋器によらず内部に周
期構造を有する回折格子を作り付げた分布反射形半導体
レーザあるいは分布帰還形半導体レーザがある。筆者は
第1図に示す、構造の分布反射形半導体レーザを%M昭
57−178824で発明した。この分布反射形半導体
レーザの特徴はエピタキシャル成長の結晶方位依存性を
有効に利用して、回折格子20が形成された光力イト層
5と活性piI3とが突き合せの形で結合される形状を
しており、活性層3と光ガイド層5との間の伝搬光の縮
合効率が90%程度と高いこと、また埋め込みへテロ構
造が採用されていることにより、発揚閾値が室温で20
〜30mAと低い、微分部子効率が30〜50ヂと高い
等の高性能が得られる。しかしながらこの分布反射半導
体レーザの作製工程が、埋め込みへテ巨惜造を採用する
と全部で3回の長−・エピタキシャル成長層fl!を必
砂とすることが、生産性の面で欠点となっていた。
本発明は、上記分布反射形半導体レーザのh+ Lを改
俸することにより、エピタキシャル成長工程数を少なく
して作製可能なノドー転モード牛尋体レーザな提供する
ものである。
本発明の単一軸モード半導体レーザは、上面に凹凸の周
期構造を有する回折格子が池底されたテラスVこの領域
を有する半導体基板に第1導電形の光ガイド層、第14
bhのバッファ層、活性も、第2導電形のクラッド層の
少なくとも4層が形成され、前記光ガイド忠、バッファ
層および活性層は前記テラス状領域の上方と他の領域と
で分離して形成され、かつ前記テラス状の領域上方の前
記光ガイド層の片端面と前記テラス状の領域上方以外の
前記活性層の片端面とが突き合わされて接続されている
ことを特徴としている。
本発明のもう1つの単一軸モード半導体レーザは、上記
構造に加えて、2本の溝に挟まれ、光ガイド層、バッフ
ァ層、活性層を少なくとも備えたストライプ状の活性領
域と、この活性領域を取り囲むようにして形成された埋
め込み層とを備えた構成となっている。
次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第2図は本発明の第1の実施例の製造工程を示す図であ
る。まず第2図(a)に示す様K(001)面方位n形
InP基板1の上に周期約2200X、深さ約0.1μ
mの回折格子20をHe −Cdレーザを用いた干渉露
光法とフォトリングラフィの手法により、ピッチ方向が
<110>方向となるように形成する。
次にこれと垂直なくTIO>方向と平行に(3HC1+
グHa PO4)溶液を用いてエツチングを行い第2図
(blに示す形状にする。段差部1oを境として約12
μmの深さでエツチングされた面11は、回折格子20
の深さが微/J’lであるため、その痕跡が全く見られ
ず完全な鏡面となる。次にエピタキシャル成長を行う。
tS長はカーボンスライドボートを用いた通常の液相エ
ピタキシャル成長方法に依る。
第3図(c)に成長後の多層構造を示す。まずn形In
GaAgP光ガイド層5(キャリア濃度5×10″′α
 、厚さ05μm、発光波長にして13μm組成)およ
びn形InPバッファ層2(キャリア濃度s x 16
’−−1、厚さ1μ、n)、ノンドープInGaAsP
活性W13(厚さ01μm、発振波長にして1.55μ
m組成)を、段差部10の両側で途切れてfXMする形
状で成長する。この様な成長形状が得られる理由は特願
昭57−178824 にもその原理を示しであるが、
成長溶液の過飽和度が数度と低い場合には、<O’l’
l>方向に平行な段差部10の上への積層速度が(00
1)面上への積層速度に対し極めて遅いためである。し
かしながら、成長溶液の過飽和度が10度以上と大きい
場合には成長層は表面をはぼ均一に覆いつくして成長さ
れる。P形InPクラッド層4(キャリア濃度lXl0
”備−1、厚さ2μm)およびP形InGaAsPキャ
ップ層6(キャリア濃度、5X10”w−”、厚さ0.
7Bm、発光波長にして1.2μm組成)をこの様な大
きな過飽和度の溶液から、全面を覆って成長させる。こ
こで、光ガイド層5、バッファ層3および活性層3は、
段差部1゜の両側で位置する高さが異なる。エツチング
された面11を基準として考えると、回折格子2oの上
に積層された光ガイド層5は12μmから17μmの高
さに位置する。これに対しエツチングされた面11の上
方の活性層3は1,5μmから16μmの高さに位置す
る。従って、両者は突き合わせの形で接続されることに
なる。エピタキシャル成長の成長膜厚のばらつきが各層
で10%程度はらついても、光ガイドIa5の膜厚が0
.5μmと厚いため、活性層3と光ガイド層5との端面
の位置が完全にずれてしまうことはなく、両者の接続の
再現性は良好であった。
以上で半導体ウェハの作製を終え、その後電極を形成し
、<110)に平行に弁開し、共振器面を形成しチップ
とし、第3図に示す構造の単一軸モード半導体レーザを
得る。840.の絶縁膜30の一部を除去し片側電極3
2としてTi/Pt/Auを蒸着し、ストライブ状の電
流注入領域31を形成してL−る。n側電極33にはA
 u /G e /N iを用いて六・る。回折格子2
0の上の光ガイド層5は、注入電流により活性層3で発
光した光のうち、光ガイド層5に入射した光を回折格子
20の周期によ7゛ って決定されるダラッグ(Bragg)波長1.55μ
mで回折し反射させて活性層3に戻すため分布反射領域
となり、片側の弁開によって形成されたミラー面ととも
に活性層3に対するレーザー共振器を形成する。回折格
子20上の光ガイド層5の長さを500μm以上とすれ
ば、レーザ発振光に対し、この領域では30%以上の亮
い反射率が得られる。
また活性層3と光ガイド層5とは突き合せの形で接続さ
れており、両者間での光の結合効率は90チ以上で接続
部での光の損失は小さい。従って、活性層3の長さを2
00am程度とした時発振閾値は室温で200mA程度
、微分量子効率は片側20チ程度と良好であった。発振
波長は155μmで単一軸モードであった。
以上の様に第3図に示す本発明の第1の実施例の単一軸
モード半導体レーザは、−回のエピタキシャル成長工程
で形成できるため、生産性に優れる利点を有することが
わかる。
第1の実施例の単一軸モード半導体レーザは、埋め込み
形構造を採用することにより特性を更に改善できる。第
4図(a)〜(elは、本発明の第2の実施例の埋め込
み形の単一軸モード半導体レーザの製造工程を示す図で
ある。まず第1の実施例の場合と同様の製造工程により
、第4図(a)に示す多層膜基板を作製する。これは第
2図(C)に示した基板とほぼ同様の構造をしており異
なる点はキャップ層6がないことと、7形InP  ク
ラッド層4の膜厚が約1μmと薄くなっていることであ
る。この基板に、第4図(blに示す様に幅約7μm、
深さ約3μmの平行な2本のi!l#13と14を形成
し、この2本の溝が挟む形状で幅約2μmの活性層3を
含むメサストライプ12を形成する−0この状態の基板
の上に埋め込み成長を行う。埋め込み成長後の状態を第
5図(c)に示す。矛形InP電流ブロック層7(キャ
リア濃度lXl0”crn−”、平坦部での厚さ0.5
μm)、n形InP電流晶じ込め層8(キャリア”成長
させメサストライプ12の上には成長させな℃・。/形
InNめ込み層9(キャリア濃度1y1d”(m”、平
坦部での厚さ1.5μm)および/形I nGaAsP
キャップ)N6C’rヤリア濃度5X10”crnl、
平坦部での膜厚0.7μm)は全体を覆って積層させる
以上で半導体ウェハの作製を終え、Ntfaを形成し第
6図に示す構造のチップとする。回折格子20の上方の
活性層3には電流を注入する必要がな(・ので、S +
 Ox絶縁膜30を設け、電流注入領域を制限している
。2匝電極32とn側電極33は第3図に示す第1の実
施例の場合と同じ材料を用〜・ている。共振器長は第1
の実施例とほぼ同じ長さに設定しである。7側電極32
を正、n側電極33を負とするバイアス電圧を印加する
と、メサストライプ12内の活性層3では戸n接合の順
方向電流が流れ発光再結合が生じるが、メサストライプ
12の外側の領域はi n7 n接合となっているため
電流が流れI工い。従って注入電流は効率良く、メサス
トライプ12内の活性層3に集中する。またこの活性層
3に接続する下面に回折格子を有する光ガイド層5もメ
サストライプ12内にあるため矩形の導波路となる。従
りて光のrrlじ込めが良好であるため、活性層3から
光ガイド層5に入射した光のほとんどが回折格子2′0
によって分布反射されて活性層3′へ戻されろ。従って
電流の活性層3への集中効果、および光の光ガイドF4
5および活性層3への閉じ込め効果の寄与により第1の
実施例に比べ発振特性は大幅に改善される。発振閾値は
20mA程度、微分量子効率が高く両側で約50襲の値
が得られた。注入電流−光出力の直線性も良好で、室温
で20rr+W以上の光出力が得られた。
発振波長は第1の実施例の場合と同様、波長155μm
nで単一軸モードであった。
以上の様に本発明の第2の実施例の単一軸モード半導体
レーザば、第1図に示す従来例の構造とほぼ同様の機能
を備え、また発振粘性もほぼ同様の結果が得られるが工
2ビタキシャル成長工程が従来の3回に対し、2回で済
むという利点を有し、生産性に優って〜・ることかわか
る。
本発明は上記2つの実施例に限定されることはない。半
導体材料として、GaAs基板上のA1色駄またはIn
GaAsP等を用いることも可能である。
最後に本発明のt¥f徴をまとめると、従来に比ベエビ
タキシャル成長工程数を減少でき生産性を高めることが
できることである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来形の単一軸モード半導体レーザの斜視図、
第2合の実施例の製造工程を示す断面図、第3図榊=綽
は第1の実施例の斜視図、第4図(al〜(e)は第2
の実施例の製造工程を示す斜視図、第5図は第2の実施
例を示す斜視図である。 図中、1はn形InP半導体基板、2はn形InPバッ
ファ層、3ばInGaAsP活性層、4はl形丁nPク
ラッド層、5はn形InGaAIIP光ガイド層、6は
7形InGaAsPキャップ層、7は7形InP電流ブ
ロック層、8はn形1nP電流閉じ込め層、9は?形I
nP埋め込み層、10はエツチングで形成される段差部
、11はエツチング面、12はメサストライプ、13お
よび14は平行な2本の溝、20は回折格子、30はS
tow絶縁膜、31は電流注入領域、32は戸側金属雷
椅、33はn側合M電椿を示す。 第 17 (C) 2θ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 上面に凹凸の周期構造を有する回折格子が形成され
    たテラス状の領鰺を有する半導体基板に、第1導ル′形
    の光がイド層、第1導電形のバッファ層、活性層、第2
    導電形のクラッド層の少なくとも4r92が形成され、
    前記光ガイド層、バッファ層および活性層は前記テラス
    状の領域の上方と他の領域とで分離して形成され、かつ
    前記テラス状の領域上方の前記光ガイド層の片端面と前
    記テラス状の領域上方以外の前記活性層の片端面とが突
    き合わされて接続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。 2、上面に凹凸の周期構造を有する回折格子が形成され
    たテラス状の領域を有する牛纒体基板上に、第1導電形
    の光ガイド層、第1導電形のバッファ層、活性層二鎖2
    導電形のクラッド層の少なくとも4層を備え、前記4に
    のうち光ガイド層とバッファ層と活性層とは前記テラス
    状の領域の上方に形成された部分と他の領域上に形成さ
    れた部分とが分離し、がっ、テラス状の領域の上方のう
    Yニガイド層の片端面とテラス状の領域上方以外の領域
    の活性層の片端面とが接している構造を有し、さら((
    ,2本の鉢で挾まれ、前記光ガイド層、バッファ層、活
    性層を少くとも具備した7、ドライブ状の活性領域と、
    この活性領域な堆りI!11む埋め込み層とを備えてい
    ることを特徴とする単一軸モード伴々r体レーザ。
JP4347783A 1982-10-12 1983-03-16 単一軸モ−ド半導体レ−ザ Pending JPS59169191A (ja)

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