JPS614290A - 分布帰還型半導体レ−ザ - Google Patents
分布帰還型半導体レ−ザInfo
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- JPS614290A JPS614290A JP59124672A JP12467284A JPS614290A JP S614290 A JPS614290 A JP S614290A JP 59124672 A JP59124672 A JP 59124672A JP 12467284 A JP12467284 A JP 12467284A JP S614290 A JPS614290 A JP S614290A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/12—Construction 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
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- H01S5/124—Construction 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 incorporating phase shifts
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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。
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、単一波長で発振する分布帰還型半導体レーザ
に関する。
に関する。
（従来技術とその問題点）
光半導体素子及び光フアイバ通信の実用化が開始されて
いる。しかし、光フアイバ通信の特性を充分に利用する
ためには、単一波長で安定に発振する半導体レーザが必
要である。単一波長で安定に発振出来ない半導体レーザ
を光フアイバ通信に用いると、光ファイバの材料分散に
よシ伝送可能な帯域が狭くなった夛、波長が換わる時大
きな雑音を発生し、伝送系の信号対雑音比が劣化し、伝
送品質の低下を招いたシする。このような理由から、単
一波長で安定に発振する半導体レーザの実現金目的とし
て、分布帰還型半導体レーザが研究されている。分布帰
還型半導体レーザは、通常の半導体レーザが共振器とし
て結晶のへき開面を用いるのに対し、活性層の近傍もし
くは活性層に設けられた凹凸によるブラッグ反射器を用
いている〇このため１通常の半導体レーザは多波長で発
振しやすいが、分布帰還型半導体レーザはブラッグ反射
器によって選択された波長だけで発振することが出来る
口 このような凹凸が周期的に形成され゛たブラッグ反射器
を持つ分布帰還型半導体レーザは、エレクトロニクス・
レターズ（１９８３年、１９巻、１０号、Ｐ３６２−３
６３）に記載されているごとく。
いる。しかし、光フアイバ通信の特性を充分に利用する
ためには、単一波長で安定に発振する半導体レーザが必
要である。単一波長で安定に発振出来ない半導体レーザ
を光フアイバ通信に用いると、光ファイバの材料分散に
よシ伝送可能な帯域が狭くなった夛、波長が換わる時大
きな雑音を発生し、伝送系の信号対雑音比が劣化し、伝
送品質の低下を招いたシする。このような理由から、単
一波長で安定に発振する半導体レーザの実現金目的とし
て、分布帰還型半導体レーザが研究されている。分布帰
還型半導体レーザは、通常の半導体レーザが共振器とし
て結晶のへき開面を用いるのに対し、活性層の近傍もし
くは活性層に設けられた凹凸によるブラッグ反射器を用
いている〇このため１通常の半導体レーザは多波長で発
振しやすいが、分布帰還型半導体レーザはブラッグ反射
器によって選択された波長だけで発振することが出来る
口 このような凹凸が周期的に形成され゛たブラッグ反射器
を持つ分布帰還型半導体レーザは、エレクトロニクス・
レターズ（１９８３年、１９巻、１０号、Ｐ３６２−３
６３）に記載されているごとく。
分布帰還モードで発振はするが、最も低いしきい値で発
振する分布帰還モードが２つ（ＴＩ、とＴＢ□１）ある
ため、この２つのモードが同時発振したり、又はたとえ
単一モードで発振しても温度や動作電流を変化させると
モードが移ってしまうという問題、すなわち単一波長で
安定に発振しないという問題があった０との問題全解決
する手段としては、周期的な凹凸の中央付近に１７４周
期の位相シフトＴＥ＋１モードの波長が一致し、単一波
長で安定に発振することがアイ・イー・イー・イー・ジ
ャーナル・オプ・カンタム・エレクトロニクス（１９７
５年、ＱＢ−１１巻、４号、１５４頁〜１６１頁）に記
載されている。しかし、これを実現するためには、周期
的な凹凸の位相をレーザの中央付近で変−イ、。ヶ、、
わ、イヶ、オ、 Ｖ−ｆ。エエヶヨいえフォトリソグラ
フィー法では形成出来ない。この方法では、等間隔にし
か凹凸を形成出来ない。電子ンーム露光で上記位相シフ
トを与える方法が考えられるが、電１子ビームでは２０
００Ｘ程度の精度が限界で、１周期（約２０００１）の
１／４（約５００Ｘ）の精度で周期的な凹凸を形成する
ことは困難である。従って従来の分布帰還型半導体レー
ザは単一波長で安定に発振しないという問題があったＯ （発明の目的） 本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、単一
波長で安定に発振する分布帰還型半導体レーザを提供す
ることにある。
振する分布帰還モードが２つ（ＴＩ、とＴＢ□１）ある
ため、この２つのモードが同時発振したり、又はたとえ
単一モードで発振しても温度や動作電流を変化させると
モードが移ってしまうという問題、すなわち単一波長で
安定に発振しないという問題があった０との問題全解決
する手段としては、周期的な凹凸の中央付近に１７４周
期の位相シフトＴＥ＋１モードの波長が一致し、単一波
長で安定に発振することがアイ・イー・イー・イー・ジ
ャーナル・オプ・カンタム・エレクトロニクス（１９７
５年、ＱＢ−１１巻、４号、１５４頁〜１６１頁）に記
載されている。しかし、これを実現するためには、周期
的な凹凸の位相をレーザの中央付近で変−イ、。ヶ、、
わ、イヶ、オ、 Ｖ−ｆ。エエヶヨいえフォトリソグラ
フィー法では形成出来ない。この方法では、等間隔にし
か凹凸を形成出来ない。電子ンーム露光で上記位相シフ
トを与える方法が考えられるが、電１子ビームでは２０
００Ｘ程度の精度が限界で、１周期（約２０００１）の
１／４（約５００Ｘ）の精度で周期的な凹凸を形成する
ことは困難である。従って従来の分布帰還型半導体レー
ザは単一波長で安定に発振しないという問題があったＯ （発明の目的） 本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、単一
波長で安定に発振する分布帰還型半導体レーザを提供す
ることにある。
（発明の構成）
本発明は２つのクラッド層の間にクラッド層よりも屈折
率の低い導波路層を少なくとも有し、かつ前記導波路層
の主面の少なくとも１つの面に周期的な凹凸形状が形成
された分布帰還型半導体レーザにおいて、前記分布帰還
型半導体レーザの両端面のうちの１つの面が、前記周期
的′な凹凸の凸部の頂点もしくは凹部の最低点から凹凸
周期の１／６から１／１０の位置に形成されたことに特
徴がある。
率の低い導波路層を少なくとも有し、かつ前記導波路層
の主面の少なくとも１つの面に周期的な凹凸形状が形成
された分布帰還型半導体レーザにおいて、前記分布帰還
型半導体レーザの両端面のうちの１つの面が、前記周期
的′な凹凸の凸部の頂点もしくは凹部の最低点から凹凸
周期の１／６から１／１０の位置に形成されたことに特
徴がある。
（構成の詳細カ説明）
本発明は、上述の構成管とることにょル従来技術の問題
点を解決した◎まず本発明による分布帰還型半導体レー
ザの両端面のうちの１つの面が、前記周期的な凹凸の凸
部の頂点もしくは凹部の最低点から凹凸周期の＃′！ｔ
’ｌ’ｌ／８の位置に形成、されているため、この端面
で反射するモードは１７４周期の位相シフトを受ける。
点を解決した◎まず本発明による分布帰還型半導体レー
ザの両端面のうちの１つの面が、前記周期的な凹凸の凸
部の頂点もしくは凹部の最低点から凹凸周期の＃′！ｔ
’ｌ’ｌ／８の位置に形成、されているため、この端面
で反射するモードは１７４周期の位相シフトを受ける。
そのためＴＥ −１ニードとＴＦｔ＋１モードとの波長
が一致し、単一波長で発振しやすくなる０又、前記端面
に反射膜が形成京れていると上記の効果はよシ顕著にな
シ、安定に単一波長で発振する。前記端面の位置が、周
期的な凹凸の凹部頂点もしくは凹部の最低点から凹凸周
期の１７６から１／１０の範囲であればたとえ正確に１
／８でなくとも、Ｔｌ−１モードとＴＥ＋１モードの発
振波長の差はわずかであシ、モードの引き込み現象で充
分安定に単一波長で発振する。
が一致し、単一波長で発振しやすくなる０又、前記端面
に反射膜が形成京れていると上記の効果はよシ顕著にな
シ、安定に単一波長で発振する。前記端面の位置が、周
期的な凹凸の凹部頂点もしくは凹部の最低点から凹凸周
期の１７６から１／１０の範囲であればたとえ正確に１
／８でなくとも、Ｔｌ−１モードとＴＥ＋１モードの発
振波長の差はわずかであシ、モードの引き込み現象で充
分安定に単一波長で発振する。
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する０図は本発明の一実施例を示す断面図で、導波路層
１３とｎ型クラッド層として機能する基板１１の界面１
２が周期的な凹凸形状を有している。また、導波路層１
３の上には注入され表キャリヤが再結合発光する活性層
１４を有し、その上にｐ型クラッド層１５がある。この
ような構造は、通常の分布帰還型半導体レーザにおいて
従来から用いられている０従来の分布帰還型半導体レー
ザでは、端面の位置は周期的な凹凸に対し無関係であっ
たが、本実施例では左の端面の位置が、周期的な凹凸の
凸部の頂点１７からＡｌ８（ここでＡは凹凸の周期の長
さで、本実施例では２４００Ｘとしたので、Ａｌ１はは
は３００Ｘとなる）の位置に制御されて形成されている
０さらにこの端面における反射率を高めるために反射膜
１６が形成されているコこのような端面な持つ分布帰還
−型半導体レーザは、左端部においてＡｌ１の位相シ
フトを受け、ここでの反射率が反射膜１６によりて高め
られているため、中心部でＡｌ１の位相シフトを有する
分布帰還型半導体レーザと同じ導波モードとなる。よっ
てＴＥ−、モードとＴＢ＋１モードは同じ周波数となシ
、単一波長で安定に発振することが出来る。本実施例に
おいて、基板１１にはｎ型ＩｎＰが用いられ、導波路層
１３にはエネルギーギャップが０．９５ｅＶのＩｎＧａ
ＡｓＰ Ｊ＠が、活性層１４にはエネルギーギャップが
０．８ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ層が、ｐ型クラッド層１５
にはｐ型ＩｎＰがそれぞれ用いられた。４！１層の層厚
は、導波路層１３で０．１５μｍ、活性層１４で０．１
２ｐｍｓ ｐ型クラッド層で１２μｍとした０又周期的
な凹凸形状１２け、ｎ型ＩｎＰで出来た基板１１上に、
通常行なわれるレーザの干渉縞を利用したフォトリソグ
ラフィー法で得た。フォトレジストにはＡＺ−１３５０
，レーザにヘリウム・カドミウムレーザ管用いた。そし
て前述したように、干渉縞の間隔を２４００Ｘに選んだ
。
する０図は本発明の一実施例を示す断面図で、導波路層
１３とｎ型クラッド層として機能する基板１１の界面１
２が周期的な凹凸形状を有している。また、導波路層１
３の上には注入され表キャリヤが再結合発光する活性層
１４を有し、その上にｐ型クラッド層１５がある。この
ような構造は、通常の分布帰還型半導体レーザにおいて
従来から用いられている０従来の分布帰還型半導体レー
ザでは、端面の位置は周期的な凹凸に対し無関係であっ
たが、本実施例では左の端面の位置が、周期的な凹凸の
凸部の頂点１７からＡｌ８（ここでＡは凹凸の周期の長
さで、本実施例では２４００Ｘとしたので、Ａｌ１はは
は３００Ｘとなる）の位置に制御されて形成されている
０さらにこの端面における反射率を高めるために反射膜
１６が形成されているコこのような端面な持つ分布帰還
−型半導体レーザは、左端部においてＡｌ１の位相シ
フトを受け、ここでの反射率が反射膜１６によりて高め
られているため、中心部でＡｌ１の位相シフトを有する
分布帰還型半導体レーザと同じ導波モードとなる。よっ
てＴＥ−、モードとＴＢ＋１モードは同じ周波数となシ
、単一波長で安定に発振することが出来る。本実施例に
おいて、基板１１にはｎ型ＩｎＰが用いられ、導波路層
１３にはエネルギーギャップが０．９５ｅＶのＩｎＧａ
ＡｓＰ Ｊ＠が、活性層１４にはエネルギーギャップが
０．８ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ層が、ｐ型クラッド層１５
にはｐ型ＩｎＰがそれぞれ用いられた。４！１層の層厚
は、導波路層１３で０．１５μｍ、活性層１４で０．１
２ｐｍｓ ｐ型クラッド層で１２μｍとした０又周期的
な凹凸形状１２け、ｎ型ＩｎＰで出来た基板１１上に、
通常行なわれるレーザの干渉縞を利用したフォトリソグ
ラフィー法で得た。フォトレジストにはＡＺ−１３５０
，レーザにヘリウム・カドミウムレーザ管用いた。そし
て前述したように、干渉縞の間隔を２４００Ｘに選んだ
。
−じ間２１・５引゛５“″１発振すＬｖ−ｆｐ長の１次
回折間隔に対応している０左の端面の位置を、周期的な
凹凸の凸部の頂点１７からＡｌ１の位置に形成するのに
は、イオンミリング法を用いた０分布帰還レーザを発振
闇値電流よシやや低い状態で通電状態にしておくと、各
分布帰還モードが同時に発振することが観測される口そ
の時、ＴＥ、モードとＴＢ−１モードの波長間隔を測定
しながらイオンミリング法で端面を削って行ったり任意
の位置にへき関された端面の位置から、ＴＥ１モードと
ＴＥ−□モードが重なる迄、イオンミリ〉′グを行なっ
た。この状態全電子顕微鏡で観察すると、丁度凸部の頂
点１７もしくは凹部の最低点１８からＡｌ１の位置にな
りていることが確かめられた。このようにして形成され
た端面の上に、誘電体反射膜１６ｆｔ通ｎ行なわれてい
る蒸着法で形成した。
回折間隔に対応している０左の端面の位置を、周期的な
凹凸の凸部の頂点１７からＡｌ１の位置に形成するのに
は、イオンミリング法を用いた０分布帰還レーザを発振
闇値電流よシやや低い状態で通電状態にしておくと、各
分布帰還モードが同時に発振することが観測される口そ
の時、ＴＥ、モードとＴＢ−１モードの波長間隔を測定
しながらイオンミリング法で端面を削って行ったり任意
の位置にへき関された端面の位置から、ＴＥ１モードと
ＴＥ−□モードが重なる迄、イオンミリ〉′グを行なっ
た。この状態全電子顕微鏡で観察すると、丁度凸部の頂
点１７もしくは凹部の最低点１８からＡｌ１の位置にな
りていることが確かめられた。このようにして形成され
た端面の上に、誘電体反射膜１６ｆｔ通ｎ行なわれてい
る蒸着法で形成した。
上記−μ絶倒では、分布帰還型モードを観測しながらイ
オンミリングを行なったが、本発明は仁の方法に限定さ
れないの社明らかである。へき開位置をあらかじめ観測
しておき、後でイオンミリングを適切な時間だけ行なっ
ても良い。
オンミリングを行なったが、本発明は仁の方法に限定さ
れないの社明らかである。へき開位置をあらかじめ観測
しておき、後でイオンミリングを適切な時間だけ行なっ
ても良い。
上記実施例では、誘電体反射膜を用いたが、金属膜を用
いても良い。又１反射膜を形成しなくても単一波長で発
振しやすくなる効果は得られる。
いても良い。又１反射膜を形成しなくても単一波長で発
振しやすくなる効果は得られる。
上記実施例では、１５５μｍの波長で発振する分布帰還
型半導体レーザについて述べられたが、この波長には特
に制限を受けず、１．３μｍや１２μｍで発振するＩｎ
ＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ系でも良く、又０．８ミクロン
帯で発振するＡＩ！ＧａＡｓ／（）ａＡ、ｓ系でも良い
。
型半導体レーザについて述べられたが、この波長には特
に制限を受けず、１．３μｍや１２μｍで発振するＩｎ
ＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ系でも良く、又０．８ミクロン
帯で発振するＡＩ！ＧａＡｓ／（）ａＡ、ｓ系でも良い
。
上記実施例では、導波路層１３が活性層１４の下にあっ
たが、上にあっても良く、又両１１１！ｌにあっても良
い。
たが、上にあっても良く、又両１１１！ｌにあっても良
い。
（発明の効果）
本発明による分布帰還型半導体レーザは、反射率の高い
端面が周期的な凹凸の凸部の頂点もしくは凹部の最低点
からＡ／６〜Ａ／１０の所に形成されているため、 Ｔ
Ｂ−□モードとＴＥ＋１モードが同一波長となり、単一
波長で安定に発振するレーザな得ることが出来た。
端面が周期的な凹凸の凸部の頂点もしくは凹部の最低点
からＡ／６〜Ａ／１０の所に形成されているため、 Ｔ
Ｂ−□モードとＴＥ＋１モードが同一波長となり、単一
波長で安定に発振するレーザな得ることが出来た。
図は本発明の一実施例を説明する図である。図において
、 １１・・・ＩｎＰ基板、１２・・・周期的凹凸界面、１
３− ＩｎＧａＡｓＰ導波路層、１ ’４ ・” Ｉｎ
ＧａＡｓＰ活性層、１５・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層、
１６・・・反射膜、１７・・・凸部の頂点、１８・・・
凹部の最低点をそれぞれ示すＯ 文理人弁理士 内原 晋
、 １１・・・ＩｎＰ基板、１２・・・周期的凹凸界面、１
３− ＩｎＧａＡｓＰ導波路層、１ ’４ ・” Ｉｎ
ＧａＡｓＰ活性層、１５・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層、
１６・・・反射膜、１７・・・凸部の頂点、１８・・・
凹部の最低点をそれぞれ示すＯ 文理人弁理士 内原 晋
Claims (1)
- （１）２つのクラッドの間に前記クラッド層よりも屈折
率の低い導波路層を少なくとも有し、かつ前記導波路層
の主面に周期的な凹凸形状が形成された分布帰還型半導
体レーザにおいて、前記分布帰還型半導体レーザの両端
面のうちの１つの面が、前記周期的な凹凸の凸部の頂点
もしくは凹部の最低点から凹凸周期の１／６から１／１
０の位置に形成されたことを特徴とする分布帰還型半導
体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59124672A JPS614290A (ja) | 1984-06-18 | 1984-06-18 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59124672A JPS614290A (ja) | 1984-06-18 | 1984-06-18 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS614290A true JPS614290A (ja) | 1986-01-10 |
Family
ID=14891201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59124672A Pending JPS614290A (ja) | 1984-06-18 | 1984-06-18 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS614290A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0252479A (ja) * | 1988-08-16 | 1990-02-22 | Mitsubishi Kasei Corp | エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 |
| US4952019A (en) * | 1988-10-27 | 1990-08-28 | General Electric Company | Grating-coupled surface-emitting superluminescent device |
-
1984
- 1984-06-18 JP JP59124672A patent/JPS614290A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0252479A (ja) * | 1988-08-16 | 1990-02-22 | Mitsubishi Kasei Corp | エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 |
| US4952019A (en) * | 1988-10-27 | 1990-08-28 | General Electric Company | Grating-coupled surface-emitting superluminescent device |
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