JPS63136587A - 分布帰還型レ−ザ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分布帰還型レーザ、特に２次グレーティングを
有する分布帰還型半導体レーザに関わる。

〔発明の概要〕

本発明は２次グレーティングを有する分布帰還型レーザ
において、そのグレーティングを、高さ方向に屈折率の
異なる複数の層の積層によって構成して２次グレーティ
ングにおける実質的カップリングを効果的に強め、がっ
その再現性を高めることができるようにする。

〔従来の技術〕

従来、分布帰還型レーザ例えばりソジ（Ｒ４ｄｇｅ　）
型分布帰還型レーザは、第６図にその路線的断面図を示
すように１の導電型の基板（１１例えばｐ型のＧａＡｓ
基板上に、これと同導電型の例えばＡＩＸ　Ｇａ１−ｘ
よりなる第１のクラッド層（２）と、例えばＡｌＧａよ
りなる活性層（３）と、他の導電型の例えばＡｌｙ　Ｇ
ａ１−ｙ　Ａｓよりなるガイド層（４）と、これの上に
ＡＩＸ　Ｇａ１−ｘ　Ａｓ（ｙ＜ｘ）よりなる同様に他
の導電型の第２のクラッド層（６）と、これと同導電型
の例えばＡｌＧａよりなるキャップ層（７）とが順次積
層されてなる。そして、ガイド層（４）と第２のクラッ
ド層（６）との間に２次グレーティングすなわち２次回
折格子（５）が形成されキャップ層（７）から第２のク
ラッド層（６）に至る深さをもってストライプ状にリッ
ジ（１０）を残して、その両面が例えばエツチングによ
って除去される段部（１１）が形成され、ここに絶縁膜
（１２）が被着されてなる。（１３）及び（１４）は、
それぞれ基板（１）の裏面及びキャップ、９（７１上に
被着された対向電極を示す。

ごのような構成において、そのグレーティング（５）は
活性層（３）に形成すべきストライプ状の共振器の延長
方向すなわちキャンプ層（７）及び第２のクラフト層（
６）に形成したりソジの長手方向に直交する方向に稜線
方向を有するように例えば第７図にその要部の拡大断面
図を示す波形のうね（畝）の配列によって形成されてい
る。

上述した分布帰還型レーザは、そのグレーティングの存
在によってその特定の波長すなわち縦モードを選択する
ことができるが、この分布帰還型レーザにおけるグレー
ティング（５）はそのカンブリング係数が大であること
、つまり反射率が高くカンブリングが強いことが要求さ
れる。

２次グレーティング（５）は第７図に示すように、屈折
率ｎ１を有するガイド層（４）の表面に設けた断面三角
波状の凹凸を埋め込むように、屈折率ｎ１より小なる屈
折率ｎ２を有する第２のクランド層（６）がエピタキシ
ャル成長されて、これら各屈折率の相違するガイド層（
４）及び第２のクラッド層間の界面によって形成される
。

この構成についてカップリングについてみる。

今、２次グレーティング（５）の隣り合う波形部におい
て屈折率ｎ２から屈折率ｎ１に向うように光線ａ及びｂ
が同一高さ位置ｐ１及びｐ２に入射してこのｎ２−ｎ１
界面でこれら光線が反射される場合についてみるとこれ
ら点ｐ１及びｐ２においては逆方向の回折が生じること
になる。一方、これら点ｐ工及びｐ２の丁度中間の点ｐ
３の入射する光Ｃについてみると、ここにおける回折は
屈折率ｎ２→ｎよへの屈折率変化で生じるために点ｐ１
及びｐ２における回折に対して位相が１８０°ずれてい
ることから点ｐ１及びｐにおける反射を弱める作用をな
し、カップリングを弱めてしまう方向となる。つまり、
例えば第７図の各グレーティングについてその高さ方向
に４等分した領域Ｉ〜■を想定するとき領域■に係わる
屈折率ｎ２−１’ｌ　１界面に向う光と屈折率ｎ１−ｎ
２界面の領域■に向う光に関して両者のカップリングが
相殺されることになり、同様にして領域■と領域Ｈにお
いて互いにカップリングが損なわれることになる。

さらに、上述したグレーティング（５）の形成は、ガイ
ド層（４）の表面に波型形状例えば断面三角形状の凹凸
を形成し、その後これの上に第２のクラッド層（６）を
エピタキシャルするものであるが、このエピタキシャル
時の加熱によって最終的に得られるグレーティング（５
）は実際上第８図中破線に示すようにガイド層（４）の
断面三角形状の凹凸がその三角形の頂部Ａがくずれて部
分Ｂへと移行し、さら”にその下のＣ部分が底部りを埋
めるように移行し、その波形になまりを生じさせる。こ
のようなグレーティング（５）の波形のなまりを回避す
るには、第２のクラッド層（６）のエピタキシャルに際
しての基体温度を低温で行うなどの方法をとることにな
るが、この場合には成長されたエピタキシャル層の結晶
性を低下させるなどの問題が生じる。

したがって、上述したような２次グレーティング（５）
は、最終的には第８図で破線で示すように頂部及び底部
が滑らかに湾曲した波形の断面形状として形成されがち
となる。

このような形状のなまりは、半導体材料の表面張力及び
格子整合のつり合い等によって形成されるものであるが
、このような現象が生じる場合、グレーティングの実効
高さが低くなることによって形状の一次フーリエ成分も
消えるため、力、７プリングはより弱まることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述した特に２次グレーティングによる分布帰
還型レーザにおけるグレーティングのカンブリングの減
少の関門を効果的に改善しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、２次グレーティングを有する分布帰還型レー
ザにおいて、そのグレーティングの高さ方向に関して屈
折率の異なる複数の層を積層して構成する。

〔作用〕

本発明は、グレーティングを構成する半導体層の屈折率
をその高さ方向に関して異ならしめて第７図で説明した
例えばｐ４とｐ３におけるグレーティングを形成する界
面の屈折率差を異ならしめたことによって反射率の相違
が生し、これによって例えば位相が逆相の関係にある回
折光の反射強度が変化することによって前述した逆相反
射光の相殺が免れてカンプリング係数の増大化すなわち
カンプリングを強めることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明による分布帰還型レーザの一例の路線的
断面図で、第２図はそのＡ−Ａ線の断面図を示す。この
例においては、第１導電型を有する半導体基、１（２１
）例えばｐ型のＧａＡｓ基板を用意し、これの上にこれ
と同導電型の第１のクラッド層（２２）例えばｐ型のＡ
ＩＸ　Ｇａ□−Ｘ　Ａｓ半導体層よりなる第１のクラッ
ド層（２２）と、例えばＧａＡｓよりなる活性層（２３
）と、第２の導電型、例えばｎ型のＡｌｙ　Ｇａ１−ｙ
　Ａｓ系のガイド層（２４）とを順次１’ｌＯＣＶＤ（
Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいはＭＢＥ　　（
Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｎ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法に
よって順次第１のエピタキシャル成長工程によって連続
した一連の作業によって形成する。

その後、ガイド層（２４）の表面に例えば断面三角形状
の２次グレーティング（２５）を形成する凹凸をエツチ
ング等によって形成し、その後これの上に第２のＭＯＣ
ＶＤあるいはＭＢＥ法によって第２導電型の第２のクラ
ッド層例えばｎ型のＡＩＸ　Ｇａ１４　Ａｓよりなる半
導体層（２６）とこれと同導電型の例えばＧａＡｓより
なるキャップ層（２７）を第２のエツチング成長工程に
よって連続的に一連の作業としてエピタキシャル成長す
る。

ここに２次グレーティング（２５）は、第１図に示すよ
うに中央に、ストライブ状の共振器形成部に対応して限
定的に、そのストライブの延長方向に直交する方向に稜
線が生ずるような波型の形状となし得る。

そして、この中央ストライプ状のグレーティング（２５
）を有する部分を除いてその両側に例えばプロトン、ボ
ロン等のイオン打ち込みによる高抵抗の電流狭窄領域（
２８）を形成する。また、キャップ層（２７）上と基板
（２１）の裏面とにそれぞれ対向電極（２９）及び（３
０）をオーミックに被着する。

そして、特に本発明においては、この２次グレーティン
グ（２５）を構成する一方の半導体層例えばガイド層（
２４）の少なくとも初期の形状、すなわち第２のエピタ
キシャル成長を行う以前の形状を、第３図に示すように
、断面三角形状とすると共に、その高さｈに関して４等
分し下層から順次第１の領域（２４１）、第２の領域（
２４ＩＩ）、第３の領域（２４Ｉ［Ｉ）　、第４の領域
（２４ｒＶ）を順次エピタキシャル成長して後、断面三
角の波形のエツチングを行って各断面三角の凸部におい
て第１〜第４の領域（２４１）〜（２４ＴＶ）が積層さ
れた構造とする。そして、この場合第１の領域（２４Ｉ
）〜第４の領域（２４ＩＶ）をＡｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａ
ｓとし、第２のクラ・７ド層（６）を構成するＡＩＸ　
ｃａｌ−Ｘ　Ａｓに比しｙ＜ｘとするもののこの範囲に
おいて第１の領域（２４１）と第３の領域（２４１１（
）のｙ値を第２の領域＜２４１１）と第４の領域（２４
１Ｖ）のｙ値と異なる組成すなわち、第１及び第３の領
域の屈折率がｎＡ、第２及び第３の領域の屈折率が１日
でｒｌＡ≠ｎ９に選定する。例えば第１の領域（２４１
）及び第３の領域（２４１１１）におけるｙの値を０．
１とし、第２及び第４の領域（２４Ｉ［）及び（２４１
Ｖ）におけるｙ値を０．３に選定する。あるいは、これ
とは逆に第１及び第３の領域（２４Ｉ）及び（２４１＋
１）をｙ＝０．３とし、第２及び第４の領域（２４ｎ）
及び（２４１Ｖ）をｙ＝０．１と選定することもできる
。

このような構成によれば、２次グレーティング（２５）
において第７図で説明したところから明らかなように互
いに逆相となる界面での反射率が相違することによって
カップリングの減少が改善される。

また、実際上第８図で説明したと同様にガイド層（２４
）上に第２のクラッド層をエピタキシャル成長した場合
、そのグレーティング（２５）になまりが生ずるので、
この場合、第４図に示すように最終的に得られるグレー
ティング（２５）の形状は屈折率ｎＢの第４の領域（２
４ＴＶ）が屈折率ｎＡの第２の領域■の側面に流れ、屈
折率ｎＢの第２の領域（２４１１）が屈折率ｎ＾の第１
の領域（２４１）の側面すなわち凹部の底部を埋め込む
ようになされるためにガイドＪ’５（２４）の凹凸にな
まりが生じたとしても、実質的光学的界面は初期の三角
形状の対応した界面を保持するので、グレーティングの
実質的高さの減少が生しることが回避される。

面、上述した例では第３図に示すようにグレーティング
（２５）を形成するガイド層（２４）の凸部を高さ方向
に４等分してそれぞれ隣り合う領域の屈折率が相違する
ようにした場合であるが、ある場合は第５図に・示すよ
うに第３図における第４の領域を第３の領域（２４１１
１）と同一の屈折率とすることができる。すなわち、第
１及び第２と第２及び第３の領域間においてのみ屈折率
が相違する半導体層によって構成するこもできる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明においては、グレーティング（２
５）を構成する例えばガイド層（２４）の凸部を屈折率
の相違する領域の接層によって構成したごとによってグ
レーティング（２５）の各部に到来する逆位相となる位
置における反射率を変化させることができるのでカンプ
リングの減少を軽減でき、またグレーティング（２５）
の波形になまりが生じても実質的なグレーティング（２
５）の高さの減少を回避できるので２次グレーティング
の作用を確実に行うことができて単−婚モードの発振に
よるレーザが得られる。またその製造に当たって再現性
よく所要の特性を有する半導体レーザを構成することが
できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による分布帰還型レーザの断面図、第２
図はその第１図のＡ−Ａ線上の断面図、第３及び第５図
はそのグレーティングの各別の断面図、第４図はそのグ
レーティングの説明図、第６図は従来の分布帰還型レー
ザの路線的断面図、第７図及び第８図はそのグレーティ
ングの説明図である。 （２１）は基板、（２２）は第１のクラッド層、（２３
）は活性層、（２４）はガイド層、（２６）は第２のク
ラッド層、（２７）はキャンプ層、（２５）は２次グレ
ーティングである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次のグレーティングを有する分布帰還型レーザにおい
   て、 上記グレーティングがその高さ方向に屈折率の異なる複
   数の層の積層によって構成されてなることを特徴とする
   分布帰還型レーザ。