JPS6317356B2 - - Google Patents
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- JPS6317356B2 JPS6317356B2 JP57041316A JP4131682A JPS6317356B2 JP S6317356 B2 JPS6317356 B2 JP S6317356B2 JP 57041316 A JP57041316 A JP 57041316A JP 4131682 A JP4131682 A JP 4131682A JP S6317356 B2 JPS6317356 B2 JP S6317356B2
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- Japan
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- optical
- type semiconductor
- current blocking
- Prior art date
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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
- H01S5/10—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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、高速変調時にも単一縦モードで発振
し得る分布帰還形半導体レーザに関するものであ
る。 光通信用光源として用いられる半導体レーザ
は、発振波長、発振モードが高速の変調時にも安
定であることが要求される。そこで、このような
要求を満たす半導体レーザとして、いわゆる分布
帰還形半導体レーザ（以下DFBレーザと称す）
が提案されている。このDFBレーザは、光導波
路を形成する半導体層（活性層又は活性層と接し
て形成される光ガイド層）の厚さを光の発振する
方向に沿つて周期的に変化させて周期構造を形成
し、この周期構造により導波路中に周期的屈折率
変化を導入し、この屈折率変化により光のフイー
ドバツク（帰還）機能を持たせてレーザ発振を可
能としたものである。ところが、上記周期構造の
最適周期は0.2〜0.3μｍと微細であるため、周期
構造を高精度に加工することが困難であり、その
ため光の帰還効率の高い周期構造が得難く、良好
な発振特性を有するDFBレーザを歩留り良く製
造するのが困難であつた。 本発明はこのような従来の欠点を改善したもの
であり、その目的は、周期構造の加工精度が従来
と同一であつても高い帰還効率が得られるように
したDFBレーザを提供することにある。以下実
施例について詳細に説明する。 第１図及び第２図は本発明実施例DFBレーザ
の素子断面図であり、第１図は光の取り出し方向
に対して垂直な断面図、第２図は光取り出し方向
に沿つて素子中央部で切断した場合の断面図であ
る。なお、各図において、１はｐ形Inp基板等の
ｐ形半導体基板、２はｐ形又はｎ形のGaInAsp4
元混晶層等から成る活性層、３はｎ形GaInAsp4
元混晶層等から成る光ガイド層、４は電流阻止
層、５は光ガイド層および電流阻止層４によつて
形成された回折格子、６，７はｎ形InP層等のｎ
形半導体層、８はｐ形InP層等のｐ形半導体層、
９は化学エツチング等の手法により活性層２及び
光ガイド層３に対して傾いて形成した面、１０は
劈開や化学エツチング等の手法で形成した光取り
出し面、１１はｐ形オーミツク電極、１２はｎ形
オーミツク電極、１３は放射されるレーザ光であ
る。活性層２及び光ガイド層３が光導波層とな
り、ｐ形半導体基板１及びｎ形半導体層６が光閉
じ込め層となる。 本実施例のDFBレーザが従来のDFBレーザと
相違するところは、従来のDFBレーザが光ガイ
ド層３の表面を凹凸に加工して第２図の電流阻止
層４を含む凹凸相当領域を形成しその上にｎ形半
導体層６を形成したのに対し、本実施例では、光
ガイド層３の表面を凹凸に加工するとともにその
凸部に電流阻止層４を設け、この電流阻止層４と
光ガイド層３上にｎ形半導体層を形成した点にあ
る。 一般に、DFBレーザにおいては、回折格子５
の周期Λが Λ＝λm／2n ……(1) 但し、λはレーザ発振の波長、ｍは回折格子の
次数、ｎは活性層２、光ガイド層３、電流阻止層
４で構成される光導波路の実効屈折率である。 を満足する波長でDFBレーザのレーザ発振が
引き起こされるが、そのレーザ特性は回折格子５
による回折効率が高いほど良くなる。回折効率
は、回折格子の形状と、回折格子を境界として光
閉じ込め層６の凸部の屈折率と光閉じ込め層６の
凹部にある電流阻止層４及び光ガイド層３の等価
屈折率との差によつて決められるので、回折格子
の形状が同一であればその屈折率差が大きいほど
回折効率は高くなり、従つてDFBレーザ特性が
良くなる。 本実施例では、前述したように、光ガイド層３
の凸部頂上（光閉じ込め層凹部底面）に電流阻止
層４を形成してある。一般に半導体結晶では注入
キヤリアが多くなると屈折率が低下するので、こ
のような構造にすると注入された電流が光閉じ込
め層６の凸部に集中する結果その部分の屈折率が
低下し、上述した屈折率差が従来に比し大きくな
り、回折効率が高まることになる。また、半導体
結晶の不純物濃度を高くするとその屈折率が低下
するので、光閉じ込め層６の不純物濃度を従来よ
り高くすれば、より屈折率差が大きくなり、回折
効率が更に高まる。 上記電流阻止層４としては、電流を完全に遮断
するものが好ましいが、ある程度抑制するもので
も良く、比抵抗が光閉じ込め層６の凸部より大き
い高抵抗ｎ形半導体（InP，GaInAsP等）、絶縁
層、或は光閉じ込め層６の導電形と反対導電形の
ｐ形半導体層を用いることができる。 〈具体例〉 第１図及び第２図の各層を以下に示すような値
としたDFBレーザを製作した。 ｐ形半導体基板１ Znドープ（100）ｐ形InP基板、厚さ80μｍ、キ
ヤリア密度５×1018／cm3、EPD（エツチピツト
密度）５×103／cm2 活性層２ ノンドープGa0.42In0.58As0.88P0.12４元混晶活性
層、厚さ0.13μｍ 光ガイド層３ SnドープGa0.26In0.76As0.56P0.44４元混晶導波路
層、厚さ0.2μｍ、キヤリア密度７×1017／cm3 電流阻止層４ ノンドープInP結晶層、厚さ0.1μｍ、キヤリア
濃度２×1013／cm3 ｎ形半導体層６ Snドープｎ形InP結晶層、厚さ2.5μｍ、キヤリ
ア密度５×1018／cm3 ｎ形半導体層７ Snドープｎ形InP結晶層、厚さ2μｍ、キヤリア
密度４×1017／cm3 ｐ形半導体層８ Znドープｐ形InP結晶層、厚さ1μｍ、キヤリア
密度３×1017／cm3 これらの結晶層は、通常の所謂スライドボート
法を用いた液相エピタキシヤル成長法により行な
い、各結晶層の成長温度は950℃〜605℃の間にあ
つた。製作手順は次の通りである。 (1) 上記ｐ形InP基板上に活性層２、光ガイド層
３及び電流阻止層４を連続成長した。 (2) フオトレジストを基板表面に厚さ500Å塗布
し、二光束干渉法を用いて〈１10〉方向に沿つ
た干渉縞を露光した。現像後、
1MolK2Cr2O7：HBr：CH3COOH＝３：１：
１を用いて結晶層３，４をエツチングし、深さ
0.2μｍの回折格子５を形成した。 (3) ｎ形半導体層６を成長後、rfスパツタ法を用
いてSiO2膜を結晶表面に形成し、フオト技術
を用いて〈110〉方向に沿つて幅9μｍのSiO2膜
のストライプパタンを形成し、メタノールブロ
ム液を用いて、6μｍの深さまでメサエツチン
グを行つた。 (4) ｎ形半導体層７、ｐ形半導体層８の順に埋め
込み層の結晶成長を行なつた後、SiO2膜を除
去した。 (5) 基板側にｐ形電極１１としてAu−Zn合金、
結晶成長層側にｎ形電極１２としてAu−Ge−
Ni合金を蒸着により形成し、その後シンタリ
ングした。 (6) フオトレジストをマスクとして〈１10〉方向
に沿つて、間隔400μｍで幅30μｍ、深さ10μｍ
の溝を1NolK2Cr2O7：HBr：CH3COOH＝
１：１：１のエツチング液を用いて形成した。
これにより面９を形成し、θ1＝54.5゜を得た。 (7) ストライプの中央部を劈開により分離し（θ2
＝90゜）、長さ200μｍのDFBレーザを得た。 このようにして製造したDFBレーザのｐ形電
極１１を正極、ｎ形電極１２を負極にして直流電
流を流したところ、25℃において閾値55mAで分
布帰還モードのレーザ発振を示した。発振スペク
トルは発振閾値からその３倍以上まで単一縦モー
ドであることが認められた。また、このDFBレ
ーザに65mAの直流電流を流しておき、さらに
400MHzの正弦波電流（Ip-p＝20mA）を印加した
ときのスペクトルを観察したが、波長1.516μｍ付
近でやはり単一縦モードの分布帰還モードによる
レーザ発振を認めた。第３図はそのときに観察さ
れたスペクトルの一例を示す線図である。 なお、上記工程中で電流阻止層４を除いた工程
により形成した従来のDFBレーザの閾値は、上
述した工程で製作した素子の約1.4倍であつた。
また単一縦モードは、閾値電流の1.8倍までしか
保たれなかつた。 上述の実施例では、基板１としてｐ形のものを
用いたが、ｎ形のものを用いた場合には他の半導
体層の導電形を上述と反対にすれば良い。また、
凹凸の周期構造を基板側に設ける構成としても良
く、閉じ込め層と活性層との間に光ガイド層を介
しない場合には活性層の膜厚を周期的に変化させ
れば良い。更に、使用する半導体材料としては、
GaInAsP／InP系以外にGaAs／GaAlAs系、
GaSb／GaAlAsSb系等が考えられる。 以上の説明から判るように、本発明は、活性層
と対向する面に光の取り出し方向に沿う周期的な
凹凸構造を有する光閉じ込め層の凹部底面に電流
阻止層を設けたものであり、注入電流が光閉じ込
め層の凸部に集中して流れる結果その部分の屈折
率が低下し、凹凸両者の屈折率差が大きくなるの
で、みかけの凹凸の構造が同じでも分布帰還の効
率を大きくすることができ、DFBモードでのレ
ーザ発振特性を向上することができる。
し得る分布帰還形半導体レーザに関するものであ
る。 光通信用光源として用いられる半導体レーザ
は、発振波長、発振モードが高速の変調時にも安
定であることが要求される。そこで、このような
要求を満たす半導体レーザとして、いわゆる分布
帰還形半導体レーザ（以下DFBレーザと称す）
が提案されている。このDFBレーザは、光導波
路を形成する半導体層（活性層又は活性層と接し
て形成される光ガイド層）の厚さを光の発振する
方向に沿つて周期的に変化させて周期構造を形成
し、この周期構造により導波路中に周期的屈折率
変化を導入し、この屈折率変化により光のフイー
ドバツク（帰還）機能を持たせてレーザ発振を可
能としたものである。ところが、上記周期構造の
最適周期は0.2〜0.3μｍと微細であるため、周期
構造を高精度に加工することが困難であり、その
ため光の帰還効率の高い周期構造が得難く、良好
な発振特性を有するDFBレーザを歩留り良く製
造するのが困難であつた。 本発明はこのような従来の欠点を改善したもの
であり、その目的は、周期構造の加工精度が従来
と同一であつても高い帰還効率が得られるように
したDFBレーザを提供することにある。以下実
施例について詳細に説明する。 第１図及び第２図は本発明実施例DFBレーザ
の素子断面図であり、第１図は光の取り出し方向
に対して垂直な断面図、第２図は光取り出し方向
に沿つて素子中央部で切断した場合の断面図であ
る。なお、各図において、１はｐ形Inp基板等の
ｐ形半導体基板、２はｐ形又はｎ形のGaInAsp4
元混晶層等から成る活性層、３はｎ形GaInAsp4
元混晶層等から成る光ガイド層、４は電流阻止
層、５は光ガイド層および電流阻止層４によつて
形成された回折格子、６，７はｎ形InP層等のｎ
形半導体層、８はｐ形InP層等のｐ形半導体層、
９は化学エツチング等の手法により活性層２及び
光ガイド層３に対して傾いて形成した面、１０は
劈開や化学エツチング等の手法で形成した光取り
出し面、１１はｐ形オーミツク電極、１２はｎ形
オーミツク電極、１３は放射されるレーザ光であ
る。活性層２及び光ガイド層３が光導波層とな
り、ｐ形半導体基板１及びｎ形半導体層６が光閉
じ込め層となる。 本実施例のDFBレーザが従来のDFBレーザと
相違するところは、従来のDFBレーザが光ガイ
ド層３の表面を凹凸に加工して第２図の電流阻止
層４を含む凹凸相当領域を形成しその上にｎ形半
導体層６を形成したのに対し、本実施例では、光
ガイド層３の表面を凹凸に加工するとともにその
凸部に電流阻止層４を設け、この電流阻止層４と
光ガイド層３上にｎ形半導体層を形成した点にあ
る。 一般に、DFBレーザにおいては、回折格子５
の周期Λが Λ＝λm／2n ……(1) 但し、λはレーザ発振の波長、ｍは回折格子の
次数、ｎは活性層２、光ガイド層３、電流阻止層
４で構成される光導波路の実効屈折率である。 を満足する波長でDFBレーザのレーザ発振が
引き起こされるが、そのレーザ特性は回折格子５
による回折効率が高いほど良くなる。回折効率
は、回折格子の形状と、回折格子を境界として光
閉じ込め層６の凸部の屈折率と光閉じ込め層６の
凹部にある電流阻止層４及び光ガイド層３の等価
屈折率との差によつて決められるので、回折格子
の形状が同一であればその屈折率差が大きいほど
回折効率は高くなり、従つてDFBレーザ特性が
良くなる。 本実施例では、前述したように、光ガイド層３
の凸部頂上（光閉じ込め層凹部底面）に電流阻止
層４を形成してある。一般に半導体結晶では注入
キヤリアが多くなると屈折率が低下するので、こ
のような構造にすると注入された電流が光閉じ込
め層６の凸部に集中する結果その部分の屈折率が
低下し、上述した屈折率差が従来に比し大きくな
り、回折効率が高まることになる。また、半導体
結晶の不純物濃度を高くするとその屈折率が低下
するので、光閉じ込め層６の不純物濃度を従来よ
り高くすれば、より屈折率差が大きくなり、回折
効率が更に高まる。 上記電流阻止層４としては、電流を完全に遮断
するものが好ましいが、ある程度抑制するもので
も良く、比抵抗が光閉じ込め層６の凸部より大き
い高抵抗ｎ形半導体（InP，GaInAsP等）、絶縁
層、或は光閉じ込め層６の導電形と反対導電形の
ｐ形半導体層を用いることができる。 〈具体例〉 第１図及び第２図の各層を以下に示すような値
としたDFBレーザを製作した。 ｐ形半導体基板１ Znドープ（100）ｐ形InP基板、厚さ80μｍ、キ
ヤリア密度５×1018／cm3、EPD（エツチピツト
密度）５×103／cm2 活性層２ ノンドープGa0.42In0.58As0.88P0.12４元混晶活性
層、厚さ0.13μｍ 光ガイド層３ SnドープGa0.26In0.76As0.56P0.44４元混晶導波路
層、厚さ0.2μｍ、キヤリア密度７×1017／cm3 電流阻止層４ ノンドープInP結晶層、厚さ0.1μｍ、キヤリア
濃度２×1013／cm3 ｎ形半導体層６ Snドープｎ形InP結晶層、厚さ2.5μｍ、キヤリ
ア密度５×1018／cm3 ｎ形半導体層７ Snドープｎ形InP結晶層、厚さ2μｍ、キヤリア
密度４×1017／cm3 ｐ形半導体層８ Znドープｐ形InP結晶層、厚さ1μｍ、キヤリア
密度３×1017／cm3 これらの結晶層は、通常の所謂スライドボート
法を用いた液相エピタキシヤル成長法により行な
い、各結晶層の成長温度は950℃〜605℃の間にあ
つた。製作手順は次の通りである。 (1) 上記ｐ形InP基板上に活性層２、光ガイド層
３及び電流阻止層４を連続成長した。 (2) フオトレジストを基板表面に厚さ500Å塗布
し、二光束干渉法を用いて〈１10〉方向に沿つ
た干渉縞を露光した。現像後、
1MolK2Cr2O7：HBr：CH3COOH＝３：１：
１を用いて結晶層３，４をエツチングし、深さ
0.2μｍの回折格子５を形成した。 (3) ｎ形半導体層６を成長後、rfスパツタ法を用
いてSiO2膜を結晶表面に形成し、フオト技術
を用いて〈110〉方向に沿つて幅9μｍのSiO2膜
のストライプパタンを形成し、メタノールブロ
ム液を用いて、6μｍの深さまでメサエツチン
グを行つた。 (4) ｎ形半導体層７、ｐ形半導体層８の順に埋め
込み層の結晶成長を行なつた後、SiO2膜を除
去した。 (5) 基板側にｐ形電極１１としてAu−Zn合金、
結晶成長層側にｎ形電極１２としてAu−Ge−
Ni合金を蒸着により形成し、その後シンタリ
ングした。 (6) フオトレジストをマスクとして〈１10〉方向
に沿つて、間隔400μｍで幅30μｍ、深さ10μｍ
の溝を1NolK2Cr2O7：HBr：CH3COOH＝
１：１：１のエツチング液を用いて形成した。
これにより面９を形成し、θ1＝54.5゜を得た。 (7) ストライプの中央部を劈開により分離し（θ2
＝90゜）、長さ200μｍのDFBレーザを得た。 このようにして製造したDFBレーザのｐ形電
極１１を正極、ｎ形電極１２を負極にして直流電
流を流したところ、25℃において閾値55mAで分
布帰還モードのレーザ発振を示した。発振スペク
トルは発振閾値からその３倍以上まで単一縦モー
ドであることが認められた。また、このDFBレ
ーザに65mAの直流電流を流しておき、さらに
400MHzの正弦波電流（Ip-p＝20mA）を印加した
ときのスペクトルを観察したが、波長1.516μｍ付
近でやはり単一縦モードの分布帰還モードによる
レーザ発振を認めた。第３図はそのときに観察さ
れたスペクトルの一例を示す線図である。 なお、上記工程中で電流阻止層４を除いた工程
により形成した従来のDFBレーザの閾値は、上
述した工程で製作した素子の約1.4倍であつた。
また単一縦モードは、閾値電流の1.8倍までしか
保たれなかつた。 上述の実施例では、基板１としてｐ形のものを
用いたが、ｎ形のものを用いた場合には他の半導
体層の導電形を上述と反対にすれば良い。また、
凹凸の周期構造を基板側に設ける構成としても良
く、閉じ込め層と活性層との間に光ガイド層を介
しない場合には活性層の膜厚を周期的に変化させ
れば良い。更に、使用する半導体材料としては、
GaInAsP／InP系以外にGaAs／GaAlAs系、
GaSb／GaAlAsSb系等が考えられる。 以上の説明から判るように、本発明は、活性層
と対向する面に光の取り出し方向に沿う周期的な
凹凸構造を有する光閉じ込め層の凹部底面に電流
阻止層を設けたものであり、注入電流が光閉じ込
め層の凸部に集中して流れる結果その部分の屈折
率が低下し、凹凸両者の屈折率差が大きくなるの
で、みかけの凹凸の構造が同じでも分布帰還の効
率を大きくすることができ、DFBモードでのレ
ーザ発振特性を向上することができる。
第１図及び第２図は本発明実施例の素子断面
図、第３図は発振スペクトラムの一例を示す線図
である。 １はｐ形半導体基板、２は活性層、３は光ガイ
ド層、４は電流阻止層、５は回折格子、６，７は
ｎ形半導体層、８はｐ形半導体層、１１はｐ形オ
ーミツク電極、１２はｎ形オーミツク電極であ
る。
図、第３図は発振スペクトラムの一例を示す線図
である。 １はｐ形半導体基板、２は活性層、３は光ガイ
ド層、４は電流阻止層、５は回折格子、６，７は
ｎ形半導体層、８はｐ形半導体層、１１はｐ形オ
ーミツク電極、１２はｎ形オーミツク電極であ
る。
Claims (1)
- １ 光導波層の厚さを光の取り出し方向に沿つて
周期的に変化させて光の分布帰還を可能とした分
布帰還形半導体レーザにおいて、活性層と対向す
る面に光の取り出し方向に沿う周期的な凹凸構造
を有する光閉じ込め層と、該光閉じ込め層の凹部
の底面に形成された電流阻止層と、該電流阻止層
及び前記光閉じ込め層により光の取り出し方向に
沿つて周期的に層の厚さが変化する光導波層とを
具備したことを特徴とする分布帰還形半導体レー
ザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57041316A JPS58158988A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57041316A JPS58158988A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58158988A JPS58158988A (ja) | 1983-09-21 |
| JPS6317356B2 true JPS6317356B2 (ja) | 1988-04-13 |
Family
ID=12605103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57041316A Granted JPS58158988A (ja) | 1982-03-16 | 1982-03-16 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58158988A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63263137A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 車両のトランスミツシヨン制御システム |
| JPH01300028A (ja) * | 1988-05-28 | 1989-12-04 | Hitachi Ltd | 駆動輪スリツプ防止制御装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61182295A (ja) * | 1985-02-07 | 1986-08-14 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ装置 |
-
1982
- 1982-03-16 JP JP57041316A patent/JPS58158988A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63263137A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 車両のトランスミツシヨン制御システム |
| JPH01300028A (ja) * | 1988-05-28 | 1989-12-04 | Hitachi Ltd | 駆動輪スリツプ防止制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58158988A (ja) | 1983-09-21 |
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