JPS63255986A - 分布反射型半導体レ−ザ素子 - 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） この発明は単−縦モードで動作する分７０反射型半導体
レーザ素子の構造に関する。

（従来の技術） 従来より、高速変調を行なった際や温度変化があった際
にも巾−の縦モードで安定した発振を行なえる分布反射
型半導体レーザ素子（Ｄ　Ｂ　Ｒレーザ：　Ｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ　Ｌａ
５ｅｒ）が提案されており、その研究及び開発が盛んに
行なわれている。このＤＢＲレーザでは、横モードをも
単一化するために埋込み構造（ＢｕｒｉｅｄＨｅｔｅｒ
ｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が採用されることが多い。

半導体レーザとして最も典型的な構成のファプリー・ペ
ロ共振器（Ｆａｂｒ７−Ｐｅｒｏｔ　Ｒｅ５ｏｎａｔｏ
ｒ）型の半導体レーザ素子（以下ＦＰレーザと称す）は
臂開面から構成されるファプリー・ペロ共振器を具える
が、ＤＢＲレーザはこのファプリーΦペロ共振器を、回
折格子から構成される分布ブラッグ反射器（Ｄ　Ｂ　Ｒ
：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃ
ｔｏｒ）に置き換えたもので、このＤＢＨの反射率の波
長依存性を利用することによって縦単一モード発振の実
現を図るものである。

ＦＰレーザにおいては利得が最大となる波長でレーザ発
振が行われるのに対し、ＤＢＲレーザにおいてはＤＢＨ
の格子間隔によって決まるブラッグ波長及びブラッグ波
長近傍の波長を有する光だけが共振してレーザ発振が行
なわれるため、発振波長の制御が容易であるという利点
がある。またＤＢＲレーザは臂開面を必ずしも必要とし
ないため集積化レーザとして用いて好適であり、例えば
光集積回路用光源として光集積回路中へ集積化するのに
適する。

以下、図面を参照して、従来のＤＢＲレーザ（文献：末
松編「半導体レーザと光集積回路」（１９８４）ｐｐ３
４１〜３８９）につき説明する。

第４図は従来の直接結合方式のＤＢＲレーザの基本的構
成を示す要部断面図であり、この図はレーザ光の出射方
向に沿って取った断面を示している。

同図において、ｌＯは下側クラッド層、１２は活性領域
及び１４は上側クララ・ド層を示し、活性領域１２及び
北側クラッド層１４は、ＤＢＲ領域を除く領域の下側ク
ラッド層ｌＯ上に、順次に形成される。ここで、活性領
域１２とＤＢＲレーザの端面との間の、ＤＢＲが形成さ
れているレーザ構成領域をＤＢＲ領域と称する。

また１６はＤＢＲ領域の光出力取出し用の光導波層、１
８は光ガイド層及び２０はＤＢＲであり、光導波層１６
は、活性領域１２のレーザ光出射面と直接結合させて、
ＤＢＲ領域の下側クラフト層１０１．に形成され、この
光導波層１６上に順次に光ガイド層１８及びＤＢＲ２０
が形成される。

この従来のＤＢＲレーザの要部を作成するに当っては、
図示せずも、活性層及び上側クラッド層を、下側クラッ
ド層ｌＯ上に順次に積層成長させ、その後ＤＢＲ領域の
活性層及び北側クラッド層をエツチング除去する。その
結果、活性層をエツチング除去して形成されたメサ形状
の活性領域１２及び上側クラッド層をエツチング除去し
て形成されたメサ形状の上側クラッド層１４を得る。

その後、光導波層１Ｂ及び光ガイド層１日を、ＤＢＲ領
域の下側クラッド層１０ＪＩに順次に積層し、然る後光
ガイド層１８にＤＢＲ２０を形成する。

このＤＢＲレーザではＤＢＲ２０の良好な波長選択性を
得るため、光導波層１Ｂを、活性領域１２よりも禁制帯
域幅が大きくなるような組成を有する層から、形成して
光導波層１６における光の損失特に吸収損失の低減を図
っていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらと述した従来のＤＢＲレーザでは、それぞ
れ異なる成長工程で形成された活性領域と光導波層とを
直接結合しており、従ってこれら活性領域及び光導波層
の結合によって界面が形成される。これがため活性領域
から光導波層へ入射する発光光やＤＢＲで回折され活性
領域に帰還してくる反射光の損失特に散乱損失がこの界
面において大きく、従ってこれら活性領域及び光導波層
の結合効率が悪かった。また活性領域と光導波層とを直
接結合するため、結合効率を向１することが難しかった
。

この発明の目的は旧述した従来の問題点を解決し、活性
領域及び光導波層の結合効率を従来よりも容易に大きく
することが出来、従って発振特性の向上を図れるＤＢＲ
レーザを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の反射分布型半導
体レーザ素子（ＤＢＲレーザ）は、活性領域とＤＢＲ領
域の光出力取り出し用の光導波層とを具える分布反射型
半導体レーザ素子において、量子井戸構造の活性層を有
し、この活性層は活性領域と光導波層とを有し、この光
導波層を活性層の一部に不純物を添加して量子井戸構造
を活性領域から発光される光の発振波長に対する当該光
導波層の吸収をなくし又は吸収を小さくするように無秩
序化した無秩序化領域とし、活性層の残部を活性領域と
した構成と成っている。

（作用） このような構成のＤＢＲレーザによれば、活性層の不純
物添加領域を光導波層とし及び不純物を添加しない領域
を活性領域として、これら光導波層及び活性領域を同一
の量子井戸層（活性層）から形成するので、光導波層及
び活性領域の結合効率が従来よりもはるかに数片される
。

また活性領域から発光される光の発振波長に対する光導
波層の吸収をなくし又は吸収を小さくするように量子井
戸構造を無秩序化したので、活性領域で発光した光及び
ＤＢＲで反射され活性領域に帰還する帰還光の光導波層
における吸収損失をなくシ（はぼＯにし）又は小さくす
ることが出来る。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の実施例につき説明する
。以下に述べる実施例では、この発明を適用した最も基
本的な構成のＤＢＲレーザにつき説明する。

第１図はこの発明の一実施例の構成を概略的に示す断面
図であり、活性領域から発光した光の出射方向に沿って
取った断面を示す、尚、断面を示すハツチングは省略し
て示す、。

同図において、２２は基・板、２４．２８．２８及び３
０はこの基板２２ｈに順次に形成した下側クラッド層、
量子井戸構造の活性層、光ガイド層及び上側クラッド層
をそれぞれ示す。

この実施例では、基板２２としてｎ−ＧａＡｓ基板、下
側クラッド層２４としてｎ−ＡｌＧａＡｓ層、活性層２
ＢとしてＡｌＧａＡｓ層及びＧａＡｓ層から成る多重量
子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌ
ｌ）構造のＡ　ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ層、光ガイド層２
８としてｐ−ＡｌＧａＡｓ層及び上側クラッド層３０と
してｐ−Ａ　ｌＧａＡｓ＠を形成する。

また３２は活性領域及び３４はＤＢＲ領域の光出力取り
出し用の光導波層を示す、活性層２６はこれら活性領域
３２及び光導波層３４を有し、光導波層３４を活性層２
Ｂの一部に不純物を添加してＭＱＷ構造を無秩序化した
無秩序化領域とし、活性層２６の残部を活性領域３２と
する。

不純物添加によるＭＱＷ構造の無秩序化は、活性領域２
Ｂから発光される光の発振波長に対する光導波層３４の
吸収をなくシ（はぼ０とし）又は小さくするように行な
う。

３６は不純物添加領域を示し、この実施例では、ＤＢＲ
領域の光ガイド層２８から下側クラッド層２４まで亜鉛
（Ｚ　ｎ）を拡散することによって、不純物添加領域３
６を形成する。ここで、活性領域３２とＤＢＲレーザの
端面との間の、ＤＢＲが形成されている（或は形成され
る）レーザ構成領域をＤＢＲ領域と称する。従って、こ
の実施例では１図中に示す、ｘｌ線及びｘ２線の間の領
域の基板２２、層２４．２８．２８及び３０と、Ｙｌ線
及びＹ２線の間の領域の基板２２、層２４．２６．２８
及び３０とがＤＢＲ領域と成る。

この不純物添加領域３６の形成によってＺｎを拡散され
た領域の活性層２６から、光導波層３４が形成され及び
Ｚｎを拡散されない活性層２６から、活性領域２Ｂが形
成される。これと共に電流注入領域が、光ガイド層２８
から下側クラッド層２４までのＺｎを拡散されなかった
領域から、形成される。

この実施例では、活性層２Ｂの中央部を除く左右の側に
Ｚｎを拡散して、活性領域３２の両側に光導波層３４を
形成する。

また４０は分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を示し、この
実施例では、ＤＢＲ４０を、ＤＢＲ領域の上側クラッド
層３０及び光ガイド層２８の界面に形成して、活性領域
３２の両側に形成する。ＤＢＲ４０は、ブラッグ波長を
発振波長と一致させるように、従ってＤＢＲ４Ｇで反射
されて活性領域３２に帰還する帰−先の波長が活性領域
３２から発光される発光光の波長（発振波長）と一致す
るように、形成される。

上述のように構成されたこの実施例のＤＢＲレーザでは
、活性領域３２にキャリアが注入されて活性領域３２で
発光が行なわれ、その結果、活性領域３２から発光した
発光光は光導波層３４を導波して次段の光回路素子へ出
力される０発光光のうち光導波層３４から光ガイド層２
８へもれ込んだ光は、ＤＢＲ４０で反射され活性領域３
２に帰還する。活性領域３２ではこの帰還した帰還光に
よって誘導放出が引き起され、これによって縦単一モー
ド発振が実現される。

次にこの発明の理解を深めるため、第１図及び第２図（
Ａ）〜（Ｃ）を参照しこの実施例のＤＢＲレーザの製造
工程につき説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｃ）はこの実施例のＤＢＲレーザの製
造工程段階を示す工程図である。

まず、第２図（Ａ）に示すように、基板２２としてｎ−
ＧａＡｇ基板を用い、例えば有機金属気相！＆長（Ｍｏ
ｃｖｎ）法或は分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法
によって、基板２２１に順次にｎ−Ａ　ｌＧａＡｓ下側
クラ−２ド層２４．量子井戸構造のＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ活性層２６及びｐ−Ａ　ｌＧａＡｓ光ガイド層２８
を積層成長させる。

次に、第２図（Ｂ）に示すように、ＤＢＲ領域の光ガイ
ド層２８から下側クラッド層２４まで、例えばＺｎを拡
散することによって、不純物を添加して不純物添加領域
３６を形成し、よって同一のＭＱＷ層（活性層２Ｂ）か
ら活性領域３２及び光導波層３４を形成する。

ＤＢＲ領域の活性層２６へのＺｎ拡散によってＭＱＷの
無秩序化すなわちＭＱＷ構造の破壊及び混晶化が行なわ
れて、その結果、この領域（光導波層３４）の組成は、
活性層２６を構成するバリア層としてのＡ　ｌＧａＡｓ
層及び井戸層としてのＧａＡｓ層のそれぞ、れの組成の
中間の組成と成ることが知られている。また、発振波長
は、バリア層のバンドギャップ波長及び井戸層のバンド
ギャップ波長の間の波長となり井戸層の層厚が薄くなる
と共に短波長側にシフトしていく。

従って、バリア層及び井戸層の層厚によっては光導波層
３４のバンドギャップ波長が発振波長と殆ど同じか或は
発振波長よりも長くなる場合も考えられるので、活性層
２６のＭＱＷを無秩序化して得た光導波層３４のバンド
ギャップ波長が発振波長よりも短くなるように、井戸層
及びバリア層のそれぞれの層厚を設計するのが好ましい
。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、ＤＢＲ領域の光導波
層２８を例えばレーザ干渉露光法によってパターニング
した後に化学エツチングすることによって、ＤＢＲ領域
の光導波層２８にＤＢＲ４（＋を形成する。

縦モードを単一化するため、ＤＢＲ４０は、ＤＢＲ４０
のブラッグ波長を活性領域３２の利得に合せるように設
計され、すなわち発光光及び帰還光の波長を一致させる
ように設計されて形成される。

従ってＤＢＲ４０は発光光及び帰還光の波長が一致する
ように形成されるので、発光光及び帰還光の波長は光導
波層３４のバンドキャップ波長よりも長くなる。

次に第１図に示すように、上述の層２４，２８．２８と
同様例えば有機金属気相成長法によって、光ガイド層２
８上にｐ−ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層３０を積層成長
させる。

１述のように構成されたこの発明のＤＢＲレーザによれ
ば、活性領域３２及び光導波層３４を同一のＭＱＷ層（
活性層）２６から構成するので、発光光が活性領域３２
から光導波層３４へ入射する際の散乱損失及び帰還光が
光導波層３４から活性領域３２に入射する際の散乱損失
を従来よりもはるかに低減し、よって活性領域３２及び
光導波層３４の結合効率を向トしこれら活性領域３２及
び光導波層３４のほぼ完全な結合を得ることが出来る。

これと共に、光導波層３４は１発振波長に対する光導波
層３４の吸収をなくし又は吸収を小さくするようにＭＱ
Ｗを無秩序化することによって形成されているので、発
光光及び帰還光の光導波層３４における吸収損失をなく
シ（はぼＯにし）又は小さくすることが出来る。

これがため、発振特性を従来のＤＢＲレーザよりも向り
させることが出来、特に従来よりも悶値電流を低減する
ことが出来る。

（変形例） 第３図はＬ述した実施例の変形例の構成を示す第１図と
同様の断面図である。尚、第１図に示した構１＆成分と
対応する構成成分については同一の符号を付して示し、
その詳細な説明を省略する。

第３図において、４２は光ガイド層例えばｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ層を示す。

第３図に示すように、この変形例では、基板２２Ｌに順
次に下側クラッド層２４、光ガイド層４２、活性層２６
及び北側クラッド層３０を形成し、さらにＤＢＲ４０を
ＤＢＲ領域の、下側クランド層２４及び光ガイド層４２
の界面に形成する。

またこの変形例では、不純物添加領域３６奢、ＤＢＲ領
域の活性層２８から下側クラッド層２４まで形成し、よ
ってＺｎを拡散した活性層２６から光導波層３４及びＺ
ｎを拡散しない活性層２６から活性領域３２を形成する
。これと共に電流注入領域を、活性層２６から下側クラ
ッド層２４までの不純物を添加しない領域を以って、形
成する。

このように構成されたこの変形例でも、ト述の実施例と
同様の効果を期待出来る。

この発明は北述した実施例にのみ限定されるものではな
く、従って各構成成分の形成方法、形成材料、導電型そ
の他の設計条件を設計に応じて任意好適に設定すること
が出来る。

例えばｔ述した実施例ではＧａＡｓ系の半導体材料を用
いた例ににつき説明したが、ＩｎＰ系半導体材料やＩｎ
ＧａＡｓ／ＡＩＩｎＡＳ系半導体材料その他の任意好適
な゛ト導体材料を用いることが出来る。

また不純物としてＺｎ、シリコン（Ｓｉ）その他を用い
て良いし、不純物の添加方法も拡散、イオン注入その他
の方法を用いて良い。また不純物は少なくともＤＢＲ領
域の活性層に対して添加されていれば良く、従って不純
物を添加する領域も任意好適に変更することが出来る。

ＭＱＷ構造の活性層に添加される不純物は、ＭＱＷの無
秩序化によって活性領域から発光される光の発振波長に
対する光導波層の吸収がなくなり又は小さくなるのであ
れば、どのような材料、方法及び添加量でで添加しても
良い。

また現在の技術では、層厚の非常に薄い活性層にＤＢＲ
を設けると活性層の層切れ等の問題点が生じて活性層自
体にＤＢＲを設けることは非常に困難であるが、将来こ
のような技術的問題点の解決が図られたならば、活性層
自体にＤＢＲを設けるようにしても良い。

またと述した実施例では、光導波層及びＤＢＲを活性領
域の両側に形成したが、光導波層を活性領域の片側のみ
に設けるようにしても良いし、及び又はＤＢＲを活性領
域の片側のみに設けるようにしても良い。

製造工程は設計の変更に応じて任意好適に変更すること
が出来る。

（発明の効果） 北述した説明からも明らかなように、この発明の分布反
射型半導体レーザ素子によれば、発光光が活性領域から
光導波層に入射する際及び帰−光が光導波層から活性領
域へ入射する際の散乱損失が減少するので、活性領域及
び光導波層の結合効率を従来よりも向丘させることが出
来、さらにはこれら活性領域及び光導波層をほぼ完全に
結合させることも可能である。

これと共に発光光及び帰還光の光導波層における吸収損
失を、低減し又はなくす（はぼＯとする）ことが出来る
。

これがために、従来よりも発振特性に優れた、特に発振
閾値電流の低減を図れる分布反射型半導体レーザを提供
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の分布反射型半導体レーザの実施例の
構成を示す断面図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は第１図に示す実施例の製造工程
を段階的に示す工程図、 第３図は第１図に示す実施例の変形例を示す断面図、 第４図は従来の分布反射型半導体レーザ素子の基本的構
成を示す要部断面図である。 ２２・・・基板、　　　　　２４．３０・・・クラッド
層２Ｂ・・・活性層、　　　　２８．４２・・・光ガイ
ド層３２・・・活性領域、３４・・・光導波層３Ｂ・・
・不純物添加領域 ４０・・・分布ブラッグ反射器（Ｄ　Ｂ　Ｒ）。 特許出願人　　　沖電気丁業株式会社 ？？、基淳反　　　　　　　　２δ゛光力゛４トノｐｚ
６　　循″ｒ牛漫　　　　Ｊ４°光４波漫３２　　；占
Ｖ生イｕλダＫ　　　　　　　８：　　イト奪をケ匁シ
令カロイｄ１域２４、　ＪＯ：　　フン１．．ド漫　　
　　４０：ＤＦ３Ｒ集光材＋）の断面ｌ 第１図 否 曳　方セイｉ・１　の　啜Ｊニー料圓 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性領域とＤＢＲ領域の光出力取り出し用の光導
   波層とを具える分布反射型半導体レーザ素子において、 量子井戸構造の活性層を有し、 該活性層は活性領域と光導波層とを有し、該光導波層を
   前記活性層の一部に不純物を添加して量子井戸構造を前
   記活性領域から発光される光の発振波長に対する当該光
   導波層の吸収をなくし又は吸収を小さくするように無秩
   序化した無秩序化領域とし、前記活性層の残部を前記活
   性領域とすることを特徴とする分布反射型半導体レーザ
   素子。