JP2687526B2 - 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JP2687526B2 JP2687526B2 JP63326826A JP32682688A JP2687526B2 JP 2687526 B2 JP2687526 B2 JP 2687526B2 JP 63326826 A JP63326826 A JP 63326826A JP 32682688 A JP32682688 A JP 32682688A JP 2687526 B2 JP2687526 B2 JP 2687526B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバ通信等に用いられる単一軸モード
発振の分布帰還型半導体レーザに関する。
発振の分布帰還型半導体レーザに関する。
レーザ発振に与る活性導波路に回折格子を有する分布
帰還型半導体レーザは変調時においても単一軸モード発
振が可能であり、超高速の光ファイバ通信のキーデバイ
スとしてさかんに研究開発が行われている。分布帰還型
半導体レーザを光源として、数Gbit/s,数十kmレベルの
伝送実験も行われ、その有用性も実証されている。特
に、活性導波路の中央部付近で回折格子の位相がλ/4
（λはレーザ発振光の媒体内波長）ずれているλ/4位相
シフト半導体レーザはブラック波長で発振し、メインモ
ードとサブモードの利得差が大きく取れることから注目
を集めている。
帰還型半導体レーザは変調時においても単一軸モード発
振が可能であり、超高速の光ファイバ通信のキーデバイ
スとしてさかんに研究開発が行われている。分布帰還型
半導体レーザを光源として、数Gbit/s,数十kmレベルの
伝送実験も行われ、その有用性も実証されている。特
に、活性導波路の中央部付近で回折格子の位相がλ/4
（λはレーザ発振光の媒体内波長）ずれているλ/4位相
シフト半導体レーザはブラック波長で発振し、メインモ
ードとサブモードの利得差が大きく取れることから注目
を集めている。
分布帰還型半導体レーザを製作する上で、従来は、軸
方向（光が伝播する方向、すなわち半導体レーザの端面
に垂直な方向）にレーザ発振光と回折格子の結合係数Ｋ
がほぼ均一な回折格子を作製していた。しかしながら、
λ/4位相シフト分布帰還型半導体レーザでは位相シフト
領域付近に電界強度が集中するため、光出力時において
ホールバーニングが生じ、モードの不安定性が引き起こ
され、レーザ発振光のスペクトル線幅が増大したり、あ
るいは２モード発振してしまうような場合があった。こ
の様なホールバーニングについては、エレクトロニクス
レターズ（Electronics Letters）誌、第22巻、第20号
の1046頁に記載されている。現在は光出力約10mWと、比
較的小出力で半導体レーザが使われることが多く、ホー
ルバーニングの影響はないが、今後、光通信の長距離化
に伴い、光出力20mW〜50mWの高出力が要求されるため、
高出力時においても安定に単一軸モード発振する高性能
な分布帰還型半導体レーザの開発は必須である。従って
ホールバーニングを抑制することは、分布帰還型半導体
レーザの高性能化を図る上で極めて重要である。
方向（光が伝播する方向、すなわち半導体レーザの端面
に垂直な方向）にレーザ発振光と回折格子の結合係数Ｋ
がほぼ均一な回折格子を作製していた。しかしながら、
λ/4位相シフト分布帰還型半導体レーザでは位相シフト
領域付近に電界強度が集中するため、光出力時において
ホールバーニングが生じ、モードの不安定性が引き起こ
され、レーザ発振光のスペクトル線幅が増大したり、あ
るいは２モード発振してしまうような場合があった。こ
の様なホールバーニングについては、エレクトロニクス
レターズ（Electronics Letters）誌、第22巻、第20号
の1046頁に記載されている。現在は光出力約10mWと、比
較的小出力で半導体レーザが使われることが多く、ホー
ルバーニングの影響はないが、今後、光通信の長距離化
に伴い、光出力20mW〜50mWの高出力が要求されるため、
高出力時においても安定に単一軸モード発振する高性能
な分布帰還型半導体レーザの開発は必須である。従って
ホールバーニングを抑制することは、分布帰還型半導体
レーザの高性能化を図る上で極めて重要である。
これまで、このホールバーニングを抑制する手段とし
ては、例えば、宇佐見等が、昭和63年電子情報通信学会
秋季全国大会講演論文集、分冊Ｃ−１のＣ−155番で報
告しているように、電極を共振器軸方向に分割、各電極
の注入電流を変化させてホールバーニングを抑制する方
法が試みられているが、煩雑で実用性に欠ける。
ては、例えば、宇佐見等が、昭和63年電子情報通信学会
秋季全国大会講演論文集、分冊Ｃ−１のＣ−155番で報
告しているように、電極を共振器軸方向に分割、各電極
の注入電流を変化させてホールバーニングを抑制する方
法が試みられているが、煩雑で実用性に欠ける。
本発明の目的は、比較的簡単な方法でホールバーニン
グを抑制し、高出力時においても安定に単一軸モード発
振可能なλ/4位相シフト分布帰還型半導体レーザを提供
することにある。
グを抑制し、高出力時においても安定に単一軸モード発
振可能なλ/4位相シフト分布帰還型半導体レーザを提供
することにある。
活性導波路に沿って回折格子が形成され、活性導波路
の中央付近で回折格子の位相がシフトしている位相シフ
ト分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子の溝
の深さが、活性導波路の中央付近で浅く、活性導波路の
両端面に近づくにつれて次第に深くなっていることを特
徴とする位相シフト分布帰還型半導体レーザによって、
上述の問題を解決できる。
の中央付近で回折格子の位相がシフトしている位相シフ
ト分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子の溝
の深さが、活性導波路の中央付近で浅く、活性導波路の
両端面に近づくにつれて次第に深くなっていることを特
徴とする位相シフト分布帰還型半導体レーザによって、
上述の問題を解決できる。
本発明の主旨は共振器軸方向（活性導波路に沿った方
向、すなわち、半導体レーザの出射端面に垂直な方向）
に結合係数Ｋを不均一に分布させることにより、ホール
バーニングを抑制するものである。第５図に、従来の分
布帰還型λ/4位相シフト半導体レーザの共振器軸方向の
電界分布と回折格子形状（溝の深さ）の関係を示す。第
５図に示すとうり、従来の共振器軸方向に関して、均一
な結合係数Ｋ（約50cm-1程度）を有する分布帰還型λ/4
位相シフト半導体レーザでは中央の位置シフト部におい
て電界強度が強くなり、高出力時においてホールバーニ
ングが生じやすい。
向、すなわち、半導体レーザの出射端面に垂直な方向）
に結合係数Ｋを不均一に分布させることにより、ホール
バーニングを抑制するものである。第５図に、従来の分
布帰還型λ/4位相シフト半導体レーザの共振器軸方向の
電界分布と回折格子形状（溝の深さ）の関係を示す。第
５図に示すとうり、従来の共振器軸方向に関して、均一
な結合係数Ｋ（約50cm-1程度）を有する分布帰還型λ/4
位相シフト半導体レーザでは中央の位置シフト部におい
て電界強度が強くなり、高出力時においてホールバーニ
ングが生じやすい。
共振器中央付近の結合係数Ｋを30cm-1程度に小さくし
端面方向に向って70cm-1程度まで次第に大きくした本発
明の半導体レーザの電界分布を第４図に示す。結合係数
Ｋを共振器軸に沿って不均一にしたために、電界分布が
第５図に比べて平坦になることがわかる。これはホール
バーニングの抑制に大きな効果があり、共振器軸に沿っ
て結合係数Ｋを変化させる本発明がホールバーニング抑
制に対して有効であることがわかる。
端面方向に向って70cm-1程度まで次第に大きくした本発
明の半導体レーザの電界分布を第４図に示す。結合係数
Ｋを共振器軸に沿って不均一にしたために、電界分布が
第５図に比べて平坦になることがわかる。これはホール
バーニングの抑制に大きな効果があり、共振器軸に沿っ
て結合係数Ｋを変化させる本発明がホールバーニング抑
制に対して有効であることがわかる。
以下実施例を示す図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例であり、λ/4位相シフ
ト分布帰還型半導体レーザの断面構造図である。まずｎ
−InP基板６上に、共振器軸方向に沿って溝の深さを変
化させた回折格子５を形成する。このような回折格子５
を形成の方法を第２図に示す。
ト分布帰還型半導体レーザの断面構造図である。まずｎ
−InP基板６上に、共振器軸方向に沿って溝の深さを変
化させた回折格子５を形成する。このような回折格子５
を形成の方法を第２図に示す。
ｎ−InP基板６上に、ホトレジストを塗り電子ビーム
（EB）露光により、第２図（ａ）に示すように基板中心
部から端部にいくほど幅が狭く、間隔が広いストライプ
状にパターン化したホトレジスト９を形成する。このホ
トレジストをマスクとして基板６をエッチングする（第
２図（ｂ））。この後ホトレジストを除去することによ
り、共振器の中心部分は溝が浅く端面付近は溝が深い回
折格子５を形成することができる（第２図（ｃ））。
尚、λ/4位相シフト領域形成は従来と同じ方法を用い
た。
（EB）露光により、第２図（ａ）に示すように基板中心
部から端部にいくほど幅が狭く、間隔が広いストライプ
状にパターン化したホトレジスト９を形成する。このホ
トレジストをマスクとして基板６をエッチングする（第
２図（ｂ））。この後ホトレジストを除去することによ
り、共振器の中心部分は溝が浅く端面付近は溝が深い回
折格子５を形成することができる（第２図（ｃ））。
尚、λ/4位相シフト領域形成は従来と同じ方法を用い
た。
このようにして中央付近にλ/4位相シフト領域をもつ
回折格子５を形成した基板６上に1.3μｍ組成のInGaAsP
光ガイド層４、InPのバッファ層３、1.55μｍ組成のInG
aAsP活性層１、1.3μｍ組成のInGaAsPメルトバック防止
（AMB）層８、InPのクラッド層２を順次成長し、活性
層，バッファ層，光ガイド層から成る活性光導波路を有
する積層構造を作る。この後、この積層構造をエッチン
グしてストラプ状とし、この両側に高抵抗層を形成して
埋め込み構造とした。最後に熱放散を良くすることと、
長共振器により狭線幅化をはかるため共振器長1000μｍ
に切り出し、その端面に反射防止膜としてシリコン窒化
膜７を形成して半導体レーザとした（第１図）。この半
導体レーザの評価を行ったところ室温CWにおいて、最大
180mWと従来にない高出力が得られた。発振スペクトル
線幅として500KHz,SMSR40dB以上と、従来にない高性能
の分布帰還型半導体レーザが得られた。通常の共振器長
300μｍ程度で切り出した本発明の半導体レーザでは、
発振しきい値電流10〜20mA,微分量子効率0.25W/A程度の
ものが、再現性良く得られた。
回折格子５を形成した基板６上に1.3μｍ組成のInGaAsP
光ガイド層４、InPのバッファ層３、1.55μｍ組成のInG
aAsP活性層１、1.3μｍ組成のInGaAsPメルトバック防止
（AMB）層８、InPのクラッド層２を順次成長し、活性
層，バッファ層，光ガイド層から成る活性光導波路を有
する積層構造を作る。この後、この積層構造をエッチン
グしてストラプ状とし、この両側に高抵抗層を形成して
埋め込み構造とした。最後に熱放散を良くすることと、
長共振器により狭線幅化をはかるため共振器長1000μｍ
に切り出し、その端面に反射防止膜としてシリコン窒化
膜７を形成して半導体レーザとした（第１図）。この半
導体レーザの評価を行ったところ室温CWにおいて、最大
180mWと従来にない高出力が得られた。発振スペクトル
線幅として500KHz,SMSR40dB以上と、従来にない高性能
の分布帰還型半導体レーザが得られた。通常の共振器長
300μｍ程度で切り出した本発明の半導体レーザでは、
発振しきい値電流10〜20mA,微分量子効率0.25W/A程度の
ものが、再現性良く得られた。
このようなλ/4位相シフト分布帰還型半導体レーザの
回折格子５は第３図に示す方法でも作製可能である。す
なわち、ｎ−InP基板上６に、溝の深さが均一な通常の
λ/4位相シフト回折格子５を形成した後、共振器の両端
側に、エッチングから回折格子５を保護するためのホト
レジスト９を形成する（第３図（ａ））。この後、エッ
チングを行い、中央部分のみ回折格子５の深さが浅くな
るようにし（第３図（ｂ））、ホトレジスト９を除去し
て回折格子とする（第３図（ｃ））。
回折格子５は第３図に示す方法でも作製可能である。す
なわち、ｎ−InP基板上６に、溝の深さが均一な通常の
λ/4位相シフト回折格子５を形成した後、共振器の両端
側に、エッチングから回折格子５を保護するためのホト
レジスト９を形成する（第３図（ａ））。この後、エッ
チングを行い、中央部分のみ回折格子５の深さが浅くな
るようにし（第３図（ｂ））、ホトレジスト９を除去し
て回折格子とする（第３図（ｃ））。
なお、実施例においては、材料系をGaAsにしても実現
可能であり、また、活性領域を量子井戸構造としても可
能である。
可能であり、また、活性領域を量子井戸構造としても可
能である。
尚、実施例では光ガイド層に回折格子が形成されてい
るが、他の層、例えば活性層に形成してもよい。回折格
子は光が伝播する領域にあればよい。
るが、他の層、例えば活性層に形成してもよい。回折格
子は光が伝播する領域にあればよい。
本発明の特徴は、λ/4位相シフト分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、その回折格子の結合効率Ｋを共振器の中
心付近で小さくすることにより、ホールバーニングを抑
制したことである。それによって、光出力で且つ発振ス
ペクトル線幅の狭い優れた分布帰還型半導体レーザか実
現できる。
ーザにおいて、その回折格子の結合効率Ｋを共振器の中
心付近で小さくすることにより、ホールバーニングを抑
制したことである。それによって、光出力で且つ発振ス
ペクトル線幅の狭い優れた分布帰還型半導体レーザか実
現できる。
第１図は本発明の一実施例であるλ/4位相シフト分布帰
還型半導体レーザの概略図、第２図ならびに、第３図は
本発明における半導体レーザの回折格子を作製する方法
の例を示した図、第４図は回折格子の深さを不均一にし
た場合の軸方向電界分布図、第５図は溝の深さが均一な
場合の通常の回折格子の軸方向電界分布を示す図であ
る。 １……活性層、２……クラッド層、３……バッファ層、
４……光ガイド層、５……λ/4位相シフト回折格子、６
……ｎ−InP基板、７……シリコン窒化膜、８……メル
トバック防止層、９……ホトレジスト。
還型半導体レーザの概略図、第２図ならびに、第３図は
本発明における半導体レーザの回折格子を作製する方法
の例を示した図、第４図は回折格子の深さを不均一にし
た場合の軸方向電界分布図、第５図は溝の深さが均一な
場合の通常の回折格子の軸方向電界分布を示す図であ
る。 １……活性層、２……クラッド層、３……バッファ層、
４……光ガイド層、５……λ/4位相シフト回折格子、６
……ｎ−InP基板、７……シリコン窒化膜、８……メル
トバック防止層、９……ホトレジスト。
Claims (2)
- 【請求項１】レーザ発振に与る活性導波路に回折格子が
形成され、前記活性導波路の中央付近で前記回折格子の
位相がシフトしている位相シフト分布帰還型半導体レー
ザにおいて、前記回折格子の溝の深さが、前記活性導波
路の中央付近で浅く、活性導波路の両端面に近づくにつ
れて次第に深くなっていることを特徴とする位相シフト
分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項２】半導体基板表面にホトレジストを塗布した
後、共振器中心部から端部に行くに従い次第に幅が狭
く、間隔が広いストライプ状にパターン化する工程と、
前記パターン化したホトレジストをマスクとして、前記
半導体基板をエッチングし、エッチング終了後に前記ホ
トレジストを除去して、共振器中央部は溝が浅く、端面
に行くに従い次第に溝が深くなっている回折格子を前記
半導体基板に形成する工程と、前記回折格子を形成した
半導体基板上に、活性層を含む半導体多層積層構造を形
成する工程とを少なくとも有することを特徴とする分布
帰還型半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63326826A JP2687526B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63326826A JP2687526B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02172289A JPH02172289A (ja) | 1990-07-03 |
| JP2687526B2 true JP2687526B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=18192145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63326826A Expired - Fee Related JP2687526B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687526B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7852894B2 (en) | 2007-09-04 | 2010-12-14 | Fujitsu Limited | Semiconductor laser and semiconductor optical integrated device |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2669045B2 (ja) * | 1989-04-20 | 1997-10-27 | 三菱電機株式会社 | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
| JP2619057B2 (ja) * | 1989-05-22 | 1997-06-11 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
| JPH03110884A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布帰還型半導体レーザーおよびその製造方法 |
| US5394429A (en) * | 1992-10-30 | 1995-02-28 | Nec Corporation | Distributed-feedback laser with improved analog modulation distortion characteristics and method for fabricating the same |
| JP2546135B2 (ja) * | 1993-05-31 | 1996-10-23 | 日本電気株式会社 | 半導体微細形状の形成方法、ＩｎＰ回折格子の製造方法および分布帰還型レーザの製造方法 |
| CA2352059A1 (en) | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Masaki Funabashi | Gain-coupled distributed feedback type semiconductor laser device |
| JP5929571B2 (ja) * | 2012-07-09 | 2016-06-08 | 富士通株式会社 | 半導体レーザ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2768940B2 (ja) * | 1987-07-08 | 1998-06-25 | 三菱電機株式会社 | 単一波長発振半導体レーザ装置 |
-
1988
- 1988-12-23 JP JP63326826A patent/JP2687526B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7852894B2 (en) | 2007-09-04 | 2010-12-14 | Fujitsu Limited | Semiconductor laser and semiconductor optical integrated device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02172289A (ja) | 1990-07-03 |
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