JP3235627B2 - 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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- JP3235627B2 JP3235627B2 JP01748993A JP1748993A JP3235627B2 JP 3235627 B2 JP3235627 B2 JP 3235627B2 JP 01748993 A JP01748993 A JP 01748993A JP 1748993 A JP1748993 A JP 1748993A JP 3235627 B2 JP3235627 B2 JP 3235627B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光通信、光情報処理
（光集積回路）等の分野で光源として用いられる半導体
レーザに関し、特に分布帰還型半導体レーザの構造に関
するものである。
（光集積回路）等の分野で光源として用いられる半導体
レーザに関し、特に分布帰還型半導体レーザの構造に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、分布帰還型半導体レーザは、単一
モード性が優れ、高速動作に適するため、光通信、光情
報処理（光集積回路）等の情報伝達に光を用いる分野に
おいて、その光源として用いられている。
モード性が優れ、高速動作に適するため、光通信、光情
報処理（光集積回路）等の情報伝達に光を用いる分野に
おいて、その光源として用いられている。
【０００３】この分布帰還型半導体レーザは、例えばKA
ZUO SAKAI etc."1.5μm Range InGaAsP/InP Distribute
d Feedback Lasers",IEEE J. of Quantum Electronics
vol.QE-18 No.8,pp.1272-1278,1982に示されているよう
に、光導波層となる活性層の上側ないし下側のいずれか
一方に周期的な屈折率変動を持つ回折格子層を作り込む
ことで光を分布的に帰還させ発振を得ており、この回折
格子層の周期構造を作製する技術が必須である。
ZUO SAKAI etc."1.5μm Range InGaAsP/InP Distribute
d Feedback Lasers",IEEE J. of Quantum Electronics
vol.QE-18 No.8,pp.1272-1278,1982に示されているよう
に、光導波層となる活性層の上側ないし下側のいずれか
一方に周期的な屈折率変動を持つ回折格子層を作り込む
ことで光を分布的に帰還させ発振を得ており、この回折
格子層の周期構造を作製する技術が必須である。
【０００４】なお、この周期構造の周期は通常極めて短
く、例えば１．３μｍ帯のレーザ発振を得る場合、０．
２μｍ程度になる。また、このような微細な周期構造を
得るために、通常、干渉露光法を用いるのが一般的であ
り、この干渉露光法では、光導波層が作り込まれた半導
体基板表面にレジストを塗布した後、２方向からレーザ
光を照射することでできる干渉パターンで露光し、この
格子状のレジストを用いて現像、エッチングすることで
表面全体に回折格子の周期構造を作り込んでいる。
く、例えば１．３μｍ帯のレーザ発振を得る場合、０．
２μｍ程度になる。また、このような微細な周期構造を
得るために、通常、干渉露光法を用いるのが一般的であ
り、この干渉露光法では、光導波層が作り込まれた半導
体基板表面にレジストを塗布した後、２方向からレーザ
光を照射することでできる干渉パターンで露光し、この
格子状のレジストを用いて現像、エッチングすることで
表面全体に回折格子の周期構造を作り込んでいる。
【０００５】一方、一般的な半導体レーザは、活性層か
ら出力される光を伝送路となる光ファイバに結合させて
用いるため、出力端の光強度分布が、上下、左右に対称
で、かつ光ファイバと同じ円形に近いほどより効率よく
結合できる。
ら出力される光を伝送路となる光ファイバに結合させて
用いるため、出力端の光強度分布が、上下、左右に対称
で、かつ光ファイバと同じ円形に近いほどより効率よく
結合できる。
【０００６】したがって、その構造は例えば図４（ａ）
に示すように、活性層１に対し垂直方向に第１及び第２
のガイド層２ａ、２ｂを設け、さらに第１及び第２のク
ラッド層３ａ、３ｂを設けることで、同図（ｂ）に示す
ような活性層１を中心として垂直方向に対称な屈折率分
布にし、出力端面における光強度分布を同図（ｃ）に示
しように対称にしている。
に示すように、活性層１に対し垂直方向に第１及び第２
のガイド層２ａ、２ｂを設け、さらに第１及び第２のク
ラッド層３ａ、３ｂを設けることで、同図（ｂ）に示す
ような活性層１を中心として垂直方向に対称な屈折率分
布にし、出力端面における光強度分布を同図（ｃ）に示
しように対称にしている。
【０００７】これに対し、従来の分布帰還型半導体レー
ザの構造は、図５（ａ）に示すように、活性層１の上側
（下側であってもよい）に設けられた第１のガイド層２
ａと第１のクラッド層３ａとの間に回折格子層４を設
け、光をこの回折格子層４で分布的に帰還させることで
発振を得ている。
ザの構造は、図５（ａ）に示すように、活性層１の上側
（下側であってもよい）に設けられた第１のガイド層２
ａと第１のクラッド層３ａとの間に回折格子層４を設
け、光をこの回折格子層４で分布的に帰還させることで
発振を得ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の分布帰還型半導
体レーザは、以上のように活性層の上側あるいは下側の
いずれか一方に回折格子層を設けた構造になっているの
で、このレーザ出力端面における屈折率分布は図５
（ｂ）に示すように活性層を中心として垂直方向に対称
にならず、したがって同図（ｃ）に示すように光強度分
布も活性層を中心にして垂直方向に非対称な分布とな
り、光ファイバへ効率よく結合することができないとい
う課題があった。
体レーザは、以上のように活性層の上側あるいは下側の
いずれか一方に回折格子層を設けた構造になっているの
で、このレーザ出力端面における屈折率分布は図５
（ｂ）に示すように活性層を中心として垂直方向に対称
にならず、したがって同図（ｃ）に示すように光強度分
布も活性層を中心にして垂直方向に非対称な分布とな
り、光ファイバへ効率よく結合することができないとい
う課題があった。
【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、光ファイバへの結合効率を向上さ
せる分布帰還型半導体レーザの構造及びその製造方法を
提供することを目的としてする。
めになされたもので、光ファイバへの結合効率を向上さ
せる分布帰還型半導体レーザの構造及びその製造方法を
提供することを目的としてする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明に係る分布帰還
型半導体レーザは、活性層の一方の表面側に形成された
ガイド層とクラッド層との間に作り込まれた周期的な屈
折率変動あるいは利得変動を得る周期構造を有する回折
格子層の出力端近傍に、この周期構造のないフラット領
域を設けることで、この出力端近傍において、活性層に
対して垂直方向の屈折率分布を対称にする構造としたこ
とを特徴としている。なお、この回折格子層は活性層に
対して上側に構成しても下側に構成してもよい。
型半導体レーザは、活性層の一方の表面側に形成された
ガイド層とクラッド層との間に作り込まれた周期的な屈
折率変動あるいは利得変動を得る周期構造を有する回折
格子層の出力端近傍に、この周期構造のないフラット領
域を設けることで、この出力端近傍において、活性層に
対して垂直方向の屈折率分布を対称にする構造としたこ
とを特徴としている。なお、この回折格子層は活性層に
対して上側に構成しても下側に構成してもよい。
【００１１】特に、上記回折格子層の出力端近傍に設け
られたフラット領域は、導波方向の長さが当該分布帰還
型半導体レーザの導波方向の長さと比較して十分に短
く、かつ当該分布帰還型半導体レーザ自身の特性に影響
しない長さであり、具体的には、通常３００〜１０００
μｍのレーザ長（導波方向の長さ）に対し１０〜２０μ
ｍ程度作り込まれる。
られたフラット領域は、導波方向の長さが当該分布帰還
型半導体レーザの導波方向の長さと比較して十分に短
く、かつ当該分布帰還型半導体レーザ自身の特性に影響
しない長さであり、具体的には、通常３００〜１０００
μｍのレーザ長（導波方向の長さ）に対し１０〜２０μ
ｍ程度作り込まれる。
【００１２】また、その製造方法は、干渉露光法に先立
ち予め上記フラット領域にする所定の領域を一定幅にわ
たり露光することで周期構造をなくすか、あるいは予め
光導波層が作り込まれた基板全面に干渉露光法により周
期構造を作製した後、所定の領域を一定幅にわたりエッ
チングすることで周期構造をなくすことを特徴としてい
る。
ち予め上記フラット領域にする所定の領域を一定幅にわ
たり露光することで周期構造をなくすか、あるいは予め
光導波層が作り込まれた基板全面に干渉露光法により周
期構造を作製した後、所定の領域を一定幅にわたりエッ
チングすることで周期構造をなくすことを特徴としてい
る。
【００１３】
【作用】この発明における分布帰還型半導体レーザは、
回折格子層の出力端近傍に、周期的な屈折率変動あるい
は利得変動を得る周期構造のないフラット領域を設ける
ことで、この周期構造を有する部分における活性層を中
心とした垂直方向の屈折率分布は非対称であるが、出力
端近傍において、活性層に対して垂直方向の屈折率分布
が対称になるので、レーザ出力端面における光強度分布
は活性層に対して垂直方向の対称性が保証される。
回折格子層の出力端近傍に、周期的な屈折率変動あるい
は利得変動を得る周期構造のないフラット領域を設ける
ことで、この周期構造を有する部分における活性層を中
心とした垂直方向の屈折率分布は非対称であるが、出力
端近傍において、活性層に対して垂直方向の屈折率分布
が対称になるので、レーザ出力端面における光強度分布
は活性層に対して垂直方向の対称性が保証される。
【００１４】特に、上記回折格子層の出力端近傍に設け
られたフラット領域は、導波方向の長さが１０〜２０μ
ｍ程度であり、当該分布帰還型半導体レーザの導波方向
の長さ３００〜１０００μｍと比較して十分に短いの
で、当該分布帰還型半導体レーザ自身の特性を損なうこ
とがない。
られたフラット領域は、導波方向の長さが１０〜２０μ
ｍ程度であり、当該分布帰還型半導体レーザの導波方向
の長さ３００〜１０００μｍと比較して十分に短いの
で、当該分布帰還型半導体レーザ自身の特性を損なうこ
とがない。
【００１５】また、その製造方法は、干渉露光法に先立
ち予め上記フラット領域にする所定の領域を一定幅にわ
たり露光するか、あるいは予め光導波層が作り込まれた
基板全面に干渉露光法により周期構造を作製した後、所
定部分を一定幅にわたりエッチングすることにより、回
折格子層における所望の位置の屈折率変動あるいは利得
変動の周期構造をなくす。
ち予め上記フラット領域にする所定の領域を一定幅にわ
たり露光するか、あるいは予め光導波層が作り込まれた
基板全面に干渉露光法により周期構造を作製した後、所
定部分を一定幅にわたりエッチングすることにより、回
折格子層における所望の位置の屈折率変動あるいは利得
変動の周期構造をなくす。
【００１６】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図１乃至図３を
用いて説明する。なお、図中同一部分には同一符号を付
して説明を省略する。
用いて説明する。なお、図中同一部分には同一符号を付
して説明を省略する。
【００１７】図１は、この発明に係る分布帰還型半導体
レーザの構造を示す斜視断面図であり、この分布帰還型
半導体レーザは光導波層となる活性層１の両表面にガイ
ド層２ａ、２ｂを形成し、この活性層１の上側あるいは
下側のいずれか一方であって、例えばガイド層２ａとク
ラッド層３ａとの間に周期的な屈折率変動あるいは利得
変動を有する回折格子層４が作り込まれている（なお、
ここでは回折格子層４はガイド層２ａとクラッド層３ａ
との界面に作り込まれた回折格子を含む部分をいう）。
レーザの構造を示す斜視断面図であり、この分布帰還型
半導体レーザは光導波層となる活性層１の両表面にガイ
ド層２ａ、２ｂを形成し、この活性層１の上側あるいは
下側のいずれか一方であって、例えばガイド層２ａとク
ラッド層３ａとの間に周期的な屈折率変動あるいは利得
変動を有する回折格子層４が作り込まれている（なお、
ここでは回折格子層４はガイド層２ａとクラッド層３ａ
との界面に作り込まれた回折格子を含む部分をいう）。
【００１８】そして、この回折格子層４は活性層１に対
して導波方向に全面に作り込まれるのではなく、上記周
期構造を有さないフラット領域５が出力端近傍に設けら
れている。
して導波方向に全面に作り込まれるのではなく、上記周
期構造を有さないフラット領域５が出力端近傍に設けら
れている。
【００１９】以上のような構造により、当該分布帰還型
半導体レーザの活性層１に対する垂直方向の屈折率分布
は、この周期構造を有する部分（図１中、Ａ−Ａ´で示
す部分）において図２（ａ）に示すように活性層１に対
して非対称となる。一方、周期構造を有さない部分（図
１中、Ｂ−Ｂ´で示す部分）では図２（ｂ）に示すよう
に活性層１に対して対称となるため、出力端面にいける
光強度分布は活性層１に対して垂直方向の対称性が保証
される。
半導体レーザの活性層１に対する垂直方向の屈折率分布
は、この周期構造を有する部分（図１中、Ａ−Ａ´で示
す部分）において図２（ａ）に示すように活性層１に対
して非対称となる。一方、周期構造を有さない部分（図
１中、Ｂ−Ｂ´で示す部分）では図２（ｂ）に示すよう
に活性層１に対して対称となるため、出力端面にいける
光強度分布は活性層１に対して垂直方向の対称性が保証
される。
【００２０】次に、上記構造の分布帰還型半導体レーザ
の製造方法について図３を用いて説明する。
の製造方法について図３を用いて説明する。
【００２１】まず、第１の工程において、予め光導波層
が作り込まれている半導体基板６表面（この半導体基板
６にはすでにガイド層２ａ、２ｂ及びクラッド層３ｂが
作り込まれている）にレジスト７を塗布し、マスク８を
用いて所定部分を一定幅にわたって露光する（図３
（ａ））。
が作り込まれている半導体基板６表面（この半導体基板
６にはすでにガイド層２ａ、２ｂ及びクラッド層３ｂが
作り込まれている）にレジスト７を塗布し、マスク８を
用いて所定部分を一定幅にわたって露光する（図３
（ａ））。
【００２２】そして、続けて干渉露光法によって半導体
基板６表面の全体を干渉パターンで露光する（図３
（ｂ））。
基板６表面の全体を干渉パターンで露光する（図３
（ｂ））。
【００２３】次に、上記半導体基板６表面を露光された
格子状のレジスト７を用いて現像、エッチングし、回折
格子の周期構造を有する回折格子層４と周期構造のない
フラット領域５を形成する（図３（ｃ））。
格子状のレジスト７を用いて現像、エッチングし、回折
格子の周期構造を有する回折格子層４と周期構造のない
フラット領域５を形成する（図３（ｃ））。
【００２４】そして、以上のように部分的に回折格子の
周期構造が形成された半導体基板６表面にクラッド層３
ａとなる層を形成し、回折格子の周期構造のないフラッ
ト領域５を出力端面として、活性層１に対し垂直方向に
切断することでこの発明に係る分布帰還型半導体レーザ
を作製する（図３（ｄ））。
周期構造が形成された半導体基板６表面にクラッド層３
ａとなる層を形成し、回折格子の周期構造のないフラッ
ト領域５を出力端面として、活性層１に対し垂直方向に
切断することでこの発明に係る分布帰還型半導体レーザ
を作製する（図３（ｄ））。
【００２５】なお、上記実施例では半導体基板６表面を
一定幅にわたり周期構造を取り除く別の手段として、マ
スク８を用いて露光した後に干渉露光法による干渉パタ
ーンでさらに露光するようにしたが、上記干渉露光法に
よる干渉パターンで半導体基板６表面の全体に周期構造
を作製した後、所定の部分のみ再度エッチングし、周期
構造をなくすようにしても同様の効果を奏する。
一定幅にわたり周期構造を取り除く別の手段として、マ
スク８を用いて露光した後に干渉露光法による干渉パタ
ーンでさらに露光するようにしたが、上記干渉露光法に
よる干渉パターンで半導体基板６表面の全体に周期構造
を作製した後、所定の部分のみ再度エッチングし、周期
構造をなくすようにしても同様の効果を奏する。
【００２６】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、活性層
の一方の表面側に形成されたガイド層とクラッド層との
間に作り込まれた周期的な屈折率変動あるいは利得変動
を得る周期構造を有する回折格子層の出力端近傍に、こ
の周期構造のないフラット領域を設け、この出力端近傍
において、活性層に対して垂直方向の屈折率分布を対称
にする構造とすることにより、上記活性層を中心とした
光強度分布の対称性が保証され、これにより光ファイバ
への結合効率が向上するので、同等の性能を有する従来
の分布帰還型半導体レーザ（例えば図５）に比べ、光フ
ァイバに結合した光は多くなり、実質的に光出力の増加
と同等の効果がある。
の一方の表面側に形成されたガイド層とクラッド層との
間に作り込まれた周期的な屈折率変動あるいは利得変動
を得る周期構造を有する回折格子層の出力端近傍に、こ
の周期構造のないフラット領域を設け、この出力端近傍
において、活性層に対して垂直方向の屈折率分布を対称
にする構造とすることにより、上記活性層を中心とした
光強度分布の対称性が保証され、これにより光ファイバ
への結合効率が向上するので、同等の性能を有する従来
の分布帰還型半導体レーザ（例えば図５）に比べ、光フ
ァイバに結合した光は多くなり、実質的に光出力の増加
と同等の効果がある。
【００２７】さらに、各種光通信システムにおいては、
光出力が実質的に増加することにより、Ｓ／Ｎ比の向上
させ、伝送距離を飛躍的に増大させるという効果があ
る。
光出力が実質的に増加することにより、Ｓ／Ｎ比の向上
させ、伝送距離を飛躍的に増大させるという効果があ
る。
【図１】この発明に係る分布帰還型半導体レーザの一実
施例による構成を示す斜視断面図である。
施例による構成を示す斜視断面図である。
【図２】この発明に係る分布帰還型半導体レーザ各部に
おける活性層に対して垂直方向の屈折率分布を示す図で
ある。
おける活性層に対して垂直方向の屈折率分布を示す図で
ある。
【図３】この発明に係る分布帰還型半導体レーザの製造
方法における各工程を説明するための図である。
方法における各工程を説明するための図である。
【図４】一般的な半導体レーザの構成を示す断面図であ
る。
る。
【図５】従来の分布帰還型半導体レーザの構成を示す断
面図である。
面図である。
１…活性層、２ａ…第１のガイド層、２ｂ…第２のガイ
ド層、３ａ…第１のクラッド層、３ｂ…第２のクラッド
層、４…回折格子層、５…フラット領域、６…半導体基
板、７…レジスト、７…マスク。
ド層、３ａ…第１のクラッド層、３ｂ…第２のクラッド
層、４…回折格子層、５…フラット領域、６…半導体基
板、７…レジスト、７…マスク。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (3)
- 【請求項１】 活性層の一方の表面側に形成されたガイ
ド層とクラッド層との間に、周期的に屈折率変動あるい
は利得変動を周期構造を有し、光を分布的に帰還させて
発振を得るための回折格子層が作り込まれた分布帰還型
半導体レーザにおいて、 前記回折格子の出力端近傍のみに前記周期構造のないフ
ラット領域が設けられており、 前記フラット領域が設けられた出力端近傍における前記
活性層に対して垂直方向の屈折率分布が、該垂直方向の
光強度分布の対称性が補償されるよう、該活性層を中心
として対称になっていることを特徴とする分布帰還型半
導体レーザ。特徴とする請求項１記載の分布帰還型半導
体レーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ
の製造方法であって、 予め光導波路層が作り込まれている半導体基板表面にレ
ジストを塗布し、所定部分を一定幅にわたって露光した
後、干渉露光法によって表面全体を干渉パターンで露光
する第１の工程と、 前記半導体基板表面を露光されたレジストを用いて現
像、エッチングし、回折格子の周期構造を有する領域と
該周期構造のない領域を形成する第２工程と、 前記部分的に回折格子の周期構造が形成された半導体基
板表面にクラッド層を形成し、出力端面を得るべく前記
周期構造のない領域において該半導体基板を積層方向に
切断するとともに、該出力端面と対向する端面を得るべ
く前記周期構造を有する領域において該半導体基板を積
層方向に切断する第３の工程を備えた分布帰還型半導体
レーザの製造方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ
の製造方法であって、 予め光導波路層が作り込まれている半導体基板表面にレ
ジストを塗布し、干渉露光法によって表面全体を干渉パ
ターンで露光し、該露光された格子状のレジストを用い
て現像、エッチングして回折格子の周期構造を形成する
第１の工程と、 前記回折格子の周期構造が形成された半導体基板表面の
うち、所定部分を一定幅にわたってエッチングし、該周
期構造をなくす第２の工程と、 前記部分的に回折格子の周期構造が形成された半導体基
板表面にクラッド層を形成し、出力端面を得るべく前記
周期構造のない領域において該半導体基板を積層方向に
切断するとともに、該出力端面と対向する端面を得るべ
く前記周期構造を有する領域において該半導体基板を積
層方向に切断する第３の工程を備えた分布帰還型半導体
レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01748993A JP3235627B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP01748993A JP3235627B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 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 |
|---|---|
| JPH06232499A JPH06232499A (ja) | 1994-08-19 |
| JP3235627B2 true JP3235627B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=11945423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01748993A Expired - Lifetime JP3235627B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 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) | JP3235627B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08160257A (ja) * | 1994-10-07 | 1996-06-21 | Ricoh Co Ltd | 光伝送モジュールの実装構造 |
| JP6790364B2 (ja) * | 2016-01-25 | 2020-11-25 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置 |
-
1993
- 1993-02-04 JP JP01748993A patent/JP3235627B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06232499A (ja) | 1994-08-19 |
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