JP3463740B2 - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
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- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2077—Methods of obtaining the confinement using lateral bandgap control during growth, e.g. selective growth, mask induced
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分布帰還型半導体
レーザに関し、特に広い温度範囲において単一軸モード
安定性に優れる分布帰還型半導体レーザに関する。
レーザに関し、特に広い温度範囲において単一軸モード
安定性に優れる分布帰還型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】分布帰還型半導体レーザ(DFBレーザ)は
長距離、大容量光通信用光源として用いられているが、
近年、比較的近距離での伝送への応用が検討されてい
る。このような応用においては、DFBレーザモジュール
を低コスト化する必要があり、従来のDFBレーザモジュ
ールに組み込まれていた温度調整器なしで動作するDFB
レーザの要求が高まっている。
長距離、大容量光通信用光源として用いられているが、
近年、比較的近距離での伝送への応用が検討されてい
る。このような応用においては、DFBレーザモジュール
を低コスト化する必要があり、従来のDFBレーザモジュ
ールに組み込まれていた温度調整器なしで動作するDFB
レーザの要求が高まっている。
【０００３】このような目的のために、活性層に歪多重
量子井戸構造を導入したDFBレーザが各所で開発されお
り、従来のバルク活性層の半導体レーザと比較して高温
での動作特性に優れるDFBレーザが実現されている。
量子井戸構造を導入したDFBレーザが各所で開発されお
り、従来のバルク活性層の半導体レーザと比較して高温
での動作特性に優れるDFBレーザが実現されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、歪多重
量子井戸活性層を用いたDFBレーザにおいても、利得ス
ペクトルの変化の温度依存性が大きく、高温あるいは低
温で動作させる場合に単一軸モード発振をしないという
問題があった。その理由は、温度変化に対するブラッグ
波長の変化量よりもバンドギャップ波長の変化量の方が
大きく、ブラッグ波長が利得を発生する波長領域内から
はずれてしまうためである。
量子井戸活性層を用いたDFBレーザにおいても、利得ス
ペクトルの変化の温度依存性が大きく、高温あるいは低
温で動作させる場合に単一軸モード発振をしないという
問題があった。その理由は、温度変化に対するブラッグ
波長の変化量よりもバンドギャップ波長の変化量の方が
大きく、ブラッグ波長が利得を発生する波長領域内から
はずれてしまうためである。
【０００５】本発明は、上記課題に鑑み、広い温度範囲
で安定な単一軸モード発振するDFBレーザを実現する分
布帰還型半導体レーザを提供することを目的とする。
で安定な単一軸モード発振するDFBレーザを実現する分
布帰還型半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に少なくとも活性層及び回折格子を有し、共振器軸方向
にわたって均一に電流注入される分布帰還型半導体レー
ザであって、前記活性層のバンドギャップ波長が、光出
射端面または該光出射端面と対向する後方端面におい
て、共振器軸方向のその他の領域より短波長となってい
ることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。さらに本
発明は、半導体基板上に少なくとも活性層及び回折格子
を有し、共振器軸方向にわたって均一に電流注入される
分布帰還型半導体レーザであって、前記活性層のバンド
ギャップ波長が、光出射端面及び該光出射端面と対向す
る後方端面の両方端面において、共振器軸方向の内部の
領域より短波長短波長となっており、活性層の屈折率変
化に伴い、前記回折格子の周期を変調させた変調部を有
することを特徴とする分布帰還型半導体レーザに関す
る。
に少なくとも活性層及び回折格子を有し、共振器軸方向
にわたって均一に電流注入される分布帰還型半導体レー
ザであって、前記活性層のバンドギャップ波長が、光出
射端面または該光出射端面と対向する後方端面におい
て、共振器軸方向のその他の領域より短波長となってい
ることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。さらに本
発明は、半導体基板上に少なくとも活性層及び回折格子
を有し、共振器軸方向にわたって均一に電流注入される
分布帰還型半導体レーザであって、前記活性層のバンド
ギャップ波長が、光出射端面及び該光出射端面と対向す
る後方端面の両方端面において、共振器軸方向の内部の
領域より短波長短波長となっており、活性層の屈折率変
化に伴い、前記回折格子の周期を変調させた変調部を有
することを特徴とする分布帰還型半導体レーザに関す
る。
【０００７】さらに本発明は、半導体基板上に少なくと
も活性層及び回折格子を有し、共振器軸方向にわたって
均一に電流注入される分布帰還型半導体レーザであっ
て、前記活性層のバンドギャップ波長が、共振器軸方向
において一定の領域と、この領域から光出射端面および
／または該光出射端面と対向する後方端面に向かって、
漸次短波長に変化する変化領域とを有し、前記変化領域
の少なくとも一部領域において、活性層の屈折率変化に
伴い、前記回折格子の周期を変調させた変調部を有する
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザに関する。
も活性層及び回折格子を有し、共振器軸方向にわたって
均一に電流注入される分布帰還型半導体レーザであっ
て、前記活性層のバンドギャップ波長が、共振器軸方向
において一定の領域と、この領域から光出射端面および
／または該光出射端面と対向する後方端面に向かって、
漸次短波長に変化する変化領域とを有し、前記変化領域
の少なくとも一部領域において、活性層の屈折率変化に
伴い、前記回折格子の周期を変調させた変調部を有する
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザに関する。
【０００８】さらに本発明は、半導体基板上に少なくと
も活性層及び回折格子を有し、共振器軸方向にわたって
均一に電流注入される分布帰還型半導体レーザであっ
て、前記活性層のバンドギャップ波長が、共振器軸方向
において最も長波長となっている部位と、該部位から光
出射端面および／または該光出射端面と対向する後方端
面に向かって、漸次短波長に変化する変化領域とを有
し、前記変化領域の少なくとも一部領域において、活性
層の屈折率変化に伴い、前記回折格子の周期を変調させ
た変調部を有することを特徴とする分布帰還型半導体レ
ーザに関する。
も活性層及び回折格子を有し、共振器軸方向にわたって
均一に電流注入される分布帰還型半導体レーザであっ
て、前記活性層のバンドギャップ波長が、共振器軸方向
において最も長波長となっている部位と、該部位から光
出射端面および／または該光出射端面と対向する後方端
面に向かって、漸次短波長に変化する変化領域とを有
し、前記変化領域の少なくとも一部領域において、活性
層の屈折率変化に伴い、前記回折格子の周期を変調させ
た変調部を有することを特徴とする分布帰還型半導体レ
ーザに関する。
【０００９】さらに本発明は、半導体基板上に少なくと
も活性層及び回折格子を有し、共振器軸方向にわたって
均一に電流注入される分布帰還型半導体レーザであっ
て、光出射端面において、窓領域を有し、かつ前記活性
層のバンドギャップ波長が、共振器軸方向において漸次
短波長に変化する変化領域を、前記窓領域に接して有
し、前記変化領域の少なくとも一部領域において、活性
層の屈折率変化に伴い、前記回折格子の周期を変調させ
た変調部を有することを特徴とする分布帰還型半導体レ
ーザに関する。
も活性層及び回折格子を有し、共振器軸方向にわたって
均一に電流注入される分布帰還型半導体レーザであっ
て、光出射端面において、窓領域を有し、かつ前記活性
層のバンドギャップ波長が、共振器軸方向において漸次
短波長に変化する変化領域を、前記窓領域に接して有
し、前記変化領域の少なくとも一部領域において、活性
層の屈折率変化に伴い、前記回折格子の周期を変調させ
た変調部を有することを特徴とする分布帰還型半導体レ
ーザに関する。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の分布帰還型半導
体レーザの一実施態様の断面図である。
体レーザの一実施態様の断面図である。
【００１２】図1は、半導体基板上であるn-InP基板1上
に回折格子2、光ガイド層3、活性層4、埋め込み層13が
順次形成され、この素子構造を上下の電極5、電極6で挟
んだ構造となっていることを示す。共振器軸方向の一方
の端面が光出射端面となっており、低反射率膜8が形成
され、もう一方の端面（後方端面と称する）には、高反
射率膜7が形成されている。本図では、活性層4の層厚
を、光出射端面において、その他の領域より薄くしたテ
ーパ領域10を設けている。
に回折格子2、光ガイド層3、活性層4、埋め込み層13が
順次形成され、この素子構造を上下の電極5、電極6で挟
んだ構造となっていることを示す。共振器軸方向の一方
の端面が光出射端面となっており、低反射率膜8が形成
され、もう一方の端面（後方端面と称する）には、高反
射率膜7が形成されている。本図では、活性層4の層厚
を、光出射端面において、その他の領域より薄くしたテ
ーパ領域10を設けている。
【００１３】例えばこのような構造にすることにより、
光出射端面において、活性層4のバンドギャップ波長を
漸次短波長に変化させることができる。
光出射端面において、活性層4のバンドギャップ波長を
漸次短波長に変化させることができる。
【００１４】また、図2(a)に図1の構造に対応する活性
層のバンドギャップ波長の位置依存性を示す。共振器軸
方向の内部から後方端面にかけての領域においては、バ
ンドギャップ波長は一定になっているが、光出射端面に
近い領域においては、活性層のバンドギャップ波長が短
波長に変化している。
層のバンドギャップ波長の位置依存性を示す。共振器軸
方向の内部から後方端面にかけての領域においては、バ
ンドギャップ波長は一定になっているが、光出射端面に
近い領域においては、活性層のバンドギャップ波長が短
波長に変化している。
【００１５】この半導体レーザの利得の波長依存性を図
2(b)に示す。本発明の半導体レーザでは、活性層のバン
ドギャップは共振器軸方向で不均一となり、その結果、
均一な活性層を有する半導体レーザと比較すると利得が
得られる波長幅は実質的に広くなる。このようにするこ
とにより、DFBレーザにおいて温度変化によりバンドギ
ャップ波長が変化した場合にも、利得スペクトル波長幅
が広いために、バンドギャップ波長とブラッグ波長の差
が大きくなっても、ブラッグ波長が利得の得られる波長
帯域からはずれることなく、安定な単一軸モード発振特
性が得られる。本図においては、共振器の光出射端面に
おいて、短波長になっているが、光出射端面と対向する
後方端面において、短波長になってもよい。
2(b)に示す。本発明の半導体レーザでは、活性層のバン
ドギャップは共振器軸方向で不均一となり、その結果、
均一な活性層を有する半導体レーザと比較すると利得が
得られる波長幅は実質的に広くなる。このようにするこ
とにより、DFBレーザにおいて温度変化によりバンドギ
ャップ波長が変化した場合にも、利得スペクトル波長幅
が広いために、バンドギャップ波長とブラッグ波長の差
が大きくなっても、ブラッグ波長が利得の得られる波長
帯域からはずれることなく、安定な単一軸モード発振特
性が得られる。本図においては、共振器の光出射端面に
おいて、短波長になっているが、光出射端面と対向する
後方端面において、短波長になってもよい。
【００１６】本発明は、上記の波長分布の他、例えば図
8(a)に示すように共振軸方向全体にわたって漸次変化す
る場合、図8(b)の示すように、共振器軸方向内部に、バ
ンドギャップ波長が最も長波長の部位があり、この部位
から、両端面に向かって、漸次短波長に変化する場合、
図8(c)に示すように、内部にバンドギャップ波長が一定
の領域があり、その領域から両端面に向かって、漸次短
波長に変化する場合等の波長分布が好ましい態様として
挙げられる。なお、図8(a)においては、バンドギャップ
波長が、光出射端面において、短波長になっているが、
後方端面において、短波長になる分布でも、同様の効果
を得ることができる。
8(a)に示すように共振軸方向全体にわたって漸次変化す
る場合、図8(b)の示すように、共振器軸方向内部に、バ
ンドギャップ波長が最も長波長の部位があり、この部位
から、両端面に向かって、漸次短波長に変化する場合、
図8(c)に示すように、内部にバンドギャップ波長が一定
の領域があり、その領域から両端面に向かって、漸次短
波長に変化する場合等の波長分布が好ましい態様として
挙げられる。なお、図8(a)においては、バンドギャップ
波長が、光出射端面において、短波長になっているが、
後方端面において、短波長になる分布でも、同様の効果
を得ることができる。
【００１７】さらに、図1に示す構造のように光出射端
面側または後方端面側で、バンドギャップ波長が短波長
となる活性層構造を選択成長を用いて形成する場合に
は、バンドギャップ波長の短波長化にしたがって活性層
の層厚は薄くなるように変化する。この場合、光出力面
近傍で光の閉じ込めが弱くなり、放射角が低減されると
いう効果も同時に得られる。
面側または後方端面側で、バンドギャップ波長が短波長
となる活性層構造を選択成長を用いて形成する場合に
は、バンドギャップ波長の短波長化にしたがって活性層
の層厚は薄くなるように変化する。この場合、光出力面
近傍で光の閉じ込めが弱くなり、放射角が低減されると
いう効果も同時に得られる。
【００１８】また、光出力面側の反射率を十分に低くす
るために窓構造と組み合わせて用いる場合には、共振器
軸方向に活性層を成長する部分と成長しない部分が混在
することになる。この成長する部分と成長しない部分の
境界領域においては、必ずしも急峻な層厚変化が得られ
ずに、成長条件によっては比較的長い領域にわたって徐
々に層厚および組成の変化する遷移領域が形成される場
合や、極端な場合には、この領域において活性層にくび
れが生ずる場合があった。これは、活性層の形成に選択
成長を用いているために発生し、活性層を成長する部分
と成長しない部分の境界の形状などは、成長条件に敏感
に左右されるためである。この長い領域にわたる遷移領
域の形成や、活性層のくびれの形成は、均一な素子特性
の再現性を損なう場合もあった。
るために窓構造と組み合わせて用いる場合には、共振器
軸方向に活性層を成長する部分と成長しない部分が混在
することになる。この成長する部分と成長しない部分の
境界領域においては、必ずしも急峻な層厚変化が得られ
ずに、成長条件によっては比較的長い領域にわたって徐
々に層厚および組成の変化する遷移領域が形成される場
合や、極端な場合には、この領域において活性層にくび
れが生ずる場合があった。これは、活性層の形成に選択
成長を用いているために発生し、活性層を成長する部分
と成長しない部分の境界の形状などは、成長条件に敏感
に左右されるためである。この長い領域にわたる遷移領
域の形成や、活性層のくびれの形成は、均一な素子特性
の再現性を損なう場合もあった。
【００１９】このような問題に対しても、少なくとも窓
領域近傍、すなわち光出力側の端面近傍の活性層をテー
パ状に形成し、活性層のバンドギャップ波長を漸次短波
長に変化させることにより、窓領域近傍の活性層のバン
ドギャップの制御性を高くできる。このバンドギャップ
波長の変化領域は、窓領域に接して形成され、共振器全
長にわたって形成されても、また一部に形成されてもよ
い。
領域近傍、すなわち光出力側の端面近傍の活性層をテー
パ状に形成し、活性層のバンドギャップ波長を漸次短波
長に変化させることにより、窓領域近傍の活性層のバン
ドギャップの制御性を高くできる。このバンドギャップ
波長の変化領域は、窓領域に接して形成され、共振器全
長にわたって形成されても、また一部に形成されてもよ
い。
【００２０】上記の各々の場合において、活性層のバン
ドギャップエネルギーの変化のさせかたは、所望の利得
特性に合わせて設計すればよく、特に限定を設けない。
例えば、図2(a)に示すように、直線的に波長を減少させ
ることも可能であるが、変化領域の起点（最も長波長と
なっているところ）においては、波長の減少率が大き
く、徐々に減少率が低下するような、ｎ次関数（例えば
2次関数、3次関数）または指数関数的な減少のさせかた
は、さらに好ましい。このような減少のさせかたをする
ことにより、比較的短いテーパ領域長で放射角を低減で
きるからである。一方、共振器軸方向で活性層のバンド
ギャップ波長を変化させた場合には、活性層の等価屈折
率も同時に変化する。したがって、本発明のさらに好ま
しい実施態様としては、活性層の等価屈折率変化に応じ
て回折格子周期を変化させた変調部を設ける。これによ
り、これにより共振器軸方向にわたって均一なブラッグ
波長が実現され、より一層の単一軸モード発振安定性を
得ることができるといった効果が得られる。（ここで、
等価屈折率とは、多層構造による光導波路を一つのある
屈折率を持つ媒体と考えた場合の等価な屈折率を意味す
る。） より詳しくは、ブラッグ波長＝２×回折格子周期×等価
屈折率の関係がある。一方、活性層の厚みが、薄くなる
にしたがって、等価屈折率が減少する。したがって、こ
の等価屈折率の減少を相殺し、ブラッグ波長が一定にな
るように、回折格子の周期を長くしていけばよい。ま
た、テーパ領域内の等価屈折率については、例えば、活
性層の断面形状から計算して求めることができる。
ドギャップエネルギーの変化のさせかたは、所望の利得
特性に合わせて設計すればよく、特に限定を設けない。
例えば、図2(a)に示すように、直線的に波長を減少させ
ることも可能であるが、変化領域の起点（最も長波長と
なっているところ）においては、波長の減少率が大き
く、徐々に減少率が低下するような、ｎ次関数（例えば
2次関数、3次関数）または指数関数的な減少のさせかた
は、さらに好ましい。このような減少のさせかたをする
ことにより、比較的短いテーパ領域長で放射角を低減で
きるからである。一方、共振器軸方向で活性層のバンド
ギャップ波長を変化させた場合には、活性層の等価屈折
率も同時に変化する。したがって、本発明のさらに好ま
しい実施態様としては、活性層の等価屈折率変化に応じ
て回折格子周期を変化させた変調部を設ける。これによ
り、これにより共振器軸方向にわたって均一なブラッグ
波長が実現され、より一層の単一軸モード発振安定性を
得ることができるといった効果が得られる。（ここで、
等価屈折率とは、多層構造による光導波路を一つのある
屈折率を持つ媒体と考えた場合の等価な屈折率を意味す
る。） より詳しくは、ブラッグ波長＝２×回折格子周期×等価
屈折率の関係がある。一方、活性層の厚みが、薄くなる
にしたがって、等価屈折率が減少する。したがって、こ
の等価屈折率の減少を相殺し、ブラッグ波長が一定にな
るように、回折格子の周期を長くしていけばよい。ま
た、テーパ領域内の等価屈折率については、例えば、活
性層の断面形状から計算して求めることができる。
【００２１】この回折格子の変調部は、回折格子全体に
わたって形成しても良いし、一部領域に形成しても良
い。また、回折格子の形成領域は、共振器長に対して、
１／３以上、最も好ましくは、2／3程度である。
わたって形成しても良いし、一部領域に形成しても良
い。また、回折格子の形成領域は、共振器長に対して、
１／３以上、最も好ましくは、2／3程度である。
【００２２】（実施例１）図1を用いて、本発明の第一
の実施例について説明を行う。n-InP基板1上に回折格子
2を形成した後、選択成長により光ガイド層3、活性層4
を形成する。本発明においては、回折格子2に光ガイド
層3を形成し、活性層4を選択成長してもよい。
の実施例について説明を行う。n-InP基板1上に回折格子
2を形成した後、選択成長により光ガイド層3、活性層4
を形成する。本発明においては、回折格子2に光ガイド
層3を形成し、活性層4を選択成長してもよい。
【００２３】選択成長時に用いる絶縁膜パターンを図3
に示す。図3は一素子分のマスクパターンを示す図であ
る。回折格子2の両脇にSiO2マスクパターン11を形成
し、特に素子の光出射端面に相当する120μmの領域はテ
ーパ状に形成され、この領域でマスク幅が30μmから10
μmに変化するようなパターンとする。このように絶縁
膜パターンを形成したウエハを用いてMOVPEにより活性
層4を成長すると、光出射端面側に層厚が変化するテー
パ領域10が形成される。この領域は、図2に示したよう
に、ハンドギャップ波長が、直線的に減少する変化領域
となる。
に示す。図3は一素子分のマスクパターンを示す図であ
る。回折格子2の両脇にSiO2マスクパターン11を形成
し、特に素子の光出射端面に相当する120μmの領域はテ
ーパ状に形成され、この領域でマスク幅が30μmから10
μmに変化するようなパターンとする。このように絶縁
膜パターンを形成したウエハを用いてMOVPEにより活性
層4を成長すると、光出射端面側に層厚が変化するテー
パ領域10が形成される。この領域は、図2に示したよう
に、ハンドギャップ波長が、直線的に減少する変化領域
となる。
【００２４】本図のマスクパターンの場合は、光出射端
面に近い領域ほどバンドギャップは短波長側に、層厚は
薄くなるように変化する構造となる。なお、本実施例で
は1.5μm帯のレーザとし、室温におけるバンドギャップ
は均一な領域で1.56μmとし、光出射端面で1.53μmとな
るように形成し、ブラッグ波長は1.55μmとなるように
した。
面に近い領域ほどバンドギャップは短波長側に、層厚は
薄くなるように変化する構造となる。なお、本実施例で
は1.5μm帯のレーザとし、室温におけるバンドギャップ
は均一な領域で1.56μmとし、光出射端面で1.53μmとな
るように形成し、ブラッグ波長は1.55μmとなるように
した。
【００２５】また、活性層の下層側に形成する光ガイド
層3は、回折格子形成後、選択成長マスクパターンなし
で全面に成長することにより形成することも可能であ
り、あるいは、活性層の成長と同時に選択成長により作
製することも可能である。このようにして活性層を形成
した後にSiO2マスク11を除去し、p-InPで埋め込み、埋
め込み層13を形成した。このウエハを用いて、通常の電
極プロセスにより、上下の電極5、6の形成を経て、素子
をバーに切り出した後、光出力9側（光出射端面側）に
低反射率膜8、他方の端面側（後方端面側）に高反射率
膜7をコーティングした。以上の工程により作製した素
子の断面図を図1に示す。このようにして作製した素子
を評価したところ-40℃から85℃までの範囲で副モード
抑圧比が40dBの安定な単一軸モード発振が得られた。ま
た、放射角も水平、垂直方向ともに20°と通常の活性層
の素子と比較して狭い値が得られた。
層3は、回折格子形成後、選択成長マスクパターンなし
で全面に成長することにより形成することも可能であ
り、あるいは、活性層の成長と同時に選択成長により作
製することも可能である。このようにして活性層を形成
した後にSiO2マスク11を除去し、p-InPで埋め込み、埋
め込み層13を形成した。このウエハを用いて、通常の電
極プロセスにより、上下の電極5、6の形成を経て、素子
をバーに切り出した後、光出力9側（光出射端面側）に
低反射率膜8、他方の端面側（後方端面側）に高反射率
膜7をコーティングした。以上の工程により作製した素
子の断面図を図1に示す。このようにして作製した素子
を評価したところ-40℃から85℃までの範囲で副モード
抑圧比が40dBの安定な単一軸モード発振が得られた。ま
た、放射角も水平、垂直方向ともに20°と通常の活性層
の素子と比較して狭い値が得られた。
【００２６】（実施例２）次に図4を参照しながら、本
発明の第二の実施例について説明する。光出射端面近傍
に活性層4と回折格子2の存在しない窓領域12が形成され
ている点が第一の実施例と異なる点である。このように
窓構造を用いることにより光出射端面の反射率を制御性
よく低減でき、単一軸モード発振歩留まりを改善するこ
とができる。しかし一方で、選択成長で形成する活性層
と組み合わせて用いる場合には窓領域と活性層領域で成
長する領域としない領域が急峻に変化し、この領域にお
いて、活性層の層厚および組成が不安定になり、ある成
長条件においては活性層がくびれるなどの異常な成長が
発生する場合がある。このような問題に対して、本実施
例のように、窓領域近傍で活性層をテーパ状とすること
により、選択成長と窓構造を組み合わせる場合に問題と
なる窓領域近傍の活性層の異常成長が抑制され、活性層
の層厚、バンドギャップは選択成長マスクで決定される
テーパ形状に制御性よくかつ良好な再現性をもって作製
することができる。
発明の第二の実施例について説明する。光出射端面近傍
に活性層4と回折格子2の存在しない窓領域12が形成され
ている点が第一の実施例と異なる点である。このように
窓構造を用いることにより光出射端面の反射率を制御性
よく低減でき、単一軸モード発振歩留まりを改善するこ
とができる。しかし一方で、選択成長で形成する活性層
と組み合わせて用いる場合には窓領域と活性層領域で成
長する領域としない領域が急峻に変化し、この領域にお
いて、活性層の層厚および組成が不安定になり、ある成
長条件においては活性層がくびれるなどの異常な成長が
発生する場合がある。このような問題に対して、本実施
例のように、窓領域近傍で活性層をテーパ状とすること
により、選択成長と窓構造を組み合わせる場合に問題と
なる窓領域近傍の活性層の異常成長が抑制され、活性層
の層厚、バンドギャップは選択成長マスクで決定される
テーパ形状に制御性よくかつ良好な再現性をもって作製
することができる。
【００２７】なお、本実施例においては、窓領域を、光
出射端面から10μmの領域に形成し、テーパ領域は窓領
域から内部方向に100μmの範囲に形成した。バンドギャ
ップ波長の変化率は、実施例１と同様とした。
出射端面から10μmの領域に形成し、テーパ領域は窓領
域から内部方向に100μmの範囲に形成した。バンドギャ
ップ波長の変化率は、実施例１と同様とした。
【００２８】実施例１と同様な評価を行ったところ、副
モード抑圧比が40dBの良好な単一モード発振が得られ
た。放射角はテーパを形成しない通常のレーザで約30°
であったものが、20°まで低減された。また、単一軸モ
ード発振歩留まりが、窓構造のない素子と比較すると1.
2倍に改善された。
モード抑圧比が40dBの良好な単一モード発振が得られ
た。放射角はテーパを形成しない通常のレーザで約30°
であったものが、20°まで低減された。また、単一軸モ
ード発振歩留まりが、窓構造のない素子と比較すると1.
2倍に改善された。
【００２９】（実施例３）次に図5を参照しながら、本
発明の第三の実施例について説明する。本実施例ではテ
ーパ領域を長くして共振器全体において活性層4をテー
パ状としている点及び活性層の形状変化による等価屈折
率変化に対応して周期を変調した回折格子2を用いてい
る点が第一の実施例と異なる点である。
発明の第三の実施例について説明する。本実施例ではテ
ーパ領域を長くして共振器全体において活性層4をテー
パ状としている点及び活性層の形状変化による等価屈折
率変化に対応して周期を変調した回折格子2を用いてい
る点が第一の実施例と異なる点である。
【００３０】すなわち、光出射端面に近い領域になるほ
ど等価屈折率は小さくなるために、これに応じて回折格
子の周期が長くなるように形成している。このような周
期を変調した回折格子は近年の電子ビーム露光法により
容易に形成可能である。
ど等価屈折率は小さくなるために、これに応じて回折格
子の周期が長くなるように形成している。このような周
期を変調した回折格子は近年の電子ビーム露光法により
容易に形成可能である。
【００３１】なお、本実施例においては、バンドギャッ
プ波長の変化率は、実施例１と同様とし、また、回折格
子の変調については、ブラッグ波長が均一になるように
変調させた。
プ波長の変化率は、実施例１と同様とし、また、回折格
子の変調については、ブラッグ波長が均一になるように
変調させた。
【００３２】実施例１と同様な評価を行ったところ、副
モード抑圧比が40dBの良好な単一モード発振が得られ
た。放射角はテーパを形成しない通常のレーザで約30°
であったものが、20°まで低減された。また、単一軸モ
ード発振歩留まりが、回折格子の変調のない素子と比較
すると1.5倍に改善された。
モード抑圧比が40dBの良好な単一モード発振が得られ
た。放射角はテーパを形成しない通常のレーザで約30°
であったものが、20°まで低減された。また、単一軸モ
ード発振歩留まりが、回折格子の変調のない素子と比較
すると1.5倍に改善された。
【００３３】（実施例４）図6を用いて、本発明の第四
の実施例について説明を行う。本実施例では、共振器軸
方向の光出射端面側の一部分にのみ回折格子を形成した
構造でありかつ、テーパ領域に形成する回折格子の周期
をテーパによる光導波路の等価屈折率の減少に応じて長
くなるように変調した点が第一の実施例と異なる点であ
る。
の実施例について説明を行う。本実施例では、共振器軸
方向の光出射端面側の一部分にのみ回折格子を形成した
構造でありかつ、テーパ領域に形成する回折格子の周期
をテーパによる光導波路の等価屈折率の減少に応じて長
くなるように変調した点が第一の実施例と異なる点であ
る。
【００３４】すなわち、回折格子2を共振器軸長に対し
て、60％の領域にのみ形成し、活性層のテーパ領域12に
おいては、回折格子12の周期が長くなるようにした。こ
の回折格子の変調については、実施例3と同様に、ブラ
ッグ波長が均一になるように変調させた。
て、60％の領域にのみ形成し、活性層のテーパ領域12に
おいては、回折格子12の周期が長くなるようにした。こ
の回折格子の変調については、実施例3と同様に、ブラ
ッグ波長が均一になるように変調させた。
【００３５】本実施例のように共振器の一部分にのみ回
折格子を形成している構造においても、単一軸モード発
振歩留まりの改善も得ることができる。
折格子を形成している構造においても、単一軸モード発
振歩留まりの改善も得ることができる。
【００３６】実施例１と同様な評価を行ったところ、副
モード抑圧比が40dBの良好な単一モード発振が得られ
た。放射角はテーパを形成しない通常のレーザで約30°
であったものが、20°まで低減された。また、単一軸モ
ード発振歩留まりが、回折格子の変調のない素子と比較
すると1.5倍に改善された。
モード抑圧比が40dBの良好な単一モード発振が得られ
た。放射角はテーパを形成しない通常のレーザで約30°
であったものが、20°まで低減された。また、単一軸モ
ード発振歩留まりが、回折格子の変調のない素子と比較
すると1.5倍に改善された。
【００３７】（実施例５）図7を用いて、本発明の第五
の実施例について説明を行う。本実施例では、共振器軸
方向の中央部にλ/4位相シフト部14を有するλ/4位相シ
フト型DFBレーザであり、両方の端面に低反射率膜を施
していることが第一の実施例と異なる点である。
の実施例について説明を行う。本実施例では、共振器軸
方向の中央部にλ/4位相シフト部14を有するλ/4位相シ
フト型DFBレーザであり、両方の端面に低反射率膜を施
していることが第一の実施例と異なる点である。
【００３８】本実施例においては、λ/4位相シフト部14
の部位において、活性層の層厚が厚く、バンドギャップ
波長が最も長波長になっており、この部位から、光出射
端面及び後方端面に向かって、バンドギャップ波長が漸
次短波長になるように変化している。
の部位において、活性層の層厚が厚く、バンドギャップ
波長が最も長波長になっており、この部位から、光出射
端面及び後方端面に向かって、バンドギャップ波長が漸
次短波長になるように変化している。
【００３９】このようなλ/4位相シフト型DFBレーザで
も本発明の適用は可能であり、共振器の中央部を中心と
して対称にバンドギャップ波長の変化する活性層を形成
することにより同様の効果が得られる。
も本発明の適用は可能であり、共振器の中央部を中心と
して対称にバンドギャップ波長の変化する活性層を形成
することにより同様の効果が得られる。
【００４０】実施例１と同様な評価を行ったところ、副
モード抑圧比が50dBの良好な単一モード発振が得られ
た。放射角はテーパを形成しない通常のレーザで約30°
であったものが、20°まで低減された。また、単一軸モ
ード発振歩留まりが、回折格子の変調のない素子と比較
すると1.5倍に改善された。
モード抑圧比が50dBの良好な単一モード発振が得られ
た。放射角はテーパを形成しない通常のレーザで約30°
であったものが、20°まで低減された。また、単一軸モ
ード発振歩留まりが、回折格子の変調のない素子と比較
すると1.5倍に改善された。
【００４１】
【発明の効果】第1の効果は、選択成長により活性層を
形成する分布帰還型半導体レーザにおいて、利得スペク
トル波長幅を広くすることにより広い温度範囲で安定な
単一軸モード発振するDFBレーザが得られることにあ
る。
形成する分布帰還型半導体レーザにおいて、利得スペク
トル波長幅を広くすることにより広い温度範囲で安定な
単一軸モード発振するDFBレーザが得られることにあ
る。
【００４２】その理由は、従来のDFBレーザでは共振器
軸方向で均一なバンドギャップを有する活性層が用いら
れたことに対して、本発明のDFBレーザでは共振器軸方
向にバンドギャップが変化するよな活性層を用いている
ことによる。このようにすることにより、利得スペクト
ル波長幅が広くなり、広い温度範囲でバンドギャップ波
長が変化した場合にでも、DFBレーザが発振するブラッ
グ波長が利得の得られる波長帯域に入るためである。
軸方向で均一なバンドギャップを有する活性層が用いら
れたことに対して、本発明のDFBレーザでは共振器軸方
向にバンドギャップが変化するよな活性層を用いている
ことによる。このようにすることにより、利得スペクト
ル波長幅が広くなり、広い温度範囲でバンドギャップ波
長が変化した場合にでも、DFBレーザが発振するブラッ
グ波長が利得の得られる波長帯域に入るためである。
【００４３】第2の効果は、素子の放射角が低減され光
ファイバとの結合効率が高くなることにある。
ファイバとの結合効率が高くなることにある。
【００４４】その理由は、光出射端面に向かって活性層
のバンドギャップ波長を短波長となるように選択成長に
より活性層を形成すると、活性層の層厚は光出射端面付
近で薄くなり、その結果、等価屈折率及び光閉じ込めが
光出射端面付近で小さくなるためである。
のバンドギャップ波長を短波長となるように選択成長に
より活性層を形成すると、活性層の層厚は光出射端面付
近で薄くなり、その結果、等価屈折率及び光閉じ込めが
光出射端面付近で小さくなるためである。
【００４５】第3の効果は、窓構造を形成した場合にお
いても、窓構造付近での活性層形状が制御性よく形成さ
れることにある。
いても、窓構造付近での活性層形状が制御性よく形成さ
れることにある。
【００４６】その理由は、通常、選択成長において活性
層を成長する部分としない部分との境界では成長条件に
よっては、活性層の組成や層厚を急峻に変化させること
が困難であり、この領域近傍でテーパ形状となる活性層
構造とすることにより、この近傍の活性層形状が選択成
長マスク形状を良好に反映し制御性が高まるためであ
る。
層を成長する部分としない部分との境界では成長条件に
よっては、活性層の組成や層厚を急峻に変化させること
が困難であり、この領域近傍でテーパ形状となる活性層
構造とすることにより、この近傍の活性層形状が選択成
長マスク形状を良好に反映し制御性が高まるためであ
る。
【図１】本発明の分布帰還型半導体レーザの一実施形態
の断面構造を示す。
の断面構造を示す。
【図２】図1の分布帰還型半導体レーザにおけるバンド
ギャップ波長の位置依存性を示す。
ギャップ波長の位置依存性を示す。
【図３】本発明の分布帰還型半導体レーザの製造工程を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図４】本発明の分布帰還型半導体レーザの一実施形態
の断面構造を示す。
の断面構造を示す。
【図５】本発明の分布帰還型半導体レーザの一実施形態
の断面構造を示す。
の断面構造を示す。
【図６】本発明の分布帰還型半導体レーザの一実施形態
の断面構造を示す。
の断面構造を示す。
【図７】本発明の分布帰還型半導体レーザの一実施形態
の断面構造を示す。
の断面構造を示す。
【図８】本発明の分布帰還型半導体レーザにおけるバン
ドギャップ波長の位置依存性を模式的に示したものであ
る。
ドギャップ波長の位置依存性を模式的に示したものであ
る。
1 n-InP基板
2 回折格子
3 光ガイド層
4 活性層
5 電極
6 電極
7 高反射率膜
8 低反射率膜
9 光出力
10 テーパ領域
11 SiO2マスク
12 窓領域
13 埋め込み層
14 位相シフト部
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−308556（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−321958（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−186391（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−202334（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−202316（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−51066（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−204610（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−93196（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−283490（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−196798（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−196799（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−70590（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−124887（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−14984（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
Claims (11)
- 【請求項１】 半導体基板上に少なくとも活性層及び回
折格子を有し、共振器軸方向にわたって均一に電流注入
される分布帰還型半導体レーザであって、前記活性層の
バンドギャップ波長が、光出射端面または該光出射端面
と対向する後方端面において、共振器軸方向のその他の
領域より短波長となっており、活性層の屈折率変化に伴
い、前記回折格子の周期を変調させた変調部を有するこ
とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記光出射端面または該光出射端面と対
向する後方端面の近傍において、前記活性層の層厚が、
その他の領域より薄くなっていることを特徴とする請求
項１記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項３】 半導体基板上に少なくとも活性層及び回
折格子を有し、共振器軸方向にわたって均一に電流注入
される分布帰還型半導体レーザであって、前記活性層の
バンドギャップ波長が、光出射端面及び該光出射端面と
対向する後方端面の両方端面において、共振器軸方向の
内部の領域より短波長になっており、活性層の屈折率変
化に伴い、前記回折格子の周期を変調させた変調部を有
することを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記光出射端面及び該光出射端面と対向
する後方端面の近傍において、前記活性層の層厚が、前
記内部の領域より薄くなっていることを特徴とする請求
項３記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項５】 半導体基板上に少なくとも活性層及び回
折格子を有し、共振器軸方向にわたって均一に電流注入
される分布帰還型半導体レーザであって、前記活性層の
バンドギャップ波長が、共振器軸方向において一定の領
域と、この領域から光出射端面および／または該光出射
端面と対向する後方端面に向かって、漸次短波長に変化
する変化領域とを有し、前記変化領域の少なくとも一部
領域において、活性層の屈折率変化に伴い、前記回折格
子の周期を変調させた変調部を有することを特徴とする
分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項６】 半導体基板上に少なくとも活性層及び回
折格子を有し、共振器軸方向にわたって均一に電流注入
される分布帰還型半導体レーザであって、前記活性層の
バンドギャップ波長が、共振器軸方向において最も長波
長となっている部位と、該部位から光出射端面および／
または該光出射端面と対向する後方端面に向かって、漸
次短波長に変化する変化領域とを有し、前記変化領域の
少なくとも一部領域において、活性層の屈折率変化に伴
い、前記回折格子の周期を変調させた変調部を有するこ
とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記最も長波長となっている部位が、内
部領域にあることを特徴とする請求項６記載の分布帰還
型半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記最も長波長となっている部位が、光
出射端面または該光出射端面と対向する後方端面の位置
と一致することを特徴とする請求項６記載の分布帰還型
半導体レーザ。 - 【請求項９】 半導体基板上に少なくとも活性層及び回
折格子を有し、共振器軸方向にわたって均一に電流注入
される分布帰還型半導体レーザであって、光出射端面に
おいて、窓領域を有し、かつ前記活性層のバンドギャッ
プ波長が、共振器軸方向において漸次短波長に変化する
変化領域を、前記窓領域に接して有し、前記変化領域の
少なくとも一部領域において、活性層の屈折率変化に伴
い、前記回折格子の周期を変調させた変調部を有するこ
とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項１０】 前記変化領域において、前記活性層の
層厚が漸次薄くすることにより、前記活性層のバンドギ
ャップ波長を漸次短波長に変化させることを特徴とする
請求項５〜９のいずれかに記載の分布帰還型半導体レー
ザ。 - 【請求項１１】 前記変化領域の少なくとも一部領域に
おいて、活性層の屈折率変化に伴い、前記回折格子の周
期を変調させた変調部を有することを特徴とする請求項
５〜１０のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06526499A JP3463740B2 (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | 分布帰還型半導体レーザ |
| EP00105199A EP1037343A3 (en) | 1999-03-11 | 2000-03-13 | Distributed feedback semiconductor laser |
| US09/524,219 US6526087B1 (en) | 1999-03-11 | 2000-03-13 | Distributed feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06526499A JP3463740B2 (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000261093A JP2000261093A (ja) | 2000-09-22 |
| JP3463740B2 true JP3463740B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=13281897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06526499A Expired - Fee Related JP3463740B2 (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6526087B1 (ja) |
| EP (1) | EP1037343A3 (ja) |
| JP (1) | JP3463740B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
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|---|---|---|---|---|
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