JPH01179487A - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
分布帰還型半導体レーザInfo
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- JPH01179487A JPH01179487A JP63001881A JP188188A JPH01179487A JP H01179487 A JPH01179487 A JP H01179487A JP 63001881 A JP63001881 A JP 63001881A JP 188188 A JP188188 A JP 188188A JP H01179487 A JPH01179487 A JP H01179487A
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- Japan
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- distributed feedback
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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
-
- 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
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- 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
- H01S5/124—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 incorporating phase shifts
-
- H—ELECTRICITY
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- 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
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- 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
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/164—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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〕
本発明は分布帰還型半導体レーザに関する。
レーザ共振器内に回折格子を備えている分布帰還型半導
体レーザ（以下ＤＦＢレーザ）は、高速変調時にも単一
軸モードで発振するため、長距離大容量の光伝送システ
ムには不可欠のデバイスとなっている。ＤＦＢレーザは
、基本的にはレーザ共振器内部の回折格子による波長選
択機能を利用しているが、回折格子の形状や、レーザ端
面の構造によっていくつかのタイプがあり、それぞれ特
長がある。このうちで、レーザ共振器の中央部付近で、
回折格子の周期をずらしたいわゆる位相シフトＤＦＢレ
ーザは、単一軸モードの歩留りが他の構造と比べて格段
にすぐれている。ただしこの位相シフトＤＦＢレーザで
はレーザの両端面の反射率を極力低減する必要がある。
体レーザ（以下ＤＦＢレーザ）は、高速変調時にも単一
軸モードで発振するため、長距離大容量の光伝送システ
ムには不可欠のデバイスとなっている。ＤＦＢレーザは
、基本的にはレーザ共振器内部の回折格子による波長選
択機能を利用しているが、回折格子の形状や、レーザ端
面の構造によっていくつかのタイプがあり、それぞれ特
長がある。このうちで、レーザ共振器の中央部付近で、
回折格子の周期をずらしたいわゆる位相シフトＤＦＢレ
ーザは、単一軸モードの歩留りが他の構造と比べて格段
にすぐれている。ただしこの位相シフトＤＦＢレーザで
はレーザの両端面の反射率を極力低減する必要がある。
このために両端面にＳｉＮ膜などを用いた無反射コート
を施す方法が一般に用いられているが、反射率を１％程
度以下に均一性良く制御するのは極めて難しいのが現状
である。これを解決する一つの方法として従来、「窓構
造」と呼ばれる構造を端面付近に形成する方法が知られ
ている。この構造について詳しくはＩＥ、ＥＢジャーナ
ル・オブ・カンタム・エレクトロニクス誌（Ｋ、ＵＴＡ
ＫＡ他ＩＥＥＥ。
を施す方法が一般に用いられているが、反射率を１％程
度以下に均一性良く制御するのは極めて難しいのが現状
である。これを解決する一つの方法として従来、「窓構
造」と呼ばれる構造を端面付近に形成する方法が知られ
ている。この構造について詳しくはＩＥ、ＥＢジャーナ
ル・オブ・カンタム・エレクトロニクス誌（Ｋ、ＵＴＡ
ＫＡ他ＩＥＥＥ。
Ｊ、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、ＶｏｌＧＥ
−２０，１９８４，ＰＰ２３６〜２４５）などに報告さ
れている。この窓構造ＤＦＢレーザの共振器軸方向の断
面構造を第２図に示した。図がられかるように、このレ
ーザは端面付近の活性層２０３と光ガイド層２０２を除
去して、そこにレーザ光に対して透明なＩｎＰ埋め込み
！２０５を形成している。この埋め込み層２０５が導波
路のない窓領域２２０となる。この構造では、活性層２
０３からの出射光は窓領域２２０で回折によって広がる
なめ、窓領域２２０の端面で反射された光が活性層２０
３にもどる割合（すなわち実効的な端面反射率）は極め
て小さくなる。なお第２図では明らかではないがこのレ
ーザは横モード制御構造としていわゆる埋め込み構造を
用いており、この埋め込み構造を成長する時同時に窓領
域２２０の埋め込み層２０５を成長している。具体的に
はこの埋め込み層はＩｎＰのｐｎｐ構造となっている。
−２０，１９８４，ＰＰ２３６〜２４５）などに報告さ
れている。この窓構造ＤＦＢレーザの共振器軸方向の断
面構造を第２図に示した。図がられかるように、このレ
ーザは端面付近の活性層２０３と光ガイド層２０２を除
去して、そこにレーザ光に対して透明なＩｎＰ埋め込み
！２０５を形成している。この埋め込み層２０５が導波
路のない窓領域２２０となる。この構造では、活性層２
０３からの出射光は窓領域２２０で回折によって広がる
なめ、窓領域２２０の端面で反射された光が活性層２０
３にもどる割合（すなわち実効的な端面反射率）は極め
て小さくなる。なお第２図では明らかではないがこのレ
ーザは横モード制御構造としていわゆる埋め込み構造を
用いており、この埋め込み構造を成長する時同時に窓領
域２２０の埋め込み層２０５を成長している。具体的に
はこの埋め込み層はＩｎＰのｐｎｐ構造となっている。
従来例に示した窓構造ＤＦＢレーザには次のような問題
点があった。一つは窓領域２２０の埋め込み層２０５が
ｐｎｐｌ造となっているために、必ずしも完全な電流ブ
ロック層として働かず活性領域２１０から窓領域２２０
に電流がもれてそのためにレーザのしきい値が上昇する
点である。二つめは、この埋め込み層２０５がｐｎｐ構
造という多層構造であることや液相エピタキシャル成長
によって成長していることのために、製作した素子の歩
留りが必ずしも高くない点である。三つめは、やはりこ
のｐｎｐｉ造のために素子全体の浮遊容量が大きくなり
、高速変調が困難になる点である。
点があった。一つは窓領域２２０の埋め込み層２０５が
ｐｎｐｌ造となっているために、必ずしも完全な電流ブ
ロック層として働かず活性領域２１０から窓領域２２０
に電流がもれてそのためにレーザのしきい値が上昇する
点である。二つめは、この埋め込み層２０５がｐｎｐ構
造という多層構造であることや液相エピタキシャル成長
によって成長していることのために、製作した素子の歩
留りが必ずしも高くない点である。三つめは、やはりこ
のｐｎｐｉ造のために素子全体の浮遊容量が大きくなり
、高速変調が困難になる点である。
本発明の目的は、これらの問題点を改善し、窓領域への
もれ電流が極めて小さく、かつ製作歩留りが高く、かつ
超高速変調が可能な位相シフトＤＦＢレーザを提供する
ことにある。
もれ電流が極めて小さく、かつ製作歩留りが高く、かつ
超高速変調が可能な位相シフトＤＦＢレーザを提供する
ことにある。
本１発明の構成は活性層と光ガイド層を含むストライプ
状の発光領域の両側に埋め込み層を備え、レーザ共振器
の中央部付近に位相シフト部がある回折格子を有する分
布帰還型半導体レーザであって、発光領域の両側の埋め
込み層がレーザ光のエネルギよりもエネルギキャップの
大きな高抵抗半導体層から成っており、かつ、少くとも
一方の出射面付近にレーザ光に対して透明な窓領域が形
成されており、前記窓領域は活性層と光ガイド層が除去
され、かつ、除去された領域に前記埋め込み層と同じ前
記高抵抗半導体層が形成されていることを特徴とする。
状の発光領域の両側に埋め込み層を備え、レーザ共振器
の中央部付近に位相シフト部がある回折格子を有する分
布帰還型半導体レーザであって、発光領域の両側の埋め
込み層がレーザ光のエネルギよりもエネルギキャップの
大きな高抵抗半導体層から成っており、かつ、少くとも
一方の出射面付近にレーザ光に対して透明な窓領域が形
成されており、前記窓領域は活性層と光ガイド層が除去
され、かつ、除去された領域に前記埋め込み層と同じ前
記高抵抗半導体層が形成されていることを特徴とする。
次に図面により本発明の詳細な説明する。
第１図（ａ）は本発明の実施例を示す斜視図、第１図（
ｂ）はその共振器軸方向の断面図である。この半導体レ
ーザは基本的には従来例と同じ窓構造位相シフトＤＦＢ
レーザである。レーザの片端面付近は窓領域１２０とな
り、活性層１０３や光ガイド層１０２が除去されている
。もう一方の活性領域１１０の端面はへき開面で無反射
コートを施しである。横モード制御構造としては、いわ
ゆる埋め込み１３ｆｉをしている。すなわちレーザの発
光領域となる中央のメサ部１３０が、半導体層で埋め込
まれたチャンネル部１４０によって挟まれた構造である
。本発明の特徴は、このチャンネル部１４０と窓領域１
２０がともにレーザ光に対して透明なくすなわちエネル
ギギャップの大きな〉高抵抗半導体層１０６で形成され
ている点である。このなめ活性領域１１０から窓領域１
２０へのもれ電流や、チャンネル部１４０などを通じた
もれ電流が非常に小さい。また、窓領域１２０とチャン
ネル部１４０を同時に埋め込んでいるため、製作工程が
簡単で高い歩留りが得られる。さらに高抵抗層では浮遊
容量は極めて小さいため、ｐｎｐ埋め込み構造を有する
従来例と比べて超高速変調が可能となる。
ｂ）はその共振器軸方向の断面図である。この半導体レ
ーザは基本的には従来例と同じ窓構造位相シフトＤＦＢ
レーザである。レーザの片端面付近は窓領域１２０とな
り、活性層１０３や光ガイド層１０２が除去されている
。もう一方の活性領域１１０の端面はへき開面で無反射
コートを施しである。横モード制御構造としては、いわ
ゆる埋め込み１３ｆｉをしている。すなわちレーザの発
光領域となる中央のメサ部１３０が、半導体層で埋め込
まれたチャンネル部１４０によって挟まれた構造である
。本発明の特徴は、このチャンネル部１４０と窓領域１
２０がともにレーザ光に対して透明なくすなわちエネル
ギギャップの大きな〉高抵抗半導体層１０６で形成され
ている点である。このなめ活性領域１１０から窓領域１
２０へのもれ電流や、チャンネル部１４０などを通じた
もれ電流が非常に小さい。また、窓領域１２０とチャン
ネル部１４０を同時に埋め込んでいるため、製作工程が
簡単で高い歩留りが得られる。さらに高抵抗層では浮遊
容量は極めて小さいため、ｐｎｐ埋め込み構造を有する
従来例と比べて超高速変調が可能となる。
まずｐ−ＩｎＰ基板１０１の上に周期２３６ ｎｍの位
相シフト回折格子１５０を形成する。次に液層エピタキ
シャル成長法によって、この回折格子１５０の上にｐ−
ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（λｇ＝１．３μｍ）１０２
．ＩｎＧａＡｓＰ活性層（λｇ＝１．５５μｍ）１０３
．ｎ−ＩｎＰクラッドｆｆＪ ｎ −Ｉ ｎ Ｐクラッ
ド層１０４．ｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層（λｇ＝１
．３μｍ＞１０５を順次成長する。次に、ＳｉＯ２膜を
エツチングマスクとして、窓領域１２０とチャンネル部
１４０のキャップ層１０５から光ガイド層１０２までを
、選択エツチングにより除去する。チャンネル部１４０
の幅は２０μｍ、メサ部１コ０の幅は１．５μｍである
。窓領域１２０は、第１図からは明らかではないが、こ
のエツチングによってチャンネル部１４０と同じように
溝（ただし方向はチャンネル部の溝に直交する方向）と
なる。この溝の幅は５０μｍで、実際の素子の窓領域１
２０の長さは、この約１／２となる。この時回折格子１
５０の位相シフト部１６０は、活性領域１１０のほぼ中
央部ないしは、若干、活性領域１１０の端面寄りに位置
するようにしておく。次に上述のＳｉ０２Ｍをマスクと
して、ハイドライド気相成長法によって、チャンネル部
１４０と窓領域１２０を同時にＦｅドープＩｎＰ層（高
抵抗層）で埋め込む。この時、成長時間等を制御するこ
とで素子の表面がほぼ平坦になるように埋め込むことが
可能である。次に５ｉ０２膜を除去する。第１図はこの
状態を示している。次に再び５ｉ０２膜を中央のメサ部
１３０以外の全面に形成した後、素子の両面に電極を形
成する。最後にへき開により素子を切り出し、活性領域
１１０の端面にＳｉＮ膜を用いて無反射コートを施す。
相シフト回折格子１５０を形成する。次に液層エピタキ
シャル成長法によって、この回折格子１５０の上にｐ−
ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（λｇ＝１．３μｍ）１０２
．ＩｎＧａＡｓＰ活性層（λｇ＝１．５５μｍ）１０３
．ｎ−ＩｎＰクラッドｆｆＪ ｎ −Ｉ ｎ Ｐクラッ
ド層１０４．ｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層（λｇ＝１
．３μｍ＞１０５を順次成長する。次に、ＳｉＯ２膜を
エツチングマスクとして、窓領域１２０とチャンネル部
１４０のキャップ層１０５から光ガイド層１０２までを
、選択エツチングにより除去する。チャンネル部１４０
の幅は２０μｍ、メサ部１コ０の幅は１．５μｍである
。窓領域１２０は、第１図からは明らかではないが、こ
のエツチングによってチャンネル部１４０と同じように
溝（ただし方向はチャンネル部の溝に直交する方向）と
なる。この溝の幅は５０μｍで、実際の素子の窓領域１
２０の長さは、この約１／２となる。この時回折格子１
５０の位相シフト部１６０は、活性領域１１０のほぼ中
央部ないしは、若干、活性領域１１０の端面寄りに位置
するようにしておく。次に上述のＳｉ０２Ｍをマスクと
して、ハイドライド気相成長法によって、チャンネル部
１４０と窓領域１２０を同時にＦｅドープＩｎＰ層（高
抵抗層）で埋め込む。この時、成長時間等を制御するこ
とで素子の表面がほぼ平坦になるように埋め込むことが
可能である。次に５ｉ０２膜を除去する。第１図はこの
状態を示している。次に再び５ｉ０２膜を中央のメサ部
１３０以外の全面に形成した後、素子の両面に電極を形
成する。最後にへき開により素子を切り出し、活性領域
１１０の端面にＳｉＮ膜を用いて無反射コートを施す。
この素子では窓領域１２０側の実効的な反射率はほぼ無
視できるほど小さいため、活性領域１１０側の無反射コ
ートは、あまり厳密に反射率を制御しなくてもレーザ特
性に大きな影響を与えず、そのため高い単一軸モードの
歩留りが得られる。実際製作した素子の特性は以下の通
りである。発振波長は１．５５μｍ、平均しきい値は１
２ｍＡ、平均微分量子効率は０．２Ｗ／Ａで２０ｍＷ以
上まで単一軸モード動作する素子の歩留りは９５％以上
であった。また小信号応等特性ではカットオフ周波数と
して１４ＧＨｚという高い値が得られた。また１ ０
Ｇ ｂ ／ ｓの変調が可能であった。
視できるほど小さいため、活性領域１１０側の無反射コ
ートは、あまり厳密に反射率を制御しなくてもレーザ特
性に大きな影響を与えず、そのため高い単一軸モードの
歩留りが得られる。実際製作した素子の特性は以下の通
りである。発振波長は１．５５μｍ、平均しきい値は１
２ｍＡ、平均微分量子効率は０．２Ｗ／Ａで２０ｍＷ以
上まで単一軸モード動作する素子の歩留りは９５％以上
であった。また小信号応等特性ではカットオフ周波数と
して１４ＧＨｚという高い値が得られた。また１ ０
Ｇ ｂ ／ ｓの変調が可能であった。
以上の実施例ではｐ−ＩｎＰを基板として用いたがｎ−
ＩｎＰを用いても大きな違いはない。また、窓領域を両
端面に形成することも可能である。成長方法としては、
液相エピタキシャル成長法とハイドライド気相成長法の
組合せを用いたが、有機金属気相成長法など他の方法で
もダブルへテロ構造の成長および高抵抗層の成長が可能
である。また、レーザ波長が１．５５μｍ帯以外の１．
３μｍ帯の素子や、Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ系など他の
材料系の素子に対しても同様の効果が得られる。
ＩｎＰを用いても大きな違いはない。また、窓領域を両
端面に形成することも可能である。成長方法としては、
液相エピタキシャル成長法とハイドライド気相成長法の
組合せを用いたが、有機金属気相成長法など他の方法で
もダブルへテロ構造の成長および高抵抗層の成長が可能
である。また、レーザ波長が１．５５μｍ帯以外の１．
３μｍ帯の素子や、Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ系など他の
材料系の素子に対しても同様の効果が得られる。
以上述べてきたように、本発明によれば、活性層以外へ
のもれ電流が極めて小さく、製作歩留りが高く、かつ、
高速変調が可能な位相シフＩ・ＤＦＢレーザが実現でき
る。実際１．５５μｍ帯の素子で、平均しきい値１２ｍ
Ａ、単一軸モードの歩留り９５％が得られた。まな１０
Ｇ ｂ ／ ｓの高速変調が可能であった。
のもれ電流が極めて小さく、製作歩留りが高く、かつ、
高速変調が可能な位相シフＩ・ＤＦＢレーザが実現でき
る。実際１．５５μｍ帯の素子で、平均しきい値１２ｍ
Ａ、単一軸モードの歩留り９５％が得られた。まな１０
Ｇ ｂ ／ ｓの高速変調が可能であった。
第１図（ａ）は一実施例を示す斜視図、第１図（ｂ）は
その共振器軸方向の断面図、第２図は従来例を示す断面
図である。図において、１１０゜２１０は活性領域、１
２０，２２０は窓領域、１０１は基板、１０２．２０２
は光ガイド層、１０３．２０３は活性層、１０４はクラ
ッド層、１０５はキャップ層、２０５は埋め込み層、１
０６は高抵抗層、１３０はメサ部、１４０はチャンネル
部、１５０は回折格子、１６０は位相シフト部である。
その共振器軸方向の断面図、第２図は従来例を示す断面
図である。図において、１１０゜２１０は活性領域、１
２０，２２０は窓領域、１０１は基板、１０２．２０２
は光ガイド層、１０３．２０３は活性層、１０４はクラ
ッド層、１０５はキャップ層、２０５は埋め込み層、１
０６は高抵抗層、１３０はメサ部、１４０はチャンネル
部、１５０は回折格子、１６０は位相シフト部である。
Claims (1)
- 活性層と光ガイド層を少なくとも含んでいるストライプ
状の発光領域の両側に埋め込み層を備え、レーザ共振器
の中央部付近に位相シフト部がある回折格子を有する分
布帰還型半導体レーザであって、前記発光領域の両側の
埋め込み層がレーザ光のエネルギよりもエネルギキャッ
プ（禁制帯幅）の大きな高抵抗半導体層から成っており
、かつ、少くとも一方の出射面付近にレーザ光に対して
透明な窓領域が形成されており、前記窓領域は前記活性
層と光ガイド層が除去され、かつ、除去された領域に前
記埋め込み層と同じ前記高抵抗半導体層が形成されてい
ることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63001881A JPH01179487A (ja) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | 分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63001881A JPH01179487A (ja) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01179487A true JPH01179487A (ja) | 1989-07-17 |
Family
ID=11513907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63001881A Pending JPH01179487A (ja) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01179487A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100713342B1 (ko) * | 2005-05-30 | 2007-05-04 | 삼성전자주식회사 | 광대역 이득 레이저 |
| JP2008066647A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
| JP2008177405A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置およびその製造方法 |
| JP2019009348A (ja) * | 2017-06-27 | 2019-01-17 | 住友電気工業株式会社 | 量子カスケード半導体レーザ |
-
1988
- 1988-01-08 JP JP63001881A patent/JPH01179487A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100713342B1 (ko) * | 2005-05-30 | 2007-05-04 | 삼성전자주식회사 | 광대역 이득 레이저 |
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