JPH02128491A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH02128491A JPH02128491A JP63282999A JP28299988A JPH02128491A JP H02128491 A JPH02128491 A JP H02128491A JP 63282999 A JP63282999 A JP 63282999A JP 28299988 A JP28299988 A JP 28299988A JP H02128491 A JPH02128491 A JP H02128491A
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- 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
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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、回折格子が形成され単一縦モードでレーザ発
振する発振波長58.0−8.90 nmの分布帰還形
(Distributed Feedback+DFB
)または分布ブラッグ反射形(Distributed
Black Reflector+ DBR)半導体レ
ーザ素子に関するものである。
振する発振波長58.0−8.90 nmの分布帰還形
(Distributed Feedback+DFB
)または分布ブラッグ反射形(Distributed
Black Reflector+ DBR)半導体レ
ーザ素子に関するものである。
〈従来の技術〉
光ファイバを利用した光情報伝送システムあるいは光計
測システムにおける光源として半導体レーザ装置を利用
する場合には、半導体レーザ装置は単一縦モードで発振
する動作特性をもつことが望ましい。単一縦モードのレ
ーザ発振特性を得るためのレーザ素子構造としては、活
性領域もしくは活性領域に近接して周期的な凹凸形状の
回折格子を形成した分布帰還形または分布ブラッグ反射
形のレーザ素子が知られている。
測システムにおける光源として半導体レーザ装置を利用
する場合には、半導体レーザ装置は単一縦モードで発振
する動作特性をもつことが望ましい。単一縦モードのレ
ーザ発振特性を得るためのレーザ素子構造としては、活
性領域もしくは活性領域に近接して周期的な凹凸形状の
回折格子を形成した分布帰還形または分布ブラッグ反射
形のレーザ素子が知られている。
第2図に従来の一般的な分布帰還形半導体レーザ素子の
構造を示す。
構造を示す。
この第2図において、n型InP基板11上にn型In
Pクラッド層(緩衝層)12、ノンドブInGaPAs
活性層13、p型InGaPAs光ガイド層14、p型
InPクラッド層15及びp型InGaPAsキャップ
層16が順次積層されている。またキャップ層16と基
板11にはそれぞれp側及びn側のオーミック電極17
.18が形成され、レーザ発振動作用回折格子は光ガイ
ド層14の上面に形成されている。このレーザ素子は発
振波長1+ 800nmのInGaPAs/InPnG
aPAs/In溝体レーザとしては長波長の発振特性を
有し、光フアイバ通信に用いられている。
Pクラッド層(緩衝層)12、ノンドブInGaPAs
活性層13、p型InGaPAs光ガイド層14、p型
InPクラッド層15及びp型InGaPAsキャップ
層16が順次積層されている。またキャップ層16と基
板11にはそれぞれp側及びn側のオーミック電極17
.18が形成され、レーザ発振動作用回折格子は光ガイ
ド層14の上面に形成されている。このレーザ素子は発
振波長1+ 800nmのInGaPAs/InPnG
aPAs/In溝体レーザとしては長波長の発振特性を
有し、光フアイバ通信に用いられている。
一方、これに対し、発振波長890nm以下の半導体レ
ーザにおいても同様の構造のDFB又は、DBRレーザ
が考えられる。この場合のレーザ素子は、n−GaAs
基板上にn−AllXGa 1−XAsクラッド層、ノ
ンドープAllXGa1−XAs活性層、p−AI X
Ga、−XAs光ガイド層、 p −A lXGa 1
−xAsクラッド層+ p GaAs キャップ層
を順次積層した構造のものとなる。しかしながら、この
場合の構造はA 1 x G a 1− x A s光
ガイド層上に回折格子を形成し、そのうえにAlxGa
1−XAsクラッド層を成長させることになシ、従って
、AlxGa1−xAsのようなアルミニウムを成分と
して含む結晶は空気中で容易に酸化して酸化膜を形成す
る性質を有するため、AlXGa1−XAs上への結晶
の再成長は困難と言われていた。しかしながら、発明者
等は、厳密に酸素リークをのぞいだ液相エピタキシャル
成長法においては、回折格子を印刻したA1混晶比Xが
X≦0.3のAlxGa1−xAsの上にも良好な結晶
成長が可能であることを見いだした。これによシ、発明
者等は78.0nmのAI Ga AsDFB
レーザを実現している。
ーザにおいても同様の構造のDFB又は、DBRレーザ
が考えられる。この場合のレーザ素子は、n−GaAs
基板上にn−AllXGa 1−XAsクラッド層、ノ
ンドープAllXGa1−XAs活性層、p−AI X
Ga、−XAs光ガイド層、 p −A lXGa 1
−xAsクラッド層+ p GaAs キャップ層
を順次積層した構造のものとなる。しかしながら、この
場合の構造はA 1 x G a 1− x A s光
ガイド層上に回折格子を形成し、そのうえにAlxGa
1−XAsクラッド層を成長させることになシ、従って
、AlxGa1−xAsのようなアルミニウムを成分と
して含む結晶は空気中で容易に酸化して酸化膜を形成す
る性質を有するため、AlXGa1−XAs上への結晶
の再成長は困難と言われていた。しかしながら、発明者
等は、厳密に酸素リークをのぞいだ液相エピタキシャル
成長法においては、回折格子を印刻したA1混晶比Xが
X≦0.3のAlxGa1−xAsの上にも良好な結晶
成長が可能であることを見いだした。これによシ、発明
者等は78.0nmのAI Ga AsDFB
レーザを実現している。
X t−x
〈発明が解決しようとする課題〉
しかしながら上記の良好な結晶成長の可能なAlXGa
1−XAsのうち最大の禁制体幅を持つ”XGa11A
s (x=0.3 )の回折格子を使用しても、活性層
は回折格子印刻層よシも禁制体幅は小さくなるので、発
振波長は740nm以下にはできない。従って発振波長
740nm以下の素子においては回折格子を形成した半
導体レーザの技術はまだ十分に確立されていないのが実
状である。また発振波長740nm以上のDFBレーザ
においても活性層の近傍に回折格子を印刻したAlXG
a1−XAs光ガイド層を設置した場合、光ガイド層の
アルミニウム混晶比が小さいので禁制帯幅が小さく、キ
ャリアの閉じ込め効果が小さいので温度特性が良くなか
った。
1−XAsのうち最大の禁制体幅を持つ”XGa11A
s (x=0.3 )の回折格子を使用しても、活性層
は回折格子印刻層よシも禁制体幅は小さくなるので、発
振波長は740nm以下にはできない。従って発振波長
740nm以下の素子においては回折格子を形成した半
導体レーザの技術はまだ十分に確立されていないのが実
状である。また発振波長740nm以上のDFBレーザ
においても活性層の近傍に回折格子を印刻したAlXG
a1−XAs光ガイド層を設置した場合、光ガイド層の
アルミニウム混晶比が小さいので禁制帯幅が小さく、キ
ャリアの閉じ込め効果が小さいので温度特性が良くなか
った。
本発明は、上記の点に鑑みて創案されたものであり、波
長580ないし890nmの発振が可能で、かつ温賓特
性の良好なりFBレーザ素子を提供することを目的とし
ている。
長580ないし890nmの発振が可能で、かつ温賓特
性の良好なりFBレーザ素子を提供することを目的とし
ている。
〈課題を解決するだめの手段〉
上記の目的を達成するため、本発明は、(AlxGa1
−x)。、5■no、5P(0≦x≦1)、AlXGa
1−XAs(0≦x≦0.4)又は、GaxInl−x
Pl−yAsy(05≦x≦1,0≦y≦11.y=2
X−1)から成る活性層を有する発振波長58.0nm
ないし890nmの半導体レーザ素子において、前記の
活性層の近傍に(AlxGal−Xへ5In(、,5P
(0≦x≦1)からなる回折格子の形成された層を挿入
してなるように構成している。
−x)。、5■no、5P(0≦x≦1)、AlXGa
1−XAs(0≦x≦0.4)又は、GaxInl−x
Pl−yAsy(05≦x≦1,0≦y≦11.y=2
X−1)から成る活性層を有する発振波長58.0nm
ないし890nmの半導体レーザ素子において、前記の
活性層の近傍に(AlxGal−Xへ5In(、,5P
(0≦x≦1)からなる回折格子の形成された層を挿入
してなるように構成している。
〈作 用〉
本発明は、A 1 x G a 1−x A sの代わ
りに(AlxGa1−X)。、5In8.5Pを回折格
子形成材料として用いることによシ、波長580ないし
8.90nmの発振が可能で、かつ温度特性の良好なり
FBレーザ素子が得られる。
りに(AlxGa1−X)。、5In8.5Pを回折格
子形成材料として用いることによシ、波長580ないし
8.90nmの発振が可能で、かつ温度特性の良好なり
FBレーザ素子が得られる。
〈実施例〉
次に本発明の一実施例について第1図とともに説明する
。
。
第1図においてn GaAs基板1上にn−(AI
XGa 1−x ) 0.5 Ino、5P(x=0.
5 ) クラッド層2.ノンドープ(AlxGal−
X)。、5In。、。
XGa 1−x ) 0.5 Ino、5P(x=0.
5 ) クラッド層2.ノンドープ(AlxGal−
X)。、5In。、。
P(x=0)活性層31 p (AlxGa 1−X
)6.5In。、5P(x=0.25) 光ガイド層
4を連続的に成長させる。ここで、光ガイド層は禁制帯
幅、屈折率ともに活性層3とクラッド層2双方の中間の
値を有する4元混晶である。次に、光ガイド層上にホト
レジスト膜を塗布し、紫外線レーザを用いた干渉露光に
より、周期1900Aでホトレジスト膜の回折格子を形
成する。これをマスクとして化学エツチングによシ光ガ
イド層4上に溝を印刻し、ホトレジスト膜を除去する。
)6.5In。、5P(x=0.25) 光ガイド層
4を連続的に成長させる。ここで、光ガイド層は禁制帯
幅、屈折率ともに活性層3とクラッド層2双方の中間の
値を有する4元混晶である。次に、光ガイド層上にホト
レジスト膜を塗布し、紫外線レーザを用いた干渉露光に
より、周期1900Aでホトレジスト膜の回折格子を形
成する。これをマスクとして化学エツチングによシ光ガ
イド層4上に溝を印刻し、ホトレジスト膜を除去する。
以上によシ光ガイド層4上に周期1900Aの凹凸状回
折格子が形成される。この回折格子を備えた光ガイド層
4の表面上にp−(AlxGal z)0.6InO
,5P(x=0.5)クラッド層5.p−GaAsキャ
ップ層6を順次成長させた後、キャップ層6上及び基板
I上にそれぞれオーミック性金属電極7,8を形成する
。
折格子が形成される。この回折格子を備えた光ガイド層
4の表面上にp−(AlxGal z)0.6InO
,5P(x=0.5)クラッド層5.p−GaAsキャ
ップ層6を順次成長させた後、キャップ層6上及び基板
I上にそれぞれオーミック性金属電極7,8を形成する
。
上記実施例においては、ダブルへテロ接合レーザ動作用
多層結晶構造を構成する各層が(AlxGa )
o、r+Ino、5Pよシなシ、活性層は−X (AI Ga ) In P(x=0
)なのでX 1 −X O05(L5発振
波長は約670 nmとなる。光ガイド層4は、禁制帯
幅及び屈折率が活性層3とクラッド層2゜5の中間の値
となるように設定される。(AlxGa )
In Pを成長する方法としては、l−z
O,+ 0.5 分子線エピタキシ法と有機金属気相エピタキシャル成長
法がある。これらの方法では回折格子を印刻した(Al
xGal−X)。、5Ino、、P上の成長は成長直前
に気相エッチすることにより任意の混晶比で可能である
ことを発明者等は見いだした。
多層結晶構造を構成する各層が(AlxGa )
o、r+Ino、5Pよシなシ、活性層は−X (AI Ga ) In P(x=0
)なのでX 1 −X O05(L5発振
波長は約670 nmとなる。光ガイド層4は、禁制帯
幅及び屈折率が活性層3とクラッド層2゜5の中間の値
となるように設定される。(AlxGa )
In Pを成長する方法としては、l−z
O,+ 0.5 分子線エピタキシ法と有機金属気相エピタキシャル成長
法がある。これらの方法では回折格子を印刻した(Al
xGal−X)。、5Ino、、P上の成長は成長直前
に気相エッチすることにより任意の混晶比で可能である
ことを発明者等は見いだした。
従って、活性層に任意の混晶比の(AlxGal−X)
0.5 InO,5Pを使用した分布帰還形半導体レー
ザの製作が可能である。発振波長をさらに短くするには
活性層3の(A l x G a 1−x ) 。、5
I n 。、 5 Pのアルミ混晶比を大きくすれば
良い。(AlxGa 1−x )。5In6.5Pを活
性層とするレーザでは、580nmから670nmの発
振が可能である。この場合も活性層、光ガイド層、クラ
ッド層の順にアルミ混晶比を大きくして、屈折率が活性
層、光ガイド層、クラッド層の順に小さくなるようにし
て、光が十分に光ガイド層に導波されるようにする。
0.5 InO,5Pを使用した分布帰還形半導体レー
ザの製作が可能である。発振波長をさらに短くするには
活性層3の(A l x G a 1−x ) 。、5
I n 。、 5 Pのアルミ混晶比を大きくすれば
良い。(AlxGa 1−x )。5In6.5Pを活
性層とするレーザでは、580nmから670nmの発
振が可能である。この場合も活性層、光ガイド層、クラ
ッド層の順にアルミ混晶比を大きくして、屈折率が活性
層、光ガイド層、クラッド層の順に小さくなるようにし
て、光が十分に光ガイド層に導波されるようにする。
まだ発振波長が700から8.70nmの活性層をA
1 x Ga 1−x A s (1≦x≦0.3)と
する分布帰還形半導体レーザにおいても回折格子印刻層
を(AlxGa1−X)。、5In。、、Pとすれば、
氷層はA l x G al−xAs(X二03)より
も禁制帯幅を大きくできるので温度特性を改善すること
ができる。本実施例の構造を分布ブラッグ反射形のレー
ザ素子に適用することも当然に可能である。
1 x Ga 1−x A s (1≦x≦0.3)と
する分布帰還形半導体レーザにおいても回折格子印刻層
を(AlxGa1−X)。、5In。、、Pとすれば、
氷層はA l x G al−xAs(X二03)より
も禁制帯幅を大きくできるので温度特性を改善すること
ができる。本実施例の構造を分布ブラッグ反射形のレー
ザ素子に適用することも当然に可能である。
〈発明の効果〉
以上詳述したごとく、本発明によれば波長570nmか
ら870nmの発振が可能で、かつ温度特性の良好な分
布帰還形または分布ブラッグ反射形半導体レーザが得ら
れる。
ら870nmの発振が可能で、かつ温度特性の良好な分
布帰還形または分布ブラッグ反射形半導体レーザが得ら
れる。
第1図は本発明の一実施例の分布帰還形半導体レーザ素
子の横断面を示す図、第2図は従来の一般的な分布帰還
形半導体レーザ素子の構造断面を示す図である。 l・・・半導体基板、 2・・・クラッド層、3・・
・活性層、 4・・・光ガイド層、5・・・クラ
ッド層、 6・・・キャップ層、7.8・・電極。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)第1図 第2図
子の横断面を示す図、第2図は従来の一般的な分布帰還
形半導体レーザ素子の構造断面を示す図である。 l・・・半導体基板、 2・・・クラッド層、3・・
・活性層、 4・・・光ガイド層、5・・・クラ
ッド層、 6・・・キャップ層、7.8・・電極。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)第1図 第2図
Claims (1)
- 1、(Al_xGa_1_−_x)_0_._5In_
0_._5P(0≦x≦1)、Al_xGa_1_−_
xAs(0≦x0.4)又は、Ga_xIn_1_−_
xP_1_−_yAs_y(0.5≦x≦1、0≦y≦
1、y=2x−1)から成る活性層を有する発振波長5
80nmないし890nmの半導体レーザ素子において
、前記活性層の近傍に(Al_xGa_1_−_x)_
0_._5In_0_._5P(0≦x≦1)からなる
回折格子の形成された層を挿入したことを特徴とする半
導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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