JPH02205092A - 半導体ダイオードレーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体ダイオードレーザおよびその製造方法Info
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- JPH02205092A JPH02205092A JP1321621A JP32162189A JPH02205092A JP H02205092 A JPH02205092 A JP H02205092A JP 1321621 A JP1321621 A JP 1321621A JP 32162189 A JP32162189 A JP 32162189A JP H02205092 A JPH02205092 A JP H02205092A
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-
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- H01S5/2277—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser
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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】
〔技術分野〕
本発明は1つの半導体本体から成る、分布反射付き同調
可能半導体ダイオードレーザに関するものであり、その
本体の中には、 1つの第1受動層(passive−1ayer)の上
に1つの第1放射伝導層(radiation−con
cluctive 1ayer)が存在し、 その放射伝導層には、これらの層とほぼ垂直に延びる2
つの面の間にストリップ形状の共振器空洞(reson
ator cavity)が形成され、更にその共振器
空洞内には3つのセクションが存し、 その第1セクションには、第1電流が供給されて動作す
るp−n接合の能動領域(active region
。
可能半導体ダイオードレーザに関するものであり、その
本体の中には、 1つの第1受動層(passive−1ayer)の上
に1つの第1放射伝導層(radiation−con
cluctive 1ayer)が存在し、 その放射伝導層には、これらの層とほぼ垂直に延びる2
つの面の間にストリップ形状の共振器空洞(reson
ator cavity)が形成され、更にその共振器
空洞内には3つのセクションが存し、 その第1セクションには、第1電流が供給されて動作す
るp−n接合の能動領域(active region
。
または活性領域)があり、これに十分な強さの順方向電
流を加えると、放射伝導層の増幅勢力範囲内に能動領域
があるようなコヒーレント電磁放射を発生し、 その第2セクションには、第2の電流が供給され、この
電流により、放射伝導層のうちこのセクション内にある
部分の屈折率が変化でき、その第3セクションには、第
3の電流が供給され、共振器空洞のうちこの第2セクシ
ョン内にある部分の縦方向の屈折率が周期的に変化する
ように構成されている。
流を加えると、放射伝導層の増幅勢力範囲内に能動領域
があるようなコヒーレント電磁放射を発生し、 その第2セクションには、第2の電流が供給され、この
電流により、放射伝導層のうちこのセクション内にある
部分の屈折率が変化でき、その第3セクションには、第
3の電流が供給され、共振器空洞のうちこの第2セクシ
ョン内にある部分の縦方向の屈折率が周期的に変化する
ように構成されている。
この種の半導体ダイオードレーザは、“1.55μm波
長に同調可能なPB)I−DBRレーザ(Y。
長に同調可能なPB)I−DBRレーザ(Y。
1(otaki ほか、Electron、 Let
t、 23 (1’987) 327所載論文)に述べ
られている。
t、 23 (1’987) 327所載論文)に述べ
られている。
各種の構造を持った半導体ダイオードレーザが多方面で
使用されている。その共振器空洞は各種の方法で作り得
る。多くの場合、共振器空洞は互いに平行する2つの鏡
面により形成され、通常そのため半導体結晶のへき開面
が用いられる。これら鏡面間で反射が繰り返されること
により、ファプリー・ぺo −(Fabry −Per
ot、 FP)モードと称される放射モードが発生する
。
使用されている。その共振器空洞は各種の方法で作り得
る。多くの場合、共振器空洞は互いに平行する2つの鏡
面により形成され、通常そのため半導体結晶のへき開面
が用いられる。これら鏡面間で反射が繰り返されること
により、ファプリー・ぺo −(Fabry −Per
ot、 FP)モードと称される放射モードが発生する
。
いま1つの実施例によれば、共振器空洞の長さ方向の少
なくとも一部に沿って、発生する放射に対応する実効屈
折率を周期的に変化させることにより、共振器空洞を実
現している。鏡面反射の代わりに格子(上記の周期的屈
折率変化で形成される)における反射が用いられるので
ある。このようなレーザは分散フィードバックレーザ(
DFB[=Distributed Feed Bac
k ] L/−ザ)と命名されている。これらの構造に
は各種のものがあり、「分散フィードバック」および「
分散ブラック反射」レーザとして知られ、その1例が最
初に挙げた文献の半導体ダイオードレーザである。前者
の場合周期的屈折率変化の現れるセクションは能動領域
の現れるセクションと実質的に一致するのに対し、後者
では、両者が完全に分離している。最初に述べたファプ
リー・ペロー型と比較すると、これら両型とも、単一型
モード発信(SLMモード発信)が起こり易いこと、し
かも動作温度範囲が広くかつ高出力が得られるという利
点がある。このことは、光通信に用いる場合特に重要で
ある、というのは、SLMモードでは色分散(chro
maticdispersion)が最小となるため、
信号が光フアイバー上でより長距離にわたり無歪伝送で
きるからである。ヘテロゲイン方式及びコヒーレント方
式の光フアイバー通信では、発信器、または受信器の局
部発信用半導体ダイオードレーザ−での波長の同調性は
必須の条件である。このような応用では、最初のパラグ
ラフに述べたDBR型半導体レーザーが最も適当である
。このレーザーで周期的屈折率変化を持つセクション−
今後ブラッグセクションと呼ぶ−では、独立電源を用い
て、ブラッグ条件従ってこの半導体ダイオードの波長が
変わるよう、このセクションの屈折率変化を起こさせる
ようになっている。この変化の起こり方は、例えば、p
−n接合を持つ能動領域の存在するセクション−今後能
動セクションと呼ぶ−を通して流れる電流で決まるこの
半導体レーザーの出力とは無関係である。ブラッグ条件
は下記の方程式で決まる。
なくとも一部に沿って、発生する放射に対応する実効屈
折率を周期的に変化させることにより、共振器空洞を実
現している。鏡面反射の代わりに格子(上記の周期的屈
折率変化で形成される)における反射が用いられるので
ある。このようなレーザは分散フィードバックレーザ(
DFB[=Distributed Feed Bac
k ] L/−ザ)と命名されている。これらの構造に
は各種のものがあり、「分散フィードバック」および「
分散ブラック反射」レーザとして知られ、その1例が最
初に挙げた文献の半導体ダイオードレーザである。前者
の場合周期的屈折率変化の現れるセクションは能動領域
の現れるセクションと実質的に一致するのに対し、後者
では、両者が完全に分離している。最初に述べたファプ
リー・ペロー型と比較すると、これら両型とも、単一型
モード発信(SLMモード発信)が起こり易いこと、し
かも動作温度範囲が広くかつ高出力が得られるという利
点がある。このことは、光通信に用いる場合特に重要で
ある、というのは、SLMモードでは色分散(chro
maticdispersion)が最小となるため、
信号が光フアイバー上でより長距離にわたり無歪伝送で
きるからである。ヘテロゲイン方式及びコヒーレント方
式の光フアイバー通信では、発信器、または受信器の局
部発信用半導体ダイオードレーザ−での波長の同調性は
必須の条件である。このような応用では、最初のパラグ
ラフに述べたDBR型半導体レーザーが最も適当である
。このレーザーで周期的屈折率変化を持つセクション−
今後ブラッグセクションと呼ぶ−では、独立電源を用い
て、ブラッグ条件従ってこの半導体ダイオードの波長が
変わるよう、このセクションの屈折率変化を起こさせる
ようになっている。この変化の起こり方は、例えば、p
−n接合を持つ能動領域の存在するセクション−今後能
動セクションと呼ぶ−を通して流れる電流で決まるこの
半導体レーザーの出力とは無関係である。ブラッグ条件
は下記の方程式で決まる。
λ=2*nR*Δ (1)ここでλは
この半導体レーザーの発生する放射一 波長、n、は周期的屈折率変化(ブラッグ断面での電流
の強さで決まる)を起こすセクションの実効屈折率、そ
してΔは屈折率変化の周期を示す。
この半導体レーザーの発生する放射一 波長、n、は周期的屈折率変化(ブラッグ断面での電流
の強さで決まる)を起こすセクションの実効屈折率、そ
してΔは屈折率変化の周期を示す。
このような半導体レーザーの発振に要する位相条件は次
の通り: θ6+θL =2*N*π (2)ここでθ、は
能動セクションから見てブラッグセクションに戻ってく
る放射の位相、θ、は能動セクションからブラッグセク
ションの方向に戻る放射の位相、Nはこの半導体レーザ
ーの発振モードを示す整数である。ここでは、ブラッグ
セクションの反射度(reflectivity)が最
大になるようなモードで振動が起こる。言い換えると、
その位相θ、ができる限りπ/2に近いモードになるよ
うにレーザーは発振する。ここでは同時にブラッグ条件
(lを参照)で決まる波長が関係する。ブラッグ波長が
ブラッグセクションでの供給電流で変化し、それにより
ブラッグセクションの屈折率が変わると、元来のモード
の位相に近いか、さらにはπ/2にさえ近い位相を持つ
今1つのモードが出現する。その結果、いわゆるモード
発振とかモード跳躍といわれる形が生じ、そのため、波
長自体も発振を始めるがこれは好ましくない。これを防
止するため、この種の半導体レーザーには別に1つのセ
クション−今後位相セクションと呼ぶ−が設けられ、こ
れに対し独立電源から電流を供給することにより、この
セクションの屈折率、従って能動領域から戻ってくる放
射の位相θ、を変化して、π/2にできるだけ近いθ、
を持つモードが、元来のモードに比し変化しないように
している。関連して、この位相セクションは、ブラッグ
セクションと能動セクションの間にあってもよいし、位
相セクションとブラッグセクションとが能動セクション
の両側にあってもよい。どちらの場合でも、幅広い波長
領域にわたり、かつある種の動作モードの範囲内では同
調可能度が保たれる。
の通り: θ6+θL =2*N*π (2)ここでθ、は
能動セクションから見てブラッグセクションに戻ってく
る放射の位相、θ、は能動セクションからブラッグセク
ションの方向に戻る放射の位相、Nはこの半導体レーザ
ーの発振モードを示す整数である。ここでは、ブラッグ
セクションの反射度(reflectivity)が最
大になるようなモードで振動が起こる。言い換えると、
その位相θ、ができる限りπ/2に近いモードになるよ
うにレーザーは発振する。ここでは同時にブラッグ条件
(lを参照)で決まる波長が関係する。ブラッグ波長が
ブラッグセクションでの供給電流で変化し、それにより
ブラッグセクションの屈折率が変わると、元来のモード
の位相に近いか、さらにはπ/2にさえ近い位相を持つ
今1つのモードが出現する。その結果、いわゆるモード
発振とかモード跳躍といわれる形が生じ、そのため、波
長自体も発振を始めるがこれは好ましくない。これを防
止するため、この種の半導体レーザーには別に1つのセ
クション−今後位相セクションと呼ぶ−が設けられ、こ
れに対し独立電源から電流を供給することにより、この
セクションの屈折率、従って能動領域から戻ってくる放
射の位相θ、を変化して、π/2にできるだけ近いθ、
を持つモードが、元来のモードに比し変化しないように
している。関連して、この位相セクションは、ブラッグ
セクションと能動セクションの間にあってもよいし、位
相セクションとブラッグセクションとが能動セクション
の両側にあってもよい。どちらの場合でも、幅広い波長
領域にわたり、かつある種の動作モードの範囲内では同
調可能度が保たれる。
これまでの実験結果が示すところでは、通常の半導体レ
ーザーの欠点は、1つの発振モードにおいて、その波長
領域全体を通じ連続的に同調可能とはならない点にある
とされていた。実際に、波長領域の中でいわゆる禁止帯
が生じ、そこではブラッグ及び位相の両セクションの電
流をどう組合せても、あるモードでの発振が起こらない
ことが判っていた。
ーザーの欠点は、1つの発振モードにおいて、その波長
領域全体を通じ連続的に同調可能とはならない点にある
とされていた。実際に、波長領域の中でいわゆる禁止帯
が生じ、そこではブラッグ及び位相の両セクションの電
流をどう組合せても、あるモードでの発振が起こらない
ことが判っていた。
本発明の1つの目的は、この欠点を回避し、ある発振モ
ード範囲内では広い波長領域にわたり同調可能な半導体
ダイオードレーザを実現すること、すなわち、この波長
領域では禁止帯が生じることなく、従って半導体ダイオ
ードレーザがこの領域で連続的に同調可能となるように
することである。
ード範囲内では広い波長領域にわたり同調可能な半導体
ダイオードレーザを実現すること、すなわち、この波長
領域では禁止帯が生じることなく、従って半導体ダイオ
ードレーザがこの領域で連続的に同調可能となるように
することである。
本発明によれば、冒頭のパラグラフで述べた型のDBR
半導体レーザダイオードの1つであって、第1セクショ
ンで発生する放射のうち、第1、第2セクション間の接
合点で反射される放射の強度が、第2セクションから接
合点に戻る放射の強度に比較して小さくなるような手段
を有することを特徴とする半導体ダイオードレーザが上
記の目的に適合している。このレーザの禁止帯の発生度
について更に調べたところ、その発生度は、能動セクシ
ョンと位相セクションとの間で生じるレーザ放射の反射
発生度と一致することが判った。禁止帯は、放射の位相
が能動セクションとの相互作用から2N*πまたは(2
N+1)*πとなるような波長の近傍に存在し、反射の
様子で左右される。
半導体レーザダイオードの1つであって、第1セクショ
ンで発生する放射のうち、第1、第2セクション間の接
合点で反射される放射の強度が、第2セクションから接
合点に戻る放射の強度に比較して小さくなるような手段
を有することを特徴とする半導体ダイオードレーザが上
記の目的に適合している。このレーザの禁止帯の発生度
について更に調べたところ、その発生度は、能動セクシ
ョンと位相セクションとの間で生じるレーザ放射の反射
発生度と一致することが判った。禁止帯は、放射の位相
が能動セクションとの相互作用から2N*πまたは(2
N+1)*πとなるような波長の近傍に存在し、反射の
様子で左右される。
両者いずれの場合も、隣接する禁止帯の間隔は2πに等
しい。接合点の反射が能動セクションでの増幅過程に及
ぼす影響を減らすには2つの方法がある:第1は反射を
減らすか無くすことであり、第2は、第2セクションか
ら発生する放射のフィードバック結合を増して接合点に
おける反射の能動セクションへの影響を相対的に減らす
ことである。禁止帯の発生は正弦波関数、例えばA*5
in()で表すことができる。この関数で振幅Aがゼロ
またはほぼゼロに近いなら禁止帯は生じない。更に、こ
の振幅は次式で近似できる: A=r4本 [1/ (r2jeXp(−<2p*L
p))−r2*exp(−<Zp零Lp)]ここでr1
は、第1、第2セクション間の接合点での反射であり
、’rQは、能動セクションに関しく3) し第2セクションと同じ側にある各セクションでの反射
である。α、は第2 (位相)セクションでの損失を、
LFは第2セクションの長さを示す。
しい。接合点の反射が能動セクションでの増幅過程に及
ぼす影響を減らすには2つの方法がある:第1は反射を
減らすか無くすことであり、第2は、第2セクションか
ら発生する放射のフィードバック結合を増して接合点に
おける反射の能動セクションへの影響を相対的に減らす
ことである。禁止帯の発生は正弦波関数、例えばA*5
in()で表すことができる。この関数で振幅Aがゼロ
またはほぼゼロに近いなら禁止帯は生じない。更に、こ
の振幅は次式で近似できる: A=r4本 [1/ (r2jeXp(−<2p*L
p))−r2*exp(−<Zp零Lp)]ここでr1
は、第1、第2セクション間の接合点での反射であり
、’rQは、能動セクションに関しく3) し第2セクションと同じ側にある各セクションでの反射
である。α、は第2 (位相)セクションでの損失を、
LFは第2セクションの長さを示す。
(3)式から判るもう1つの点は、禁止帯の発生を各種
の方法で防止できることである。何よりも先ず、第1、
第2セクション間の接合点での反射(r、)の値を極め
て小さくすればよい。
の方法で防止できることである。何よりも先ず、第1、
第2セクション間の接合点での反射(r、)の値を極め
て小さくすればよい。
本発明に基づく半導体ダイオードレーザ−の第1の実施
例の特徴は、第1セクションの少なくとも片側において
、能動領域およびそれと隣接した区域に、能動領域とほ
ぼ同じ厚さを持つ第2放射伝導層が存在していることで
ある。第2セクションの放射経路を、第1セクションの
放射経路と出来るだけ等しい大きさにし、かつ円滑に隣
接させることにより、第1、第2セクション間の接合点
での反射は本質的に起こらなくなる。
例の特徴は、第1セクションの少なくとも片側において
、能動領域およびそれと隣接した区域に、能動領域とほ
ぼ同じ厚さを持つ第2放射伝導層が存在していることで
ある。第2セクションの放射経路を、第1セクションの
放射経路と出来るだけ等しい大きさにし、かつ円滑に隣
接させることにより、第1、第2セクション間の接合点
での反射は本質的に起こらなくなる。
本発明に基づく半導体ダイオードレーザ−の第2の実施
例の特徴は、第2放射伝導層と能動層とが、第2受動層
により第1放射伝導層と分離されている点にある。能動
領域と第2放射伝導層とは、第1放射伝導層上に直接設
けてもよい。然しこれには製造上の難点がある。そこで
、1つの受動層をこれらの層の間に設け、しかもこの受
動層の厚さを十分に薄くし、両伝導層が互いの増幅勢力
範囲(amplification profile)
内に位置できるようにするのが望ましい。ここで注意し
たいのは、この実施例において、第2、第3セクション
がいずれも第1セクションの片側にあってもよいし、そ
れぞれ別の側にあってもよいことである。後者の場合、
第1、第2セクション間の接合点での反射強度を相対的
に減らすためには別の解決策がある。
例の特徴は、第2放射伝導層と能動層とが、第2受動層
により第1放射伝導層と分離されている点にある。能動
領域と第2放射伝導層とは、第1放射伝導層上に直接設
けてもよい。然しこれには製造上の難点がある。そこで
、1つの受動層をこれらの層の間に設け、しかもこの受
動層の厚さを十分に薄くし、両伝導層が互いの増幅勢力
範囲(amplification profile)
内に位置できるようにするのが望ましい。ここで注意し
たいのは、この実施例において、第2、第3セクション
がいずれも第1セクションの片側にあってもよいし、そ
れぞれ別の側にあってもよいことである。後者の場合、
第1、第2セクション間の接合点での反射強度を相対的
に減らすためには別の解決策がある。
本発明に基づく半導体ダイオードレーザ−の、更にもう
1つの実施例の特徴は、第1セクションが少なくとも共
振器空洞のほぼ中心に位置し、第2、第3セクションは
第1セクションのそれぞれ片側に位置していること、お
よび、この手段は高反射膜(high−reflect
ing coating)を含み、該高反射膜が、共振
器空洞の端面の1つと一致する第2セクションの側面に
設けられていることである。ここで提案した解決策の効
果は、(3)式からも説明できよう。(3)式で、括弧
内の部分がゼロかほぼゼロとなれば、Aも同じくゼロま
たはほぼゼロとなる。この部分の形は (1/B−B)、 但しB= ra* e X p (12p* Lp)な
ので、B=1またはBが1に近付けばゼロまたはほぼゼ
ロになる。これは、r2(最大1)およびe X p(
−αp* Lp)がともに1またはほぼ1となる場合で
ある。実際上、LPは極めて小さく従ってその指数はほ
ぼ1とみてよい。反射r2は、位相セクションの自由端
、すなわち能動セクションと隣接しない側に高反射膜を
設けることでほぼ1にできる。当然のこととして、この
実施例の方法は、第1セクションが第2、第3セクショ
ンの間にある限り前記各実施例と組合せてもよい。
1つの実施例の特徴は、第1セクションが少なくとも共
振器空洞のほぼ中心に位置し、第2、第3セクションは
第1セクションのそれぞれ片側に位置していること、お
よび、この手段は高反射膜(high−reflect
ing coating)を含み、該高反射膜が、共振
器空洞の端面の1つと一致する第2セクションの側面に
設けられていることである。ここで提案した解決策の効
果は、(3)式からも説明できよう。(3)式で、括弧
内の部分がゼロかほぼゼロとなれば、Aも同じくゼロま
たはほぼゼロとなる。この部分の形は (1/B−B)、 但しB= ra* e X p (12p* Lp)な
ので、B=1またはBが1に近付けばゼロまたはほぼゼ
ロになる。これは、r2(最大1)およびe X p(
−αp* Lp)がともに1またはほぼ1となる場合で
ある。実際上、LPは極めて小さく従ってその指数はほ
ぼ1とみてよい。反射r2は、位相セクションの自由端
、すなわち能動セクションと隣接しない側に高反射膜を
設けることでほぼ1にできる。当然のこととして、この
実施例の方法は、第1セクションが第2、第3セクショ
ンの間にある限り前記各実施例と組合せてもよい。
第1図には、本発明に基づく分布反射付き半導体ダイオ
ードレーザの第1の実施例の1つを、部は透視図、一部
は断面図により図解している。
ードレーザの第1の実施例の1つを、部は透視図、一部
は断面図により図解している。
第2図は、第1図の半導体ダイオードレーザの■■線に
おける断面図である。この半導体ダイオードレーザ(第
1図参照)には、半導体本体の内部に第1導電型の基板
1があり、その中のCで示したセクションの部分におい
ては、厚さの周期的変化2が存在し、その変化の山と谷
の各線は、本図の平面に平行し、かつその上に成層構造
が形成されている。この成層構造には、特に次の各領域
が存在する:2つの溝10があり、その間に1つのメサ
型領域9が、また溝の両側に2つのメサ型領域90が存
在し、いずれの領域も頭部はA、 B、 Cの3セクシ
ョンに分かれている。このメサ型領域9には、少なくと
も、第1放射伝導層11、前記第1導電型の第1受動層
12、Aセクションのみに存在する能動層13、及び第
2逆導電型の第2受動層(15,22及び33)がある
。この例では、層14が、能動層13と第2受動層(1
5)との間にメルトバック防止層として存在する。この
種の層の目的は、液相から次の層を成長させる際、その
下にある層が完全に、または部分的に溶けて液相に変わ
るのを防ぐことにある。この種の層は是非必要というこ
とではないがあれば極めて望ましいものである。
おける断面図である。この半導体ダイオードレーザ(第
1図参照)には、半導体本体の内部に第1導電型の基板
1があり、その中のCで示したセクションの部分におい
ては、厚さの周期的変化2が存在し、その変化の山と谷
の各線は、本図の平面に平行し、かつその上に成層構造
が形成されている。この成層構造には、特に次の各領域
が存在する:2つの溝10があり、その間に1つのメサ
型領域9が、また溝の両側に2つのメサ型領域90が存
在し、いずれの領域も頭部はA、 B、 Cの3セクシ
ョンに分かれている。このメサ型領域9には、少なくと
も、第1放射伝導層11、前記第1導電型の第1受動層
12、Aセクションのみに存在する能動層13、及び第
2逆導電型の第2受動層(15,22及び33)がある
。この例では、層14が、能動層13と第2受動層(1
5)との間にメルトバック防止層として存在する。この
種の層の目的は、液相から次の層を成長させる際、その
下にある層が完全に、または部分的に溶けて液相に変わ
るのを防ぐことにある。この種の層は是非必要というこ
とではないがあれば極めて望ましいものである。
上記各層の成長が液相からではなく、例えば気相から行
なわれる場合、メルトバック防止層は明らかに不要であ
る。メサ型領域9には、更に、能動層13に隣接し、か
つ第1受動層12と第2受動層22との間に、第2放射
伝導層21が存在する。層構造の中で、層12と15の
間にp−n接合が存在するが、その場所は両層の間にあ
る半導体領域の導電型により左右される。このp−n接
合に十分な電流を加えると、能動層13では、少なくと
もセクションAの部分で、順方向にコヒーレントな電磁
放射が発生できる。基板1および受動層12.15.2
2は、共に能動層13に比し、この発生したレーザー放
射に対する屈折率が低く、かつ大きなエネルギーギャッ
プを有する。発生した放射は、能動層13から、屈折率
とエネルギーギャップが能動層13と受動層(12,1
5,22)の中間にある第1放射伝導層11に伝達でき
る、というのは、放射伝導層11が能動層13の増幅勢
力範囲内に納まる程度に、第1受動層12の厚さを薄く
しであるためである。発生した放射は、能動層13から
、メルトバック防止層14及び第2放射伝導層21にも
伝達し得る、というのは、これらの層は能動層13に隣
接し、第1放射伝導層と同じく、能動層13と受動層(
12,15,22)の中間の屈折率とエネルギーギャッ
プを有するからである。メサ型部分9の中においては、
メルトバック防止層12と放射伝導層11.12とが、
ストリップ型の共振器空洞を形成し、その2つの側面は
メサ型部分の両側に境を接し、他の2つの側面は能動層
13と実質的に直交する端面50.51と境を接する。
なわれる場合、メルトバック防止層は明らかに不要であ
る。メサ型領域9には、更に、能動層13に隣接し、か
つ第1受動層12と第2受動層22との間に、第2放射
伝導層21が存在する。層構造の中で、層12と15の
間にp−n接合が存在するが、その場所は両層の間にあ
る半導体領域の導電型により左右される。このp−n接
合に十分な電流を加えると、能動層13では、少なくと
もセクションAの部分で、順方向にコヒーレントな電磁
放射が発生できる。基板1および受動層12.15.2
2は、共に能動層13に比し、この発生したレーザー放
射に対する屈折率が低く、かつ大きなエネルギーギャッ
プを有する。発生した放射は、能動層13から、屈折率
とエネルギーギャップが能動層13と受動層(12,1
5,22)の中間にある第1放射伝導層11に伝達でき
る、というのは、放射伝導層11が能動層13の増幅勢
力範囲内に納まる程度に、第1受動層12の厚さを薄く
しであるためである。発生した放射は、能動層13から
、メルトバック防止層14及び第2放射伝導層21にも
伝達し得る、というのは、これらの層は能動層13に隣
接し、第1放射伝導層と同じく、能動層13と受動層(
12,15,22)の中間の屈折率とエネルギーギャッ
プを有するからである。メサ型部分9の中においては、
メルトバック防止層12と放射伝導層11.12とが、
ストリップ型の共振器空洞を形成し、その2つの側面は
メサ型部分の両側に境を接し、他の2つの側面は能動層
13と実質的に直交する端面50.51と境を接する。
この端面の1つ(51)には、反射防止膜55があり、
この働きで、特にブラッグ反射と鏡面51における反射
とが競合しないよう防止している。このレーザーで発生
する電磁放射は、端面51から反射防止膜55を通して
発散するので、これを、本発明に基づく同調可能半導体
ダイオードレーザ−の各種応用に利用できる。このこと
は、端面50についてもそのための反射防止膜を設けれ
ば同様に可能である。光ガラスファイバー通信では、こ
の放射は例えばガラスファイバーで導かれる。この共振
器空洞では、そのうちCで示すセクションの部分に、縦
方向の周期的屈折率変化が存在する。この屈折率変化は
、基板1に、厚さが周期的に変化する溝を設け、ここに
放射伝導層11の物質を充填することにより実現してい
る。90で示す各領域には、前記11.12.21の層
で形成する層構造がある。
この働きで、特にブラッグ反射と鏡面51における反射
とが競合しないよう防止している。このレーザーで発生
する電磁放射は、端面51から反射防止膜55を通して
発散するので、これを、本発明に基づく同調可能半導体
ダイオードレーザ−の各種応用に利用できる。このこと
は、端面50についてもそのための反射防止膜を設けれ
ば同様に可能である。光ガラスファイバー通信では、こ
の放射は例えばガラスファイバーで導かれる。この共振
器空洞では、そのうちCで示すセクションの部分に、縦
方向の周期的屈折率変化が存在する。この屈折率変化は
、基板1に、厚さが周期的に変化する溝を設け、ここに
放射伝導層11の物質を充填することにより実現してい
る。90で示す各領域には、前記11.12.21の層
で形成する層構造がある。
本実施例に基づくレーザは、いわゆるDCPB)I型(
二重チャネルプレーナー埋め込みヘテロ構造)であり、
メサ型領域9の外側にある溝10の内部に、電流制限層
構造を有する。この層構造には、第2導電型の第3受動
層31、第1導電型の第4受動層32、及び第2導電型
の第5受動層33がある。31と330両層は接続し、
かつメサ型領域9の縁の近くで第2受動層(15,22
)と合体している。
二重チャネルプレーナー埋め込みヘテロ構造)であり、
メサ型領域9の外側にある溝10の内部に、電流制限層
構造を有する。この層構造には、第2導電型の第3受動
層31、第1導電型の第4受動層32、及び第2導電型
の第5受動層33がある。31と330両層は接続し、
かつメサ型領域9の縁の近くで第2受動層(15,22
)と合体している。
この半導体の本体には、更に第2導電型の接触層34が
ある。この層34と基板1とは(中間半導体領域を介し
て)、本体の上下面に設けられ、接続導体の役割を果た
す金属層(3および4)と電気的に接続している。金属
層3には電気的接続部8があり、金属層4と接触層34
とは3つのセクション(A、 B、 C)に分割され
ている。これら3セクションは、それらの間に位置する
2つの溝により、第2受動層(15,22,33)に達
するまで互いに分離され、またこれらセクションにはそ
れぞれ電気的接続部(5,6,7)がある。電磁放射の
発生するセクションAを流れる電流は、接続部(5,8
)を介して調整できる。セクションB及びセクションン
C1すなわち第2と第3の接続部を通して流れる電流は
、8と6および8と7の回路、従ってこれらセクション
での屈折率を介して調整される。これまで説明してきた
ように、レーザは、この後者の2つのセクションを流れ
る電流を連続的また11段階的に変化することにより、
連続的または段階的に同調させることができる。
ある。この層34と基板1とは(中間半導体領域を介し
て)、本体の上下面に設けられ、接続導体の役割を果た
す金属層(3および4)と電気的に接続している。金属
層3には電気的接続部8があり、金属層4と接触層34
とは3つのセクション(A、 B、 C)に分割され
ている。これら3セクションは、それらの間に位置する
2つの溝により、第2受動層(15,22,33)に達
するまで互いに分離され、またこれらセクションにはそ
れぞれ電気的接続部(5,6,7)がある。電磁放射の
発生するセクションAを流れる電流は、接続部(5,8
)を介して調整できる。セクションB及びセクションン
C1すなわち第2と第3の接続部を通して流れる電流は
、8と6および8と7の回路、従ってこれらセクション
での屈折率を介して調整される。これまで説明してきた
ように、レーザは、この後者の2つのセクションを流れ
る電流を連続的また11段階的に変化することにより、
連続的または段階的に同調させることができる。
この実施例において、基板1、第1受動層12及び電流
制限層32は、n導電型のインジウム燐(In’P)で
構成される。受動層(15,22)および電流制限層3
1と33もインジウム燐であるがn導電型である。残り
の各層はインジウム−ガリウム砒素−燐(Inx Ga
、−11AJy P+−v)で構成される。
制限層32は、n導電型のインジウム燐(In’P)で
構成される。受動層(15,22)および電流制限層3
1と33もインジウム燐であるがn導電型である。残り
の各層はインジウム−ガリウム砒素−燐(Inx Ga
、−11AJy P+−v)で構成される。
(x、 y)の値は、放射伝導層11と21、メルト
バック防止層14、および接触層34に対しては:x=
0.72. y=0.60であり、能動層13に対し
ては:X=0.57. y=0.91である。接触層
34はp導電型であり、残りの各層には意図的にドーピ
ングが行なわれていない。金属層3と4は通例の金属合
金から成る。反射防止膜55は通例の材料から成り、適
当な厚さを有する。
バック防止層14、および接触層34に対しては:x=
0.72. y=0.60であり、能動層13に対し
ては:X=0.57. y=0.91である。接触層
34はp導電型であり、残りの各層には意図的にドーピ
ングが行なわれていない。金属層3と4は通例の金属合
金から成る。反射防止膜55は通例の材料から成り、適
当な厚さを有する。
本発明によるこの半導体ダイオードレーザでは、第1セ
クションAで発生する放射のうち、第1セクションと第
2セクション(B)の接合部で反射する放射の強さは、
第2セクションからこの接合部に戻る放射の強さに比し
、相対的に小さくなるような手段を講じである。本実施
例においては、第1セクション(A)の少なくとも1つ
の側面に存在し、能動層13と同一レベルでこれに隣接
し、能動層13とメルトバック防止層14の和に等しい
厚さを有するような第2放射伝導層21により、この手
段を実現している。その結果、第1セクション(A)と
第2セクション(B)との接合部における反射は抑圧さ
れ、従ってこの接合部での反射の強さは第1セクション
に戻る放射に比し相対的に弱くなっている。
クションAで発生する放射のうち、第1セクションと第
2セクション(B)の接合部で反射する放射の強さは、
第2セクションからこの接合部に戻る放射の強さに比し
、相対的に小さくなるような手段を講じである。本実施
例においては、第1セクション(A)の少なくとも1つ
の側面に存在し、能動層13と同一レベルでこれに隣接
し、能動層13とメルトバック防止層14の和に等しい
厚さを有するような第2放射伝導層21により、この手
段を実現している。その結果、第1セクション(A)と
第2セクション(B)との接合部における反射は抑圧さ
れ、従ってこの接合部での反射の強さは第1セクション
に戻る放射に比し相対的に弱くなっている。
ここで注意すべきは、第1セクションAは、第2セクシ
ョンBと第3セクションCとの中間に位置してもよいこ
とである。このようにした場合、本手段では、第1セク
ションの他の側に、能動層13と同一レベルでこれに隣
接し、能動層と同一の厚さ、または、(メルトバック防
止層14がある場合は)能動層とメルトバック防止層の
和に等しい厚さを有するもう1つの放射伝導層が存在し
てもよい。
ョンBと第3セクションCとの中間に位置してもよいこ
とである。このようにした場合、本手段では、第1セク
ションの他の側に、能動層13と同一レベルでこれに隣
接し、能動層と同一の厚さ、または、(メルトバック防
止層14がある場合は)能動層とメルトバック防止層の
和に等しい厚さを有するもう1つの放射伝導層が存在し
てもよい。
第3図には、モードごとにまとめたレーザ発振の様子と
その発射波長の測定結果を、第1図の半導体ダイオード
レーザの第2および第3セクションにそれぞれ流れる電
流(1,B)及び(Ic)の関数として示しである。第
4図には、前述の技術による半導体ダイオードレーザに
ついて1.同様な特性を示しである。この両図でMは任
意の個別発振を指す。MはN+1で示した線形モードの
上に記載しである。Mの発射波長(λ1)はMの横軸(
λ〉への射影で示される。これに関連し第2セクション
(I、)に流れる電流値は、右の縦軸上で発振Mの基線
に対応する水平線の含まれる大括弧の後に記載しである
。第3セクションに流れる電流値(Ic)はMの各基線
に対応する左の縦軸上に示される:、■ゎのそれぞれの
値に対しI。の値は0から10mA刻みで100mAま
で増加している。第3図に示すように、本発明に基づき
第1図の実施例による半導体ダイオードレーザは、各モ
ード内、例えばN+1モード内でほぼ連続な同調が可能
なことがわかる。これに反し、第2放射伝導層21の無
い、従前の技術による半導体ダイオードレーザの同調範
囲は、1つのモード例えばNの中で、第4図中のGで示
すような区域であり、安定な発振Mは不可能である。こ
れらの図が示すように、本発明に基づく半導体ダイオー
ドレーザは、1つのモード内でかなりの良い同調が可能
であり、既に述べてきたように、多くの応用に大きな利
益をもたらす。
その発射波長の測定結果を、第1図の半導体ダイオード
レーザの第2および第3セクションにそれぞれ流れる電
流(1,B)及び(Ic)の関数として示しである。第
4図には、前述の技術による半導体ダイオードレーザに
ついて1.同様な特性を示しである。この両図でMは任
意の個別発振を指す。MはN+1で示した線形モードの
上に記載しである。Mの発射波長(λ1)はMの横軸(
λ〉への射影で示される。これに関連し第2セクション
(I、)に流れる電流値は、右の縦軸上で発振Mの基線
に対応する水平線の含まれる大括弧の後に記載しである
。第3セクションに流れる電流値(Ic)はMの各基線
に対応する左の縦軸上に示される:、■ゎのそれぞれの
値に対しI。の値は0から10mA刻みで100mAま
で増加している。第3図に示すように、本発明に基づき
第1図の実施例による半導体ダイオードレーザは、各モ
ード内、例えばN+1モード内でほぼ連続な同調が可能
なことがわかる。これに反し、第2放射伝導層21の無
い、従前の技術による半導体ダイオードレーザの同調範
囲は、1つのモード例えばNの中で、第4図中のGで示
すような区域であり、安定な発振Mは不可能である。こ
れらの図が示すように、本発明に基づく半導体ダイオー
ドレーザは、1つのモード内でかなりの良い同調が可能
であり、既に述べてきたように、多くの応用に大きな利
益をもたらす。
次に製造方法を説明する。
この例により説明した半導体ダイオードレーザは以下の
ようにして製造される。第5図ないし第9図を参照され
たい。これらのうち、第5図ないし第7図は第1図の■
−■線での断面図であり、第8図と第9図は同じく■−
■線での断面図である。
ようにして製造される。第5図ないし第9図を参照され
たい。これらのうち、第5図ないし第7図は第1図の■
−■線での断面図であり、第8図と第9図は同じく■−
■線での断面図である。
出発点となる材料は、厚さ約360μm1結晶軸方向(
100)のn型インジウム燐の基板1であり、そのドー
ピング密度は例えば5 Xl018原子/cm3である
。この基板は単純な基板でもよいし、基礎となるキャリ
ア本体の上にエピタキシャル層を成長させたものであっ
てもよい。
100)のn型インジウム燐の基板1であり、そのドー
ピング密度は例えば5 Xl018原子/cm3である
。この基板は単純な基板でもよいし、基礎となるキャリ
ア本体の上にエピタキシャル層を成長させたものであっ
てもよい。
上記の基板1の上面には、格子定数的240nmの回折
格子2 (第5図参照)をエツチングする。そのため、
まず上面に厚さ約1100nのフォトラッカーの層を作
る。このフォトラッカー層に、アルゴンレーザによる3
63.8nmの紫外線を用いたホログラフィ−露光を加
え、ラスター状のパターンを形成する。このパターンを
マスクとして用いて、基板の上面に形状2のように並行
した溝エツチングする。これに使用する溶液は、例えば
、臭化水素()lBr) と臭素(Br2)の水溶液で
、その組成はH2O:HBr:Br2=60:30:1
0というものである。
格子2 (第5図参照)をエツチングする。そのため、
まず上面に厚さ約1100nのフォトラッカーの層を作
る。このフォトラッカー層に、アルゴンレーザによる3
63.8nmの紫外線を用いたホログラフィ−露光を加
え、ラスター状のパターンを形成する。このパターンを
マスクとして用いて、基板の上面に形状2のように並行
した溝エツチングする。これに使用する溶液は、例えば
、臭化水素()lBr) と臭素(Br2)の水溶液で
、その組成はH2O:HBr:Br2=60:30:1
0というものである。
フォトラッカーマスクを除去した後、I no、12G
a6.28 ASo、 so P Q、 40の組成を
有する厚さ約0.2μmの層11を、通常の技術で液相
から成長させ、基板の全面にわたり溝2を充填する。そ
の上に、意図的にドープしていない厚さ約0.1 μm
のインジウム燐の層12を成長させる。更に、意図的に
ドープしてない厚さ約0.15μmのInO,S。
a6.28 ASo、 so P Q、 40の組成を
有する厚さ約0.2μmの層11を、通常の技術で液相
から成長させ、基板の全面にわたり溝2を充填する。そ
の上に、意図的にドープしていない厚さ約0.1 μm
のインジウム燐の層12を成長させる。更に、意図的に
ドープしてない厚さ約0.15μmのInO,S。
Ga 0.43AS0.91 Po、oosO層13
、意図的にドープしていない厚さ0.05 pmのI
n(1,72Gao、 28AS0.80 Po、 s
。のメルトバック防止層14、ふよび亜鉛I Xl01
8原子/cm3をドープした厚さ0.7μmのインジウ
ム燐の層を成長させる。これらの成長工程が終わると、
InP基板におけるラスター溝の深さは約4Qnmとな
る。次いで二酸化シリコン(S i O2)マスク層4
1を構成全体にわたり、例えばスパッタリングにより形
成する。
、意図的にドープしていない厚さ0.05 pmのI
n(1,72Gao、 28AS0.80 Po、 s
。のメルトバック防止層14、ふよび亜鉛I Xl01
8原子/cm3をドープした厚さ0.7μmのインジウ
ム燐の層を成長させる。これらの成長工程が終わると、
InP基板におけるラスター溝の深さは約4Qnmとな
る。次いで二酸化シリコン(S i O2)マスク層4
1を構成全体にわたり、例えばスパッタリングにより形
成する。
次いで、この層41のうちセクションBとCを構成すべ
き部分を通常の方法で除去した後、層41の残り部分を
マスクに使って、セクションB(!:Cを構成すべき部
分の半導体層構造を、層12に達するまでエツチングで
取り去る(第6図参照)。
き部分を通常の方法で除去した後、層41の残り部分を
マスクに使って、セクションB(!:Cを構成すべき部
分の半導体層構造を、層12に達するまでエツチングで
取り去る(第6図参照)。
こうして作られた構造は、通常の何らかの方法で清浄化
したのち、再度これを成長反応装置に入れ、層41の残
った部分をマスクに使って、いくつもの半導体構造を局
部的に成長させる(第7図参照)。まず、意図的にドー
プしていないIn0672Gao、 21+ ASo、
so P o、 aoによる厚さ0.20 μmの層
21、これに次いで、I Xl018原子/am’の亜
鉛をドープしたインジウム燐による厚さ0.8 μmの
層22を形成する。この後者の層は受動層15と均質的
にほぼ隣接し、同一組成、同型導電性を有する1つの半
導体領域として、はぼ平坦な上側面を形成する。
したのち、再度これを成長反応装置に入れ、層41の残
った部分をマスクに使って、いくつもの半導体構造を局
部的に成長させる(第7図参照)。まず、意図的にドー
プしていないIn0672Gao、 21+ ASo、
so P o、 aoによる厚さ0.20 μmの層
21、これに次いで、I Xl018原子/am’の亜
鉛をドープしたインジウム燐による厚さ0.8 μmの
層22を形成する。この後者の層は受動層15と均質的
にほぼ隣接し、同一組成、同型導電性を有する1つの半
導体領域として、はぼ平坦な上側面を形成する。
こうして出来た構造を成長反応装置から取り出し層41
を除去し清浄化した後、フォトラッカー、フォトリソグ
ラフィー、及び通常のエツチング液を用い、2つの溝1
0をエツチングすることにより、メサ型構造9を形成す
る(第8図参照)。この10の縦軸は溝2と直交してい
る(第1図をも参照のこと)。このメサ型溝構造の幅は
頭部で約0.9μmである。フォトラッカーを除去清浄
化の後、こうして得られた構造体を再び成長反応装置に
入れ、いくつもの半導体層を成長させる(第9図参照)
。まず、8X10”原子/cm3の亜鉛でドープしたp
型インジウム燐の層31を、更にその上に8xlQ17
原子/cm3のゲルマニウムをドープしたインジウム燐
の電流阻止層32を成長させる。これらの層は、溝10
を部分的にあるいは全体的に充填するが、メサ型領域9
の上には成長しない。このことは、ここで用いる成長法
が液相からの成長であることと、構造の幾何学寸法、及
び成長速度とに関連して可能になる。31と15と両層
は領域90で合体する。
を除去し清浄化した後、フォトラッカー、フォトリソグ
ラフィー、及び通常のエツチング液を用い、2つの溝1
0をエツチングすることにより、メサ型構造9を形成す
る(第8図参照)。この10の縦軸は溝2と直交してい
る(第1図をも参照のこと)。このメサ型溝構造の幅は
頭部で約0.9μmである。フォトラッカーを除去清浄
化の後、こうして得られた構造体を再び成長反応装置に
入れ、いくつもの半導体層を成長させる(第9図参照)
。まず、8X10”原子/cm3の亜鉛でドープしたp
型インジウム燐の層31を、更にその上に8xlQ17
原子/cm3のゲルマニウムをドープしたインジウム燐
の電流阻止層32を成長させる。これらの層は、溝10
を部分的にあるいは全体的に充填するが、メサ型領域9
の上には成長しない。このことは、ここで用いる成長法
が液相からの成長であることと、構造の幾何学寸法、及
び成長速度とに関連して可能になる。31と15と両層
は領域90で合体する。
次いで、p型インジウム燐の層33として、厚さが例え
ば1μmで、ドーピング密度は亜鉛1x1011′原子
/cm3のもの、p型接触層34として、その組成はI
n。’、 ?2 Gao、 2e Aso、 go
P O,40%厚さは0.5μm1ド一ピング密度は亜
鉛I XIO”原子/cm’のものを成長させる。層3
3と層15および22とは、メサ型9功上部で円滑に合
体する(第2図も参照のこと)。
ば1μmで、ドーピング密度は亜鉛1x1011′原子
/cm3のもの、p型接触層34として、その組成はI
n。’、 ?2 Gao、 2e Aso、 go
P O,40%厚さは0.5μm1ド一ピング密度は亜
鉛I XIO”原子/cm’のものを成長させる。層3
3と層15および22とは、メサ型9功上部で円滑に合
体する(第2図も参照のこと)。
このように作られた半導体構造体を成長反応装置から取
出した後、その上部と下部に通例の組成を有する金属層
4と3を通常の方法で取付け、雷電流接続ができるよう
にする。
出した後、その上部と下部に通例の組成を有する金属層
4と3を通常の方法で取付け、雷電流接続ができるよう
にする。
望ましいとあれば、金属層4を取り付けるに先立ち、電
流制限手段を追加してもよい。例えば、メサ型領域9上
部の面に亜鉛を局部的に拡散するとか、または、この部
分以外に対しH゛イオン注入行うことにより半導体抵抗
を高めるなどである。接続層34のドーピング密度がこ
こに示した例よりも低い時には、亜鉛の局部拡散が著し
く有効である。
流制限手段を追加してもよい。例えば、メサ型領域9上
部の面に亜鉛を局部的に拡散するとか、または、この部
分以外に対しH゛イオン注入行うことにより半導体抵抗
を高めるなどである。接続層34のドーピング密度がこ
こに示した例よりも低い時には、亜鉛の局部拡散が著し
く有効である。
最後に、この半導体本体の上部に2つの溝をエツチング
する(第2図参照)。その結果、セクションA、 B
、 Cに対し、それぞれ独立に電流供給56.7を行な
うことが可能になる。これらの溝は格子溝2と平行して
おり、通例のフォトリソグラフィーとエツチングで作る
ことができる。また、これらは、おおむね層33にまで
到達している。
する(第2図参照)。その結果、セクションA、 B
、 Cに対し、それぞれ独立に電流供給56.7を行な
うことが可能になる。これらの溝は格子溝2と平行して
おり、通例のフォトリソグラフィーとエツチングで作る
ことができる。また、これらは、おおむね層33にまで
到達している。
この半導体本体の1つの側面には、例えばスパッタリン
グか蒸着により、反射防止膜を設ける。この側面から発
生する電磁放射はガラスファイバーに導くことが可能で
ある。
グか蒸着により、反射防止膜を設ける。この側面から発
生する電磁放射はガラスファイバーに導くことが可能で
ある。
第10図には、本発明に基づく半導体ダイオードレーザ
の第2の実施例につき、第1図の■−■線における断面
図を示す。第2図に対応する領域には同一の参照番号を
付し、その他については、関連説明に関する限り第1実
施例の番号を引用している。最も重要な相違点は、能動
層13とメルトバラ外層14とがこの断面図の中心部に
存在すること、および、第2放射伝導層(第2図の層2
1)が存在しないことに関連している。
の第2の実施例につき、第1図の■−■線における断面
図を示す。第2図に対応する領域には同一の参照番号を
付し、その他については、関連説明に関する限り第1実
施例の番号を引用している。最も重要な相違点は、能動
層13とメルトバラ外層14とがこの断面図の中心部に
存在すること、および、第2放射伝導層(第2図の層2
1)が存在しないことに関連している。
本発明に基づく本実施例による半導体ダイオードレーザ
では、第1セクション(A)で発生する放射のうち、第
1と第2セクション(B)の接合部で反射するものの強
さが、第2セクションから接合部に戻るものより、相対
的に弱くなるような手段が講じられている。
では、第1セクション(A)で発生する放射のうち、第
1と第2セクション(B)の接合部で反射するものの強
さが、第2セクションから接合部に戻るものより、相対
的に弱くなるような手段が講じられている。
その手段として、本実施例では、第2セクション(B)
に隣接する半導体本体の側面に高反射膜56を設けてい
る。他の側面には反射防止膜55があり、応用面に利用
することのできる電磁放射はここから発射する。高反射
膜の存在により、第2セクションBから第1セクション
八に戻る放射の強さはかなり増加する。その結果として
、第1セクションAの接合部での第1から第2セクショ
ンへの反射の強さは、上記Aに戻る放射の強さに比し相
対的に低くなる。この結果、12のモード内での同調範
囲における禁止帯の発生は、既にこの明細書の導入部で
述べた通り、抑圧または制限される。
に隣接する半導体本体の側面に高反射膜56を設けてい
る。他の側面には反射防止膜55があり、応用面に利用
することのできる電磁放射はここから発射する。高反射
膜の存在により、第2セクションBから第1セクション
八に戻る放射の強さはかなり増加する。その結果として
、第1セクションAの接合部での第1から第2セクショ
ンへの反射の強さは、上記Aに戻る放射の強さに比し相
対的に低くなる。この結果、12のモード内での同調範
囲における禁止帯の発生は、既にこの明細書の導入部で
述べた通り、抑圧または制限される。
本実施例における高反射膜は8層から成り、その中では
二酸化シリコン(S10□)と酸化ハフニウム(Hf
O2)とが交互に存在し、それぞれの厚さは、波長(λ
)の4分の1に対応して、第1材料では約276nm
、第2材料では220nmである。この結果、膜の全体
の厚さは約2μmとなる。
二酸化シリコン(S10□)と酸化ハフニウム(Hf
O2)とが交互に存在し、それぞれの厚さは、波長(λ
)の4分の1に対応して、第1材料では約276nm
、第2材料では220nmである。この結果、膜の全体
の厚さは約2μmとなる。
第11図には、モードごとにまとめたレーザ発振の様子
と、第1O図に対応する実施例における半導体ダイオー
ドレーザの第2、第3セクションにそれぞれ流れる電流
(IB)、 (Ic)の関数としてのその発射波長と
を測定した結果を示す。この図は第3図と酷似しており
、第4図(従前の技術)と比較すれば判るように、この
実施例でも、1つのモード内で実質連続的な同調可能性
が得られ、しかも禁止帯は全くかまたはほとんど生じて
いない。
と、第1O図に対応する実施例における半導体ダイオー
ドレーザの第2、第3セクションにそれぞれ流れる電流
(IB)、 (Ic)の関数としてのその発射波長と
を測定した結果を示す。この図は第3図と酷似しており
、第4図(従前の技術)と比較すれば判るように、この
実施例でも、1つのモード内で実質連続的な同調可能性
が得られ、しかも禁止帯は全くかまたはほとんど生じて
いない。
この第2実施例による半導体ダイオードレーザの製造方
法を、第1実施例のそれと比較する。相違点は、第2放
射伝導層が成長しないこと、および、3つのセクション
の相互位置を決めるに際し、第1セクション(A)が他
の2セクション(B)、(C)の中間に存在するよう適
当なマスクを用いることに関連している。
法を、第1実施例のそれと比較する。相違点は、第2放
射伝導層が成長しないこと、および、3つのセクション
の相互位置を決めるに際し、第1セクション(A)が他
の2セクション(B)、(C)の中間に存在するよう適
当なマスクを用いることに関連している。
第3の実施例においては、第1セクションで発生した放
射のうち、第1セクションと第2セクション(B)との
接合部で反射する放射を、第2セクションから接合部に
戻る放射に比し小さくするための手段として、第1、第
2実施例の手段を双方とも備えることが可能である。前
記各実施例および前文で論じたことから見て、このよう
な組合せを行なうことで、同等またはそれ以上のすぐれ
た特性が得られるのは明らかである。
射のうち、第1セクションと第2セクション(B)との
接合部で反射する放射を、第2セクションから接合部に
戻る放射に比し小さくするための手段として、第1、第
2実施例の手段を双方とも備えることが可能である。前
記各実施例および前文で論じたことから見て、このよう
な組合せを行なうことで、同等またはそれ以上のすぐれ
た特性が得られるのは明らかである。
本発明に関しては、当業者には明らかなように、多くの
組合せや変化が考えられ、決してここに述べた諸実施例
に止まるものではない。例えば、特筆できることとして
、すべての実施例において第1受動層を除去してもよい
。このことにより、本発明に基づく半導体ダイオードレ
ーザのその他の特性およびその製造に関連して、いくつ
かの利点欠点は生じるものの、本発明で得られる好まし
い効果には何ら影響を与えることがない。更に本半導体
ダイオードレーザはメルトバック防止層なしで作ること
もできる。また、口CPBH構造の代わりに、いわゆる
BH(埋め込みヘテロ〉を用いてこの半導体ダイオード
レーザを構成することもてきる。この場合、メサ部分の
側面には、2つの溝ではなく、下方に位置する2つの半
無限面が存在することになる。このような構造において
は、メサ部分自体もDCPBH構造に比し幅が広いのが
普通である。この2つの相違点から、メサ上の成長はよ
り容易に起こり易くなる。従って、メサ上の成長が起こ
って欲しくないような製造工程では、このメサを、例え
ば二酸化シリコン膜で覆うことがしばしば行なわれる。
組合せや変化が考えられ、決してここに述べた諸実施例
に止まるものではない。例えば、特筆できることとして
、すべての実施例において第1受動層を除去してもよい
。このことにより、本発明に基づく半導体ダイオードレ
ーザのその他の特性およびその製造に関連して、いくつ
かの利点欠点は生じるものの、本発明で得られる好まし
い効果には何ら影響を与えることがない。更に本半導体
ダイオードレーザはメルトバック防止層なしで作ること
もできる。また、口CPBH構造の代わりに、いわゆる
BH(埋め込みヘテロ〉を用いてこの半導体ダイオード
レーザを構成することもてきる。この場合、メサ部分の
側面には、2つの溝ではなく、下方に位置する2つの半
無限面が存在することになる。このような構造において
は、メサ部分自体もDCPBH構造に比し幅が広いのが
普通である。この2つの相違点から、メサ上の成長はよ
り容易に起こり易くなる。従って、メサ上の成長が起こ
って欲しくないような製造工程では、このメサを、例え
ば二酸化シリコン膜で覆うことがしばしば行なわれる。
放射誘導層の組成は、能動層からの放射を良く導くよう
に選ばねばならない。原則的には、放射誘導層には多数
の成分が使用可能である。然し、この組成は能動層の組
成と大差無いものが望ましいことが判っている。例えば
、能動層の組成が放射波長約1,3 μmの場合、放射
波長約1.2μmに対応する組成の放射誘導層を用いた
時最良の結果が得られたのである。
に選ばねばならない。原則的には、放射誘導層には多数
の成分が使用可能である。然し、この組成は能動層の組
成と大差無いものが望ましいことが判っている。例えば
、能動層の組成が放射波長約1,3 μmの場合、放射
波長約1.2μmに対応する組成の放射誘導層を用いた
時最良の結果が得られたのである。
本発明に基づく半導体ダイオードレーザの製造に関して
はこのほか多数の変化も可能である。例えば、1つまた
はそれ以上の層を、液相以外からエピタキシャル成長さ
せることもできる。
はこのほか多数の変化も可能である。例えば、1つまた
はそれ以上の層を、液相以外からエピタキシャル成長さ
せることもできる。
第1図は、本発明に基づく分布反射付き半導体ダイオー
ドレーザの第1の実施例を、一部は透視図、一部は断面
図により図解した概略図であり、第2図は、第1図の半
導体ダイオードレーザの■−■線で切った断面図あり、 第3図は、第1図の半導体ダイオードレーザのモード別
発振の様子とその発射波長測定値を、第1図の第2セク
ションと第3セクションにそれぞれ流れる電流(Io)
と(Ic)の関数として示した図であり、 第4図は、従来技術による半導体ダイオードレーザのモ
ード別発振の様子とその発射波長測定値を、第2セクシ
ョンと第3セクションにそれぞれ流れる電流(■8)と
(1,)の関数として示した図であり、 第5図ないし第9図は、本発明に基づく半導体ダイオー
ドレーザの第1の実施例を、その製造工程に従って示し
た図であり、ここで、第5.6及び7図は、第1図にお
ける■−■線での断面図を、また、第8及び9図は同じ
く■−■線での断面図を示し、 第10図は、本発明に基づく半導体ダイオードレーザの
第2の実施例に関して、第1図のII−II線での断面
図を示し、 第11図は、第10図の半導体ダイオードレーザのモー
ド別発振における発射波長の測定値を、第1図の第2セ
クションと第3セクションにそれぞれ流れる電流(T
Il) と(IC>の関数として示した図である。 これら各図は図解を目的とするので寸法は無視している
。各断面図とも、同型の導電領域には同方向の影を付け
ている。 1・・・基板 2・・・厚さの周期的変化 3.4・・・金属層 5、6.7.訃・・電気的接続部 9・・・メサ型領域 10・・・2つの溝 11、21・・・放射伝導層 12、15.22.31.32.33・・・受動層13
・・・能動層 14・・・メルトバック防止層 34・・・接触層 50、51・・・端面 55・・・反射防止膜 特許出頭人 工ヌ ベー フィリップス フルーイランペンファブリケン
ドレーザの第1の実施例を、一部は透視図、一部は断面
図により図解した概略図であり、第2図は、第1図の半
導体ダイオードレーザの■−■線で切った断面図あり、 第3図は、第1図の半導体ダイオードレーザのモード別
発振の様子とその発射波長測定値を、第1図の第2セク
ションと第3セクションにそれぞれ流れる電流(Io)
と(Ic)の関数として示した図であり、 第4図は、従来技術による半導体ダイオードレーザのモ
ード別発振の様子とその発射波長測定値を、第2セクシ
ョンと第3セクションにそれぞれ流れる電流(■8)と
(1,)の関数として示した図であり、 第5図ないし第9図は、本発明に基づく半導体ダイオー
ドレーザの第1の実施例を、その製造工程に従って示し
た図であり、ここで、第5.6及び7図は、第1図にお
ける■−■線での断面図を、また、第8及び9図は同じ
く■−■線での断面図を示し、 第10図は、本発明に基づく半導体ダイオードレーザの
第2の実施例に関して、第1図のII−II線での断面
図を示し、 第11図は、第10図の半導体ダイオードレーザのモー
ド別発振における発射波長の測定値を、第1図の第2セ
クションと第3セクションにそれぞれ流れる電流(T
Il) と(IC>の関数として示した図である。 これら各図は図解を目的とするので寸法は無視している
。各断面図とも、同型の導電領域には同方向の影を付け
ている。 1・・・基板 2・・・厚さの周期的変化 3.4・・・金属層 5、6.7.訃・・電気的接続部 9・・・メサ型領域 10・・・2つの溝 11、21・・・放射伝導層 12、15.22.31.32.33・・・受動層13
・・・能動層 14・・・メルトバック防止層 34・・・接触層 50、51・・・端面 55・・・反射防止膜 特許出頭人 工ヌ ベー フィリップス フルーイランペンファブリケン
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、分布反射付き同調可能半導体ダイオードレーザであ
って、半導体の本体を有し、この本体には、1つの第1
受動層の上に1つの第1放射伝導層が存在し、 これらの層に対しほぼ垂直に延びる2つの 面の間にストリップ状の共振器空洞が形成され、 さらにその共振器空洞内には3つのセクシ ョンが存し、 その第1セクションには、第1電流が供給 されて動作するp−n接合の能動領域があり、これに十
分な強さの順方向電流を加えると、放射伝導層の増幅勢
力範囲内に能動領域があるようなコヒーレント電磁放射
を発生し、 その第2セクションには、第2の電流が供 給され、この電流により、放射伝導層のうちこのセクシ
ョン内にある部分の屈折率が変化でき、 その第3セクションには、第3の電流が供 給され、共振空洞のうちこの第3セクション内にある部
分では、その縦方向の屈折率が周期的に変化するように
構成されている半導体ダイオードレーザにおいて、 第1セクションで発生し、第1、第2セク ション間の接合部で反射する放射の強さを、第2セクシ
ョンからこの接合部に戻る放射の強さに比し、相対的に
小さくするような手段を設けたことを特徴とする分布反
射付き同調可能半導体ダイオードレーザ。 2、上記手段は、第1セクションの少なくとも1つの側
面において、能動領域と同一のレベルでこれに隣接し、
かつ能動領域とほぼ同一の厚さを有するような1つの第
2放射伝導層を含むことを特徴とする請求項1に記載の
半導体ダイオードレーザ。 3、能動領域の上部にメルトバック防止層が存在する半
導体ダイオードレーザにおいて、 上記手段は、第1セクションの少なくとも 1側面では能動領域およびこれに隣接する区域で能動領
域とメルトバック防止層の厚さの和にほぼ等しい厚さを
有するような、1つの第2放射伝導層を含むことを特徴
とする請求項2に記載の半導体ダイオードレーザ。 4、第2放射伝導層と能動層とが、1つの第2受動層と
によって第1放射伝導層と分離していることを特徴とす
る請求項2又は3に記載の半導体ダイオードレーザ。 5、共振器空洞の境界を形成する面の間において、上記
第1、第2および第3セクションがこの順序で存在する
ことを特徴とする請求項2、3又は4のいずれか1項に
記載の半導体ダイオードレーザ。 6、上記第1セクションが、共振器空洞の少なくともほ
ぼ中心に存在し、第2、第3セクションは、それぞれ第
1セクションの各片側に位置することを特徴とする請求
項2、3又は4のいずれか1項に記載の半導体ダイオー
ドレーザ。 7、上記第1セクションが、共振器空洞の少なくともほ
ぼ中心に存在し、第2、第3セクションは、それぞれ第
1セクションの各片側に位置し、しかも、共振器空洞を
囲む面の1つと一致する第2セクションの1側面には高
反射膜が存在することを特徴とする請求項1または6に
記載の半導体ダイオードレーザ。 8、上記第1セクションがBH型(埋め込みヘテロ構造
)であることを特徴とする請求項1ないし7のうちのい
ずれか1項に記載の半導体ダイオードレーザ。 9、上記第1セクションがDCPBH型(二重チャネル
プレーナー埋め込みヘテロ構造)であることを特徴とす
る請求項1ないし8のうちのいずれか1項に記載の半導
体ダイオードレーザ。 10、半導体ダイオードレーザの製造方法であって、 1つの半導体基板上に、1つの第1放射伝 導層と、この放射伝導層の増幅勢力範囲内の厚さを有す
る1つの第1受動層とを連続して設け、 さらに上記増幅勢力範囲内に局部的に、周 期的な屈折率変化が起こるようにし、 その後1つの能動層と1つの第2受動層を 設け、 これらの層は、形成すべき第1セクション 部分を残して局部的にエッチングにより除去し、 この際第1受動層はエッチング・ストッパ の役割を果たし、 次に第1セクションの外側には、更に別の 受動層を設ける半導体ダイオードレーザの製造方法にお
いて、 第1セクションを越えた領域においては、 第1受動層と第2受動層との間に、第1セクション内の
能動層に円滑に隣接しかつ能動層とほぼ同一の厚さを有
する第2放射伝導層を設けることを特徴とする請求項1
ないし9のうちのいずれか1項に記載の半導体ダイオー
ドレーザの製造方法。
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