JPH02252284A - 半導体レーザアレイ - Google Patents

半導体レーザアレイ

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JPH02252284A
JPH02252284A JP7531289A JP7531289A JPH02252284A JP H02252284 A JPH02252284 A JP H02252284A JP 7531289 A JP7531289 A JP 7531289A JP 7531289 A JP7531289 A JP 7531289A JP H02252284 A JPH02252284 A JP H02252284A
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layer
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oscillation wavelength
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JP7531289A
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Masato Ishino
正人 石野
Yoichi Sasai
佐々井 洋一
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は波長多重光通信に必要な光源である集積化多波
長分布帰還型半導体レーザアレイおよびその製造方法に
関する。
従来の技術 近年、大容量光通信として、光多重通信が盛んに研究開
発されている。このような波長多重通信用光源には、異
なる発振波長の複数の半導体レーザが必要となるが、光
源の小型化、光軸の調整等の立場から同一基板上に異な
る発振波長のレーザを集積化した多波長集積化レーザア
レイの研究開発も盛んになっている。このような多波長
光源では多重密度を上げるためにも高速変調時において
も安定な単一軸モード発振を有する分布帰還型半導体レ
ーザ(以下DFB−LD)で構成されることが好ましい
DFB−LDプレイにおいて、各LDの発振波長を変化
させる比較的容易な方法としては各LDを構成する回折
格子のピッチ71を各LDで変化すせる方法がある〔参
考文献H,0kuda 、 et 、 aj。
ジャパン ジェイ アプライド フィジックス(J I
)n 、 J、 Appl 、Phys、 ) 23 
(1984) L9o4)。
第6図Aは同一基板上に複数のLDを集積したLDアレ
イの平面構造図である。ここでは代表的な2つのLD(
1,2)のみ示しである。第6図B、CはそれぞれのL
Dl、2のキャピテイ方向の断面a −a’ 、 b 
−b’のエピタキシャル構造図である。ここで11はn
型InP基板、12はn−InGaAsP光導波層(バ
ンドギャップ波長λ = 1.1 μm)、13はIn
GaAsP活性層(λ9=1.3μm)、14はp型I
nPクラッド層である。
n型InP基板11上にはそれぞれピッチ/f1=39
40人およびA2=3860への回折格子20.21が
形成されている。
LDの発振波長λは”offを実効屈折率、Nを回折次
数とすると、 λ= 2 n   −Δ7メN   ・甲・・・・印・
・・・(1)ff で決定される。ここでN=2 、 ”offを3゜3o
とすると、LDの発振波長はそれぞれλ1=1.30μ
m。
λ2=1.27μmと2つのLDで30 n mの発振
波長差を得ることができる。このように各LDでの回折
格子のピッチを変化させることによpDFB−LDの発
振波長は変化されることができる。
しかしながら、このDFB−LDアレイの各LD1  
;2の活性層13のバンドギャップ波長λ9゜すなわち
ゲインビークは1.3μmと同一であるので、発振波長
とゲインビークのずれが問題となってくる。すなわち第
7図A、BにLDl、LD2の発振スペクトルを示すが
、LDlにおいては発振波長はゲインビークに対応して
いるのに対し、LD2においては回折格子ピッチで決ま
る発振波長はゲインビークに対して大きく短波長側にシ
フトしていることがわかる。このようなずれは発振しき
い値電流の上昇9発光効率の低下および温度特性の劣化
を生じることになる。さらに両者のずれが大きくなると
、もはやDFBモードで発振しなくなる。
また作製上の問題として、同一基板上の異なる領域にピ
ッチの異なる回折格子を一般に用いられている二光束干
渉露光法で作製するには選択領域以外のマスキング工程
および二光束干渉露光工程を多段階でくり返して作製し
なければならないことがめる。このような複雑な工程は
歩留シの低下のみならずデバイス特性の劣化、ばらつき
の原因となるものである。
発明が解決しようとする課題 以上、従来例における回折格子ピッチを変化させて発振
波長差を得る方法でのDFB−LDアレイにおいては、
回折格子ピッチによって決まるLDの発振波長と活性層
バンドギャップによって決まるゲインビークのずれによ
り、アレイを構成するLD特性の低下やばらつきが問題
となる。さらに選択領域にピッチの異なる回折格子を形
成するだめには非常に複雑な工程を必要とし、歩留りの
低下や特性の劣化を来たすことになる。
課題を解決するだめの手段 上述の課題を解決すべく、本発明は第1の導電型の同一
半導体基板主面上のアレイ状の複数領域に、各領域で実
効屈折率およびバンドギャップエネルギーの異なる量子
井戸層を含む活性層、回折格子および第2の導電型のク
ラッド層をそれぞれ有することを特徴とする半導体レー
ザアレイであるメサストライプをアレイ状に形成したの
ち前記メサアレイ基板上にMQW層を含むエピタキシャ
ル層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体レー
ザアレイの製造方法である。
作  用 上述の手段により、プレイを構成する各分布帰還型レー
ザキャビティにおける実効屈折率差により発振波長差を
得るとともに、量子サイズ効果によりゲインビークも発
振波長シフトと同様のシフトを示し、発振波長とゲイン
ビークのずれによるレーザ特性劣化を抑えた分布帰還型
レーザアレイを非常に容易な手段で提供できるものであ
る。
実施例 以下、本発明による分布帰還型(DFB)LDアレイを
I nGaAs P / InP系材系材用いた実施例
について説明する。第1図はこのアレイ構造を示すもの
で、A−Cは従来例を示す第6図の場合と同様、2つの
LD(LDl、LD2)についての平面図Aおよびキャ
ビティ方向の断面基本構造図B、Cである。従来例と同
じ(n−InP基板11上に回折格子100 、InG
aAsP光導波層12゜活性層31 、32 、 p 
−InPクラッド層で主に構成される。ここで従来例と
の違いは、従来例においては回折格子20.21のピッ
チが/11..42と異なり活性層13の組成および層
厚は同一であったのに対し、本実施例においては活性層
はそれぞれ層厚の異なる、InGaAsP井戸層(λ9
=1.3μm)とInGaAsP障壁層(λ =1.Q
5μm)から成る多重量子井戸(MQW)構造活性層3
1゜32である。ここでMQW活性層31は第1図りに
その拡大図を示すように60人の井戸層33と50人の
障壁層3406対から成り、MOW活性層32は第1図
Eにその拡大図を示すように100人の井戸層36と1
00への障壁層3605対から成る。回折格子のピッチ
はこの場合両者ともAo=4000人で同じである。
DFB−LDにおける発振波長は従来例における(1)
式に従い、LDの導波モードの実効屈折率に依存する(
第2図A)。第1図において、LDlのn。ffは3.
18であるのに対し、LD2においては3.26である
。このn。ffO差により第2図へに示すようにそれぞ
れの発振波長はそれぞれLDlでは1.27 μm 、
 I、D2では1.30μmと30 n mの差が得ら
れている。
一方、本発明の構造においてはLDl、LD2の活性層
31.32はそれぞれ井戸層厚50Aおよび100への
MQW層であるので、両者のバンドギャップエネルギー
すなわちゲインビークは第2図Bに示すように量子サイ
ズ効果により異なる。
すなわちLDlにおいては1.27μmであるのに対し
LD2においては1.30μmとなる。第3図に本発明
の2つのLDの発振ヌベクトルを示す。
AはLDl、BはLD2に対応する。ゲインピークは発
振波長にほぼ一致しており、第、5図に示した従来例の
ような両者のずれはほとんどない。これは井戸層厚の変
化に対して、”5sff変化による発振波長シフトと量
子サイズ効果によるゲインピークシフトは同一方向に生
じるからである。
このように本発明のDFB−LDアレイでは発振波長と
ゲインピークのずれが小さく、アレイ中の各LDの特性
のばらつきは小さく、すべて良好な電流−光出力特性、
温度特性を示す。
次に、本発明の構造のDFB−LDアレイを作製プロセ
スについて説明する。まず第4図Aに示すようにn型I
nP基板上に二光束干渉露光法によりビッチΔ。=40
00人の回折格子を形成する。
次に第4図Bに示すようにこの基板上に、回折格子と垂
直の方向に幅s1.S2の異なる複数のメサストライプ
35.36を通常のフォトリソグラフィーで形成する。
このメサ基板上に液相エピタキシャル成長法で第3図C
に示す↓うに、InGaAsP光導波層11 、InG
aAsP MQW活性層(31゜32)、p−InP層
14を順次形成する。液用成長法によると、メサストラ
イプ上のエピタキシャル層の厚さは平坦部よシ薄く、か
つメサストライプの幅に大きく依存する。第6図にMQ
W活性層の井戸層Lzおよび実効屈折率のメサストライ
プ幅S依存性を示す。メサストライプ幅の減少とともに
井戸層厚および実効屈折率はともに減少する。
S を10μm、S2を20μm とすると第1図り。
Eに示すMQW層31,3≧における井戸層厚33.3
5はそれぞれ60人および100人となり、活性層の実
効屈折率n。ffはそれぞれ3.1B。
3.26と異なる。第2図、第3図に従い、この実効屈
折率差による発振波長シフトと、井戸層厚差によるゲイ
ンピークシフトは同様の挙動を示すので、発振波長とゲ
インビークのずれの小さい良好な特性の多波長DFB−
LDアレイを得ることができる。
このように本作製法においては一回の回折格子形成プロ
セスと基本的に一回のエピタキシャル成長という非常に
簡単なプロセスにより、特性のばらつきの小さい集積化
多波長DFB−LDアレイを得ることができる。
ところで本実施例においては簡単のだめ、2波長集積素
子を例にとって説明したが、3波長以上の多波長LDア
レイの場合も全く同様である。またDFB−LDの構造
は活性層の下に回折格子が存在する構造であったが、活
性層上に回折格子を有するDFB−4D構造においても
全く同じである。またエピタキシャル成長法としては液
相法について説明したが、MOVPE法やMBE法等の
他の方法においても条件を選べば同様の効果を得ること
ができる。さらに材料としてInGaAsP/InP系
について説明したがAlGaAs/GaAs、1%等の
他の■−v族半導体についても同様に適用できるもので
ある。
発明の効果 以上、本発明は第1の導電型の同一半導体基板主面上の
アレイ状の複数領域に、各領域で層厚が異なる量子井戸
層を含む活性層、回折格子および第2の導電型のクラッ
ド層をそれぞれ有することを特徴とする半導体レーザア
レイであり、各I、Dテ発振波長のゲインピークのずれ
が小さいことによる特性のばらつきの小さい、良好な単
一軸モード発振を有する集積化多波長LDアレイを提供
できるものである。また半導体基板上に回折格子を形成
する工程と、基板上の複数の領域にそれぞれ幅の異なる
メサストライプをアレイ状、に形成したのち液相エピタ
キシャル成長法によfiMQW層を含む成長層を形成す
る工程を含むことを特徴とする半導体レーザアレイの製
造方法であり、基本的に一回の回折格子形成と一回のエ
ピタキシャル成長という非常に簡単な製造プロセスによ
り前述の集積化素子を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のDFB−LDアレイの構造
を示し、同図Aはその平面図、同図B。 Cはその光軸方向a−a’、b−b’ 線での断面図、
同図り、Eはそれぞれ同図B、CにおけるMQW層の拡
大断面図である。第2図Aは発振波長の実効屈折率依存
性、Bはゲインピークの井戸層厚依存性を示す図、第3
図A、Bは本発明のアレイの代表的な2つのLDの発振
スペクトルを示す図、第4図A、B、Cは本発明による
DFB−LDアレイの製造プロセヌを示す斜視図、断面
図、第5図は実効屈折率および井戸層厚のメサストライ
プ幅依存性を示す図である。第6図は従来例のレーザに
おける構造を示し、同図Aはその平面図、同図B、Cは
同図Aのa−a’、b−b’ 線断面図、第7図A、B
は第6図の発振スペクトルを示す図である。 1・・・・・・LDl、2・・・・・・LD2.11・
・・・・・n型InP基板、12−・・−InGaAa
P光導波層、14・・・・・・p型InPクラッド層、
100・・・・・・回折格子、31.32・・・・・・
MQW活性層、33 ; 35・・・・・・井戸層。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 はか1名l−
・−LDI 2・−LD 2 第1図 1ρ0・−固肪l各子 pθ 31・−#jQV眉 33−井戸層 34−障硫層 32°・−/’iQW’層 35・・−什P7@ 36″−7II  M 、71 (β) lρθ 井7−層厚Lz(A) J、f5 大差びト香卑。 rL、eチチ /、2.5 /、3θ /、 3.f 集 図 富 図 pρ 35.3g−−メ丈ストライプ。 / 第 図 メ丈ストライプ°横 δ(P/WL) 第 図 (^ン /、 25 /、36 う皮  長 (I3) 1.35 (μ#L) 隈 長

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の導電型の同一半導体基板上のアレイ状の複
    数領域に、前記各領域で層厚の異なる量子井戸層を含む
    活性層、回折格子および第2の導電型のクラッド層をそ
    れぞれ有することを特徴とする半導体レーザアレイ。
  2. (2)半導体基板もしくはエピタキシャル基板上に回折
    格子を形成する工程と、前記半導体基板もしくはエピタ
    キシャル基板上の複数の領域にそれぞれ幅の異なるメサ
    ストライプをアレイ状に形成したのち、前記メサアレイ
    基板上にエピタキシャル成長により量子井戸層で構成さ
    れる活性層を含むエピタキシャル層を形成する工程を含
    むことを特特とする半導体レーザアレイの製造方法。
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