JPH0248151B2 - - Google Patents
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- JPH0248151B2 JPH0248151B2 JP60033603A JP3360385A JPH0248151B2 JP H0248151 B2 JPH0248151 B2 JP H0248151B2 JP 60033603 A JP60033603 A JP 60033603A JP 3360385 A JP3360385 A JP 3360385A JP H0248151 B2 JPH0248151 B2 JP H0248151B2
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- Japan
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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
Landscapes
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は、回折格子の形成された単一縦モード
でレーザ発振する発振波長660〜890nmの分布帰
還形または分布ブラツグ反射形半導体レーザ素子
に関するものである。
でレーザ発振する発振波長660〜890nmの分布帰
還形または分布ブラツグ反射形半導体レーザ素子
に関するものである。
＜従来技術とその問題点＞
光フアイバを利用した光情報システムあるいは
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有することが望
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ツグ反射形
のレーザ素子が知られている（日経エレクトロニ
クス1981，12，21，P66〜P70）。
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有することが望
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ツグ反射形
のレーザ素子が知られている（日経エレクトロニ
クス1981，12，21，P66〜P70）。
従来、InP基板上に構成されたInGaPAs／InP
系材料により発振波長1.3μm〜1.55μｍの回折格
子付半導体レーザが開発されてきた。一方、波長
890nm以下の発振光が得られるGaAs基板上に形
成されたGaAlAs活性層を有する半導体レーザに
おいては、回折格子を形成するGaAlAs光ガイド
層上に瞬時に酸化膜が生成するため、その上への
再成長が困難であるという製作上の欠点があり、
実用化されるには至つていない。この点について
は、光ガイド層材料として酸化し難いInGaPAs
を用いることにより有効に解決した半導体レーザ
素子が本出願人により特願昭59−223576号にて示
されている。第２図にこの分布帰還形半導体レー
ザの構造を示す。ｎ型GaAs基板１上にｎ型
GaAlAsクラツド層２、ノンドープGaAs活性層
３、ｐ型InGaPAs光ガイド層４、ｐ型GaAlAsク
ラツド層５、ｐ型GaAsキヤツプ層６の順に積層
され、基板１とキヤツプ層６にはそれぞれｎ側、
ｐ側のオーミツク電極７，８が形成されている。
レーザ発振動作用の回折格子は光ガイド層４上に
形成されている。この構造では、光ガイド層４の
酸化の問題はなく、光ガイド層４上への２度目の
成長には何ら支障はない。しかし、活性層３と光
ガイド層４との熱膨脹係数の相違に起因して生ず
る格子不整合等により界面に格子欠陥が導入さ
れ、大きな非発光再結合電流による発振閾値の増
大及び特性劣化の要因となる。
系材料により発振波長1.3μm〜1.55μｍの回折格
子付半導体レーザが開発されてきた。一方、波長
890nm以下の発振光が得られるGaAs基板上に形
成されたGaAlAs活性層を有する半導体レーザに
おいては、回折格子を形成するGaAlAs光ガイド
層上に瞬時に酸化膜が生成するため、その上への
再成長が困難であるという製作上の欠点があり、
実用化されるには至つていない。この点について
は、光ガイド層材料として酸化し難いInGaPAs
を用いることにより有効に解決した半導体レーザ
素子が本出願人により特願昭59−223576号にて示
されている。第２図にこの分布帰還形半導体レー
ザの構造を示す。ｎ型GaAs基板１上にｎ型
GaAlAsクラツド層２、ノンドープGaAs活性層
３、ｐ型InGaPAs光ガイド層４、ｐ型GaAlAsク
ラツド層５、ｐ型GaAsキヤツプ層６の順に積層
され、基板１とキヤツプ層６にはそれぞれｎ側、
ｐ側のオーミツク電極７，８が形成されている。
レーザ発振動作用の回折格子は光ガイド層４上に
形成されている。この構造では、光ガイド層４の
酸化の問題はなく、光ガイド層４上への２度目の
成長には何ら支障はない。しかし、活性層３と光
ガイド層４との熱膨脹係数の相違に起因して生ず
る格子不整合等により界面に格子欠陥が導入さ
れ、大きな非発光再結合電流による発振閾値の増
大及び特性劣化の要因となる。
＜発明の概要と目的＞
本発明は、レーザ発振用のGaAlAs系活性層と
回折格子の形成されたInGaPAs系光ガイド層と
の間にGaAlAsバツフア層を挿入することによ
り、活性層界面の格子欠陥を低減し、良好な素子
特性を確立した新規な分布帰還形あるいは分布ブ
ラツグ反射形の半導体レーザ素子を提供すること
を目的とする。
回折格子の形成されたInGaPAs系光ガイド層と
の間にGaAlAsバツフア層を挿入することによ
り、活性層界面の格子欠陥を低減し、良好な素子
特性を確立した新規な分布帰還形あるいは分布ブ
ラツグ反射形の半導体レーザ素子を提供すること
を目的とする。
＜実施例＞
本発明の１実施例について第１図とともに説明
する。ｎ型GaAs基板１上にｎ型GaAlAsクラツ
ド層２、ノンドープGaAs活性層３、ｐ型
GaAlAsバツフア層９、ｐ型InGaPAs光ガイド層
４を液相エピタキシヤル成長法により連続的に成
長させる。次に、光ガイド層４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2500Åでホトレジストの回折格子を形成
する。これをマスクとして化学エツチングによ
り、光ガイド層４上に溝を刻設し、ホトレジスト
膜を除去する。以上により光ガイド層４上に周期
2500Åの凹凸状回折格子が形成される。この表面
に回折格子を備えた光ガイド層４上に同様の液相
エピタキシヤル成長法によりｐ型GaAlAsクラツ
ド層５、ｐ型GaAsキヤツプ層６を順次成長させ
た後、キヤツプ層６上及び基板１上にそれぞれ
Au，Ge，Ni等から成るｎ側及びｐ側オーミツク
性電極７，８を形成する。活性層３の厚さは約
0.1μm、バツフア層９の厚さは約0.2μm、光ガイ
ド層４の厚さは約0.3μm程度とする。バツフア層
９と光ガイド層４の厚さは総計で0.5μm程度以下
にすることが望ましい。
する。ｎ型GaAs基板１上にｎ型GaAlAsクラツ
ド層２、ノンドープGaAs活性層３、ｐ型
GaAlAsバツフア層９、ｐ型InGaPAs光ガイド層
４を液相エピタキシヤル成長法により連続的に成
長させる。次に、光ガイド層４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2500Åでホトレジストの回折格子を形成
する。これをマスクとして化学エツチングによ
り、光ガイド層４上に溝を刻設し、ホトレジスト
膜を除去する。以上により光ガイド層４上に周期
2500Åの凹凸状回折格子が形成される。この表面
に回折格子を備えた光ガイド層４上に同様の液相
エピタキシヤル成長法によりｐ型GaAlAsクラツ
ド層５、ｐ型GaAsキヤツプ層６を順次成長させ
た後、キヤツプ層６上及び基板１上にそれぞれ
Au，Ge，Ni等から成るｎ側及びｐ側オーミツク
性電極７，８を形成する。活性層３の厚さは約
0.1μm、バツフア層９の厚さは約0.2μm、光ガイ
ド層４の厚さは約0.3μm程度とする。バツフア層
９と光ガイド層４の厚さは総計で0.5μm程度以下
にすることが望ましい。
上記実施例において、活性層３はGaAsより成
つているため、Ga1-xAlxAsクラツド層２，５の
混晶比はｘ≧0.2の範囲で設定されており、発振
波長は約880nmである。また光ガイド層４は
In1-yGayP1-zAsz混晶より成り、0.68≦ｙ≦１，
0.34≦ｚ≦１ ｚ＝2.04y−1.04の範囲で選択さ
れ、禁制帯幅及び屈折率が活性層３とクラツド層
２，５の中間の値となるように設定される。バツ
フア層９はGa1-xAlxAsよりなり、混晶比ｘはバ
ツフア層９の禁制帯幅が活性層３と光ガイド層４
の中間あるいは光ガイド層４と同等な値となるよ
うに設定される。
つているため、Ga1-xAlxAsクラツド層２，５の
混晶比はｘ≧0.2の範囲で設定されており、発振
波長は約880nmである。また光ガイド層４は
In1-yGayP1-zAsz混晶より成り、0.68≦ｙ≦１，
0.34≦ｚ≦１ ｚ＝2.04y−1.04の範囲で選択さ
れ、禁制帯幅及び屈折率が活性層３とクラツド層
２，５の中間の値となるように設定される。バツ
フア層９はGa1-xAlxAsよりなり、混晶比ｘはバ
ツフア層９の禁制帯幅が活性層３と光ガイド層４
の中間あるいは光ガイド層４と同等な値となるよ
うに設定される。
活性層３をGa1-xAlxAsとしその混晶比を０≦
ｘ≦0.4の範囲内で変動させるかまたは活性層３
へZn，Si等をドーピングすることにより波長890
〜660nmの範囲のレーザ発振が得られる。この場
合、Ga1-xAlxAsクラツド層２，５の混晶比は活
性層３よりも高く0.2≦ｘ≦１の範囲内で活性層
３に対して禁制帯幅が0.3eV以上高くなるように
設定する。光ガイド層４、バツフア層９の禁制帯
幅も活性層３の禁制帯幅に応じて決定される。即
ち、活性層３、バツフア層９、光ガイド層４、ク
ラツド層２，５の禁制帯幅をそれぞれE3，E9，
E4，E2,5とすると、これらの間には、 E3＜E9≦E4＜E2,5、 E2,5−E3≧0.3eV、 の関係が成立する。
ｘ≦0.4の範囲内で変動させるかまたは活性層３
へZn，Si等をドーピングすることにより波長890
〜660nmの範囲のレーザ発振が得られる。この場
合、Ga1-xAlxAsクラツド層２，５の混晶比は活
性層３よりも高く0.2≦ｘ≦１の範囲内で活性層
３に対して禁制帯幅が0.3eV以上高くなるように
設定する。光ガイド層４、バツフア層９の禁制帯
幅も活性層３の禁制帯幅に応じて決定される。即
ち、活性層３、バツフア層９、光ガイド層４、ク
ラツド層２，５の禁制帯幅をそれぞれE3，E9，
E4，E2,5とすると、これらの間には、 E3＜E9≦E4＜E2,5、 E2,5−E3≧0.3eV、 の関係が成立する。
本実施例においては、Ga1-xAlxAs（０≦ｘ≦
0.4）活性層３とInGaPAs光ガイド層４との間に
GaAlAsバツフア層９を挿入しており、活性層３
とバツフア層９の材料の結晶構造は同一で結晶格
子間隔もほとんど等しいため、活性層３とバツフ
ア層９の熱膨脹係数の差は小さく当然格子不整合
も小さいため、界面準位の原因となる格子欠陥も
少なくなる。一方、バツフア層９と光ガイド層４
との間にはかなりの格子不整合が存在するが、発
光に直接関与する界面ではないため素子特性に与
える影響は微少である。
0.4）活性層３とInGaPAs光ガイド層４との間に
GaAlAsバツフア層９を挿入しており、活性層３
とバツフア層９の材料の結晶構造は同一で結晶格
子間隔もほとんど等しいため、活性層３とバツフ
ア層９の熱膨脹係数の差は小さく当然格子不整合
も小さいため、界面準位の原因となる格子欠陥も
少なくなる。一方、バツフア層９と光ガイド層４
との間にはかなりの格子不整合が存在するが、発
光に直接関与する界面ではないため素子特性に与
える影響は微少である。
ｎ側及びｐ側電極７，８を介して電流を注入す
ると、活性層３でレーザ発振が開始される。レー
ザ発振の共振方向は図の左右方向に対応し、注入
された電流は周知の内部ストライプ構造により帯
状の電流通路に集束され、この電流通路に対応す
る活性層３の端面より図中に矢印で示す如くレー
ザ光が放射される。発振波長は回折格子の周期に
よつて定まり、レーザ光の波長に対応して回折格
子の周期を適宜制御することにより単一縦モード
の安定なレーザ発振が得られる。従つて、長距離
光通信や計測制御用の光源等として利用する場合
に精度が高く維持され、非常に優れたレーザ光源
となる。
ると、活性層３でレーザ発振が開始される。レー
ザ発振の共振方向は図の左右方向に対応し、注入
された電流は周知の内部ストライプ構造により帯
状の電流通路に集束され、この電流通路に対応す
る活性層３の端面より図中に矢印で示す如くレー
ザ光が放射される。発振波長は回折格子の周期に
よつて定まり、レーザ光の波長に対応して回折格
子の周期を適宜制御することにより単一縦モード
の安定なレーザ発振が得られる。従つて、長距離
光通信や計測制御用の光源等として利用する場合
に精度が高く維持され、非常に優れたレーザ光源
となる。
尚、上記実施例は分布帰還形半導体レーザ素子
について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、分布ブラツグ反射形半導体レーザ
素子等他の素子にも適用可能である。
について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、分布ブラツグ反射形半導体レーザ
素子等他の素子にも適用可能である。
＜発明の効果＞
以上詳説した如く本発明によれば、GaAlAs系
活性層とInGaPAs系光ガイド層との間にGaAlAs
バツフア層を挿入することにより、活性界面で非
発光中心となる格子欠陥を減少させ、素子特性及
び信頼性に優れた分布帰還形または分布ブラツグ
反射形等の半導体レーザ素子を得ることができ
る。
活性層とInGaPAs系光ガイド層との間にGaAlAs
バツフア層を挿入することにより、活性界面で非
発光中心となる格子欠陥を減少させ、素子特性及
び信頼性に優れた分布帰還形または分布ブラツグ
反射形等の半導体レーザ素子を得ることができ
る。
第１図は本発明の１実施例を説明する分布帰還
形半導体レーザ素子の共振方向に平行な方向で切
断した断面図である。第２図は従来の分布帰還形
半導体レーザの断面図である。 １……ｎ−GaAs基板、２……ｎ−GaAlAsク
ラツド層、３……ノンドープGaAs活性層、４…
…ｐ−InGaPAs光ガイド層、５……ｐ−GaAlAs
クラツド層、６……ｐ−GaAsキヤツプ層、７…
…ｎ側オーミツク電極、８……ｐ側オーミツク電
極、９……ｐ−GaAlAsバツフア層。
形半導体レーザ素子の共振方向に平行な方向で切
断した断面図である。第２図は従来の分布帰還形
半導体レーザの断面図である。 １……ｎ−GaAs基板、２……ｎ−GaAlAsク
ラツド層、３……ノンドープGaAs活性層、４…
…ｐ−InGaPAs光ガイド層、５……ｐ−GaAlAs
クラツド層、６……ｐ−GaAsキヤツプ層、７…
…ｎ側オーミツク電極、８……ｐ側オーミツク電
極、９……ｐ−GaAlAsバツフア層。
Claims (1)
- １ Ga1-xAlxAs（０≦ｘ≦0.4）から成るレーザ
発振用活性層とIn1-yGayP1-zAsz（ｚ＝2.04y−
1.04，０≦ｚ≦１）から成る回折格子の形成され
た光ガイド層との間に禁制帯幅が前記活性層のそ
れより大きく前記光ガイド層のそれ以下である
GaAlAsから成るバツフア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 |
|---|---|---|---|
| JP60033603A JPS61190994A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体レ−ザ素子 |
| DE8686301095T DE3680356D1 (de) | 1985-02-19 | 1986-02-18 | Halbleiterlaser-vorrichtung. |
| EP86301095A EP0192451B1 (en) | 1985-02-19 | 1986-02-18 | A semiconductor laser device |
| US06/830,864 US4745616A (en) | 1985-02-19 | 1986-02-19 | Semiconductor laser device with a diffraction grating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60033603A JPS61190994A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61190994A JPS61190994A (ja) | 1986-08-25 |
| JPH0248151B2 true JPH0248151B2 (ja) | 1990-10-24 |
Family
ID=12391051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60033603A Granted JPS61190994A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4745616A (ja) |
| EP (1) | EP0192451B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61190994A (ja) |
| DE (1) | DE3680356D1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6318686A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-26 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JP2659199B2 (ja) * | 1987-11-11 | 1997-09-30 | 日本電気株式会社 | 可変波長フィルタ |
| DE3809609A1 (de) * | 1988-03-22 | 1989-10-05 | Siemens Ag | Laserdiode zur erzeugung streng monochromatischer laserstrahlung |
| US4904045A (en) * | 1988-03-25 | 1990-02-27 | American Telephone And Telegraph Company | Grating coupler with monolithically integrated quantum well index modulator |
| JPH0240984A (ja) * | 1988-07-30 | 1990-02-09 | Tokyo Univ | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
| EP0526128B1 (en) * | 1991-07-24 | 1997-06-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | A method for producing a distributed feedback semiconductor laser device |
| EP1130726A3 (en) * | 2000-01-28 | 2003-04-23 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser device and multi-wavelength laser array |
| TW201029218A (en) * | 2009-01-16 | 2010-08-01 | Univ Nat Central | Optical diode structure and manufacturing method |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51146196A (en) * | 1975-06-11 | 1976-12-15 | Hitachi Ltd | Diode laser |
| JPS5627987A (en) * | 1979-08-15 | 1981-03-18 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Semiconductor laser |
| JPS58197788A (ja) * | 1982-05-13 | 1983-11-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布帰還形半導体レ−ザ装置の製造方法 |
| JPS60145685A (ja) * | 1984-01-09 | 1985-08-01 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レ−ザ |
-
1985
- 1985-02-19 JP JP60033603A patent/JPS61190994A/ja active Granted
-
1986
- 1986-02-18 EP EP86301095A patent/EP0192451B1/en not_active Expired
- 1986-02-18 DE DE8686301095T patent/DE3680356D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-02-19 US US06/830,864 patent/US4745616A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61190994A (ja) | 1986-08-25 |
| US4745616A (en) | 1988-05-17 |
| EP0192451A3 (en) | 1987-10-14 |
| DE3680356D1 (de) | 1991-08-29 |
| EP0192451A2 (en) | 1986-08-27 |
| EP0192451B1 (en) | 1991-07-24 |
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