JPH0283992A - 分布帰還型半導体レーザおよび分布反射型半導体レーザ - Google Patents

分布帰還型半導体レーザおよび分布反射型半導体レーザ

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JPH0283992A
JPH0283992A JP23704288A JP23704288A JPH0283992A JP H0283992 A JPH0283992 A JP H0283992A JP 23704288 A JP23704288 A JP 23704288A JP 23704288 A JP23704288 A JP 23704288A JP H0283992 A JPH0283992 A JP H0283992A
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JP
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semiconductor laser
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quantum well
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JP23704288A
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English (en)
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Hiroaki Fujii
宏明 藤井
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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
    • H01S5/1228DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回折格子を具備した半導体レーザに関するも
のである。
〔従来の技術〕
分布(i還型半導体レーザおよび分布反射型半導体レー
ザは、共振器軸内に、一定周期で分布する屈折率ステッ
プを有し、その屈折率ステップでの光の回折による帰還
または反射で発振するため、発振波長に選択性があり、
単一軸モードに発振する。通常、この屈折率ステップは
、活性層に近接する光ガイド層またはクラッド層に凹凸
(以下、グレーティングと称する)を設けることにより
得られる。第7図に、従来の分布帰還型半導体レーザの
一例、第8図に、従来の分布反射型レーザの一例を示す
。従来の分布帰還型半導体レーザおよび分布反射型半導
体レーザの製造方法は、まず、1回目の成長でグレーテ
ィングを設けるべき光ガイド層57.58またはクラッ
ド層2.4を含む多層薄膜を成長し、次に、この基板上
に、グレーティング加工を施し、2回目の成長でこのグ
レーティングを埋め込む方法が、−i的である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来技術には、以下に示す二つの問題点
がある。まず、第1点は、光ガイド層57.58または
クラッド層2,4に、グレーティング加工を施す際には
、フォトリソグラフィーによる超微細加工を必要とする
ため、レーザ光の回折効率を決定する、グレーティング
形状の制御には、高い加工精度を必要とする。また、第
2点は、2回目の埋め込み成長で、グレーティングの形
状保存が難しいため、成長方法に何らかの工夫を必要と
する。本発明の目的は、素子特性上重要な、レーザ光の
回折効率が、加工形状によらず一定に決まる、製作容易
で、均一性、再現性の高い、分布帰還型半導体レーザお
よび分布反射型半導体レーザを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の、分布帰還型半導体レーザは、2つありその1
つは、多重量子井戸構造よりなる活性層と、前記活性層
に、光およびキャリアの閉じ込めを行なうためのクラッ
ド層を少なくとも有する多層構造を備え、共振器軸方向
に、前記活性層を構成する多重量子井戸構造の無秩序化
による、一定周期の屈折率ステップを具備する構造にな
っている。また、もう1つの分布帰還型半導体レーザは
、活性層と、前記活性層に、光およびキャリアの閉じ込
めを行なうためのクラッド層と、多重量子井戸構造より
なる光ガイド層を少なくとも有する多層構造を備え、共
振器軸方向に、前記光ガイド層を構成する多重量子井戸
構造の無秩序化による、一定周期の屈折率ステップを具
備する構成になっている。また、本発明の分布反射型半
導体レーザは、活性層と、前記活性層に、光およびキャ
リアの閉じ込めを行なうためのクラッド層と、多重量子
井戸構造よりなる光ガイド層を少なくとも有する多層構
造から成る活性領域と、活性層が存在しない多層構造か
ら成る分布反射領域とを備え、分布反射領域にのみ、共
振器軸方向に、前記光ガイド層を構成する多重量子井戸
構造の無秩序化による、一定周期の屈折率ステップを具
備する構成になっている。
〔作用〕
本発明の分布帰還型半導体レーザおよび分布反射型半導
体レーザの、共振器軸と垂直方向からみた断面模式図を
第1図、第2図、第3図に示す。
第1図、第2図、第3図ともに、レーザ光の回折効率を
決定する、共振器方向の一定周期の屈折率差は、活性層
または光ガイド層を構成する、多重量子井戸構造の不純
物注入による無秩序化で与えられるため、レーザ光の回
折効率は、加工形状によらず一定に決まり、製作が容易
である。しかも、共振器軸方向の屈折率差の大きさは、
多重量子井戸構造の組成、層厚などで決まるため、現在
の有機金属気相成長法(以下、MOVPE法と称する)
、分子線エピタキシー法(以下、MBE法と称する)等
の高精度薄膜成長技術によれば、素子特性について、十
分高い、均一性、再現性が得られる。また、埋め込み成
長に際し、形状保存の必要がなく、平坦成長であるため
、埋め込み成長による素子特性の劣化が少ない。なお、
注入する不純物原子は、2回目の埋め込み成長中の拡散
を抑えるために、できるだけ拡散係数の小さい原子を選
ぶことが重要である。また、第1図、第2図については
、分布帰還型半導体レーザであるなめ、発光領域に不純
物注入しているため、2回目の成長前に、表面汚染層を
エツチング後、再成長を行なっている。不純物注入によ
るダメージに関i−では、アニール等の方法で回復を図
り、光吸収係数の増大を抑えた。また、第1図の分布帰
還型を導体レーザについては、活性層を挟む両側の層に
不純物注入を行なっているため、リーク電流防止のため
に、無秩序化された活性層の平均組成が、多重量子井戸
構造よりも大きな禁制帯幅を持つように設定することが
必要である。
〔実施例〕
以下、本発明の分布帰還型半導体レーザおよび分布反射
型半導体レーザを製造工程に従って詳しく説明する。第
】図の分布帰還型半導体レーザの製造工程を第4図に、
第2図の分布帰還型半導体1−・−ザの製造工程を第5
図に、第3図の分布反射型半導体レーザの製造工程を第
6図に示す。ここでは、例示のため、結晶材料を人e 
GaAs/GaAs系とするが、他の半導体材料でも良
いはもちろんである。また、ここでは、結晶成長方法は
、MOVPE法、不純物注入方法は、集束性イオンビー
ム法〈以下、FIB法と称する)にて、説明を行なう。
まず、第1図の分布帰還型半導体レーザについて説明を
行なう、n形GaAs基板7上に、常圧M OV P 
E法による成長で、厚さ0.8u、mのn^e 0.5
GaO−5^Sでなるクラッド層2、GaAsとAff
。、5cao−s^Sの多重量子井戸構造よりなる活性
層1、厚さ0.3μmのP   Aj? 0−9GaO
−5八Sでなるクラッド層3をこの順に成長する〔第4
図(a>)、ここで、活性層のGaAsウェル層は、量
子化しない程度に十分厚くし、無秩序化した後の活性層
の平均組成は、Aeo−2cao、a^Sとなるように
設定した。次に、この基板に対し、FIB法により、周
期0.5μm、注入幅0.1μm、注入深さ1)、\μ
mの直線状繰り返しパターンのSiイオン注入を行なっ
た〔第4図(b)〕。直線状のSi注入領域】1は、共
振器面と平行となるようにし、共振器軸方向に走る光に
対し、分布屈折率を与えられるようにした。また、注入
領域11の繰り遅し周期は、GaAs系レーザの発振波
長に対し、4次の回折格子を形成する。次に、FIBプ
ロセスによる表面汚染層を除去するために、クラッド層
3を0.1.umエツチングし、0.2μmとした〔第
4図(c))、次いで、2回目のMOVPE成長により
、厚さ0.6μmのp −ke 0.5GaO,5A5
でなるクラッド層4、厚さ0.5μmのp−GaAsで
なるキヤ・・ノブ層6を順次成長した。i&後に、n電
極8、n電極9を形成し、第4図(d)及び第1図に示
す分布帰還型半導体レーザを製作した。
次に、第2図の分布反射型半導体レーザについて説明す
る。n型GaAs基板7上に、厚さ0.8μmのn−A
e 065aa0.5ASでなるクラッド層2、n−^
t? 0−2Ga0,8^Sとn−人e 0−5Ga0
.5ASの多重量子井戸構造でなる光ガイド層5、n−
GaAsでなる表面保護層12をこの順にMOVPE成
長する〔第5図(a)〕。次に、第1図の場合と同様に
、この基板に対し、FIB法により、周期0,5μm、
注入幅0.1μm、注入深さ0.5μmの直線状繰り返
しパターンの51イオン注入を行なってSi注入領域1
1を形成した〔第5図(b))、次いで、FIB法によ
る表面汚染層除去のため、表面保護層をエツチングによ
り除去する〔第5図(c))、最後に、厚さ0.1μm
のGaAsでなる活性層1゛、厚さ0.8μmのp−人
& 0.5GaO−5^Sでなるクラ・ンド層4、厚さ
0.5μInのp −GaAsでなるキャンプ層6を順
次成長し、n電極8、n電極りを形成して、本発明の分
布帰還型半導体レーザを製作した〔第5図(d)〕。
最後に、第3図の分布反射型半導体レーザについて説明
する。n型GaAs基板7上に、厚さθ、1)tmのn
 −Ae o、;Gao、5^Sでなるクラッド層2、
厚さ0.3ttrnのn −Aff r)、2Ga□、
8Asとn−A(!、)、qGao、、、ASの多重量
子井戸m造でなる光ガイド層5、厚さ0.1μmのGa
Asでなる活性層1′、厚さ0.8μmのpAf o、
5Gao、、ASでなるクラッド層4、厚さ0.5μm
のp−GaAsでなるキャップ層6をこの順に成長した
〔第6図(a)〕。次に、分布反射領域となる部分のキ
ャップ層、p−クラッド層、活性層をエツチングにより
除去した〔第6図(b)〕。そして、分分布反射域にの
み、第1図、第2図の場合と同様に、FIB法によるS
iイオン注入を行なって注入領域11を形成した〔第6
図(c)E、注入条件は、第1図、第2図と同様である
。最後に、分布反射領域にのみ、遷択的に、pke 0
−5Ga0.5^Sとn −Aj’ Q、5caQ、5
^Sの2層でなる電流ブロック層10、p −GaAs
でなるキャップ層6を成長し、n電極8、n電極9を形
成して、本発明の分布反射型半導体レーザを製作した〔
第6図(d))。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、素子特性上重要な
、レーザ光の回折効率が、加工形状によらず一定に決ま
り、製作容易で、均一性、再現性の高い、分布帰還型半
導体レーザおよび分布反射型半導体レーザが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の分布帰還型半導体レーザの断面層構
造の模式図、第2図は、本発明の分布帰還型半導体レー
ザの断面層構造の模式図、第3図は、本発明の分布反射
型半導体レーザの断面層構造の模式図、第4図は、第1
図の分布帰還型半導体レーザの製造工程を示す図、第5
図は、第2図の分布帰還型半導体レーザの製造工程を示
す図、第6図は、第3図の分布反射型半導体レーザの製
造工程を示す図、第7図は、従来の分布帰還型半導体レ
ーザの断面層構造の模式図、第8図は、従来の分布反射
型半導体レーザの断面層構造の模式図である。尚、第1
図から第8図まで、すべて、共振器軸に垂直な方向から
見た図である。 1・・・多重量子井戸構造よりなる活性層、1′・・・
活性層、2,3.4・・・クラッド層、5・・・多重量
子井戸構造よりなる光ガイド層、5′・・・光ガイド層
、6・・・キャップ層、7・・・基板、8,9・・・電
極、10・・・電流ブロック層、11・・・不純物注入
領域、12・・・表面保護層。 代理人 弁理士  内 原  晋 、8を櫨 第2図 第1区 第3図 躬 !刀 第4図 第6図 第7図 第8図 1゜ 2゜ 3゜ 手続補正帯(自発) 5」

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多重量子井戸構造よりなる活性層と、前記活性層
    に、光およびキャリアの閉じ込めを行なうためのクラッ
    ド層を少なくとも有する半導体レーザにおいて、共振器
    軸方向に、前記活性層を構成する多重量子井戸構造の無
    秩序化による、一定周期の屈折率ステップを具備するこ
    とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
  2. (2)発光に与る活性層と、前記活性層に、光およびキ
    ャリアの閉じ込めを行なうためのクラッド層と、多重量
    子井戸構造よりなる光ガイド層を少なくとも有する多層
    構造を備え、共振器軸方向に、前記光ガイド層を構成す
    る多重量子井戸構造の無秩序化による、一定周期の屈折
    率ステップを具備することを特徴とする分布帰還型半導
    体レーザ。
  3. (3)発光に与る活性層と、前記活性層に、光およびキ
    ャリアの閉じ込めを行なうためのクラッド層と、多重量
    子井戸構造よりなる光ガイド層とを少なくとも有する多
    層構造から成る活性領域と、少くとも前記光ガイド層を
    有し、発光に与る活性層が存在しない多層構造から成る
    分布反射領域とを具備し、前記分布反射領域にのみ、共
    振器軸方向に、前記光ガイド層を構成する多重量子井戸
    構造の無秩序化による、一定周期の屈折率ステップを具
    備することを特徴とする分布反射型半導体レーザ。
JP23704288A 1988-09-20 1988-09-20 分布帰還型半導体レーザおよび分布反射型半導体レーザ Pending JPH0283992A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2369492A (en) * 2000-11-28 2002-05-29 Kamelian Ltd (Ga,In)(N,As) Laser structures using distributed feedback
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