JPH11168261A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH11168261A JPH11168261A JP27577398A JP27577398A JPH11168261A JP H11168261 A JPH11168261 A JP H11168261A JP 27577398 A JP27577398 A JP 27577398A JP 27577398 A JP27577398 A JP 27577398A JP H11168261 A JPH11168261 A JP H11168261A
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- optical waveguide
- diffraction grating
- semiconductor laser
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- 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
- H01S5/1237—Lateral grating, i.e. grating only adjacent ridge or mesa
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い発振閾値で高い発振効率、高い信頼性、
長寿命を持ち、発振波長が安定化された半導体レーザ装
置を提供する。 【解決手段】 ｎ−ＧａＡｓ基板１の上に順次、ｎ−Ｇ
ａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３、
ノンドープＩｎＧａＡｓ活性層４、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓクラッド層６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７が形成さ
れ、さらにクラッド層６の中にストライプ状の窓を有す
るｎ−ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層５が埋め込まれてい
る。電流ブロック層５の活性層側界面には、周期的な凹
凸形状から成る回折格子１０が形成され、電流ブロック
層５が存在しないストライプ状の窓部１１、すなわち電
流注入領域には回折格子は存在しない。
長寿命を持ち、発振波長が安定化された半導体レーザ装
置を提供する。 【解決手段】 ｎ−ＧａＡｓ基板１の上に順次、ｎ−Ｇ
ａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３、
ノンドープＩｎＧａＡｓ活性層４、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓクラッド層６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７が形成さ
れ、さらにクラッド層６の中にストライプ状の窓を有す
るｎ−ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層５が埋め込まれてい
る。電流ブロック層５の活性層側界面には、周期的な凹
凸形状から成る回折格子１０が形成され、電流ブロック
層５が存在しないストライプ状の窓部１１、すなわち電
流注入領域には回折格子は存在しない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分布帰還型半導体
レーザ装置に関する。
レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、光記録装置や固体レーザ励起
用、光通信用の光源として、半導体レーザが広く使用さ
れている。その中でも分布帰還型（DFB:Distributed Fe
edback）半導体レーザは、半導体レーザ内の光導波路中
に周期的な凹凸を設けることによって回折格子を形成
し、回折格子による光の帰還効果を利用して波長安定化
を図っている。こうしたＤＦＢレーザは、安定な単一モ
ードで発振するため、温度変化に伴って生じる縦モード
ホッピング現象が起こらず、通常のファブリペロー型半
導体レーザに見られるモードホッピングノイズが発生し
ないため、特に低い高周波雑音レベルが要求される光源
として優れている。また、ＤＦＢレーザは、発振波長の
温度変化が小さいこと、回折格子の周期を変えることに
よって発振波長を選択できるなどの優れた特性があり、
光通信用光源や固体レーザの励起光源といった目的にも
好適である。
用、光通信用の光源として、半導体レーザが広く使用さ
れている。その中でも分布帰還型（DFB:Distributed Fe
edback）半導体レーザは、半導体レーザ内の光導波路中
に周期的な凹凸を設けることによって回折格子を形成
し、回折格子による光の帰還効果を利用して波長安定化
を図っている。こうしたＤＦＢレーザは、安定な単一モ
ードで発振するため、温度変化に伴って生じる縦モード
ホッピング現象が起こらず、通常のファブリペロー型半
導体レーザに見られるモードホッピングノイズが発生し
ないため、特に低い高周波雑音レベルが要求される光源
として優れている。また、ＤＦＢレーザは、発振波長の
温度変化が小さいこと、回折格子の周期を変えることに
よって発振波長を選択できるなどの優れた特性があり、
光通信用光源や固体レーザの励起光源といった目的にも
好適である。
【０００３】図６は従来のＤＦＢレーザの一例を示し、
図６（ａ）は全体斜視図、図６（ｂ）は回折格子の形状
を示す部分斜視図である。このＤＦＢレーザは、特開昭
６０−６６４８４号公報に記載されているもので、ｎ型
（以下、ｎ−と記す）ＧａＡｓ基板１０２の上に順次、
ｎ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓクラッド層１０３、ノンドー
プＡｌ0.10Ｇａ0.90Ａｓ活性層１０４、ｐ型（以下、ｐ
−と記す）Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ光ガイド層１０５、ス
トライプ状窓を有するｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１０６、
ｐ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓクラッド層１０７、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層１０８が形成され、基板１０２の下面
およびコンタクト層１０８の上面に電極１０１、１０９
が形成されている。
図６（ａ）は全体斜視図、図６（ｂ）は回折格子の形状
を示す部分斜視図である。このＤＦＢレーザは、特開昭
６０−６６４８４号公報に記載されているもので、ｎ型
（以下、ｎ−と記す）ＧａＡｓ基板１０２の上に順次、
ｎ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓクラッド層１０３、ノンドー
プＡｌ0.10Ｇａ0.90Ａｓ活性層１０４、ｐ型（以下、ｐ
−と記す）Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ光ガイド層１０５、ス
トライプ状窓を有するｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１０６、
ｐ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓクラッド層１０７、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層１０８が形成され、基板１０２の下面
およびコンタクト層１０８の上面に電極１０１、１０９
が形成されている。
【０００４】図６（ｂ）に示すように、光ガイド層１０
５の上面でストライプ状窓の底になる部分１１１、およ
び電流阻止層１０６の上面には、周期的な凹凸からなる
回折格子１１２、１１３がそれぞれ形成されている。こ
れらの回折格子１１２、１１３の上に、ストライプ状窓
を埋めるようにクラッド層１０７が形成される。
５の上面でストライプ状窓の底になる部分１１１、およ
び電流阻止層１０６の上面には、周期的な凹凸からなる
回折格子１１２、１１３がそれぞれ形成されている。こ
れらの回折格子１１２、１１３の上に、ストライプ状窓
を埋めるようにクラッド層１０７が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す従来のＤＦ
Ｂレーザでは、電流は電流阻止層１０６のストライプ状
窓を通って活性層１０４に注入される。そのため光ガイ
ド層１０５のストライプ状窓の底になる部分１１１、す
なわち電流注入領域にも回折格子が作製されている。
Ｂレーザでは、電流は電流阻止層１０６のストライプ状
窓を通って活性層１０４に注入される。そのため光ガイ
ド層１０５のストライプ状窓の底になる部分１１１、す
なわち電流注入領域にも回折格子が作製されている。
【０００６】しかしながら、回折格子作製時のエッチン
グ等のプロセスにおいて結晶表面が大気に曝されること
などにより基板表面の酸化が起こり多数の結晶欠陥が生
成されてしまうため、図６の構造では活性層１０４の直
上付近に結晶欠陥が集中して、結晶性が劣悪な部分が存
在することになる。
グ等のプロセスにおいて結晶表面が大気に曝されること
などにより基板表面の酸化が起こり多数の結晶欠陥が生
成されてしまうため、図６の構造では活性層１０４の直
上付近に結晶欠陥が集中して、結晶性が劣悪な部分が存
在することになる。
【０００７】このような半導体レーザでは、動作中に、
既存の結晶欠陥が引金となって、結晶欠陥がさらに増加
する傾向があり、寿命が極端に短くなる。また、レーザ
共振器中の内部損失が大きくなり、発振閾値の増大や効
率の低下などの問題が生ずる。
既存の結晶欠陥が引金となって、結晶欠陥がさらに増加
する傾向があり、寿命が極端に短くなる。また、レーザ
共振器中の内部損失が大きくなり、発振閾値の増大や効
率の低下などの問題が生ずる。
【０００８】本発明の目的は、低い発振閾値で高い発振
効率、高い信頼性、長寿命を持ち、発振波長が安定化さ
れた半導体レーザ装置を提供することである。
効率、高い信頼性、長寿命を持ち、発振波長が安定化さ
れた半導体レーザ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、活性層の両面
側に、該活性層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対
のクラッド層がそれぞれ設けられ、前記クラッド層の一
方にストライプ状の窓を有する電流ブロック層が埋め込
まれた自己整合型の半導体レーザ装置において、前記電
流ブロック層の界面または該界面と活性層との間であっ
て、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長を制御
するための回折格子が形成されていることを特徴とする
半導体レーザ装置である。
側に、該活性層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対
のクラッド層がそれぞれ設けられ、前記クラッド層の一
方にストライプ状の窓を有する電流ブロック層が埋め込
まれた自己整合型の半導体レーザ装置において、前記電
流ブロック層の界面または該界面と活性層との間であっ
て、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長を制御
するための回折格子が形成されていることを特徴とする
半導体レーザ装置である。
【００１０】本発明に従えば、半導体レーザに電圧を印
加するとキャリアが注入され、クラッド層を通過する際
に電流ブロック層によって阻止される。そのため、キャ
リアは、電流ブロック層の存在しない部分、すなわちス
トライプ状の溝の部分のみを通過する。活性層に注入さ
れたキャリアは再結合して光を輻射し、注入電流レベル
を増加させていくと誘導放出が始まり、やがてレーザ発
振に至る。レーザ光の一部は電流ブロック層の下部まで
浸み出して、導波される。
加するとキャリアが注入され、クラッド層を通過する際
に電流ブロック層によって阻止される。そのため、キャ
リアは、電流ブロック層の存在しない部分、すなわちス
トライプ状の溝の部分のみを通過する。活性層に注入さ
れたキャリアは再結合して光を輻射し、注入電流レベル
を増加させていくと誘導放出が始まり、やがてレーザ発
振に至る。レーザ光の一部は電流ブロック層の下部まで
浸み出して、導波される。
【００１１】電流ブロック層の下部には発振波長を安定
化するための回折格子を形成している。回折格子とし
て、ａ）電流ブロック層の界面（下側界面および上側界
面の一方または両方）に周期的凹凸を形成したものや、
ｂ）この活性層側界面と活性層との間にグレーティング
層を形成したもの、等が可能である。
化するための回折格子を形成している。回折格子とし
て、ａ）電流ブロック層の界面（下側界面および上側界
面の一方または両方）に周期的凹凸を形成したものや、
ｂ）この活性層側界面と活性層との間にグレーティング
層を形成したもの、等が可能である。
【００１２】ここで、電流ブロック層の下部に形成され
た周期的凹凸の周期Λ、あるいはグレーティング層の幅
が変化する周期Λが、次式（１）を満足するように設定
する。
た周期的凹凸の周期Λ、あるいはグレーティング層の幅
が変化する周期Λが、次式（１）を満足するように設定
する。
【００１３】 Λ ＝ ｍ・λo ／（2・ｎr） …（１） 但し、ｍは１以上の整数（１、２、３、…）、ｎr は光
導波路の屈折率、λoは発振波長である。この回折条件
を満たすことによって、波長λo の光のみが選択されて
単一モード発振が得られる。
導波路の屈折率、λoは発振波長である。この回折条件
を満たすことによって、波長λo の光のみが選択されて
単一モード発振が得られる。
【００１４】さらに、本発明では回折格子をストライプ
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。
【００１５】また本発明は、活性層の片面側または両面
側に、該活性層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する光導
波層が設けられ、活性層および光導波層を挟むように、
該光導波層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対のク
ラッド層がそれぞれ設けられ、前記クラッド層の少なく
とも一方にストライプ状の窓を有する電流ブロック層が
埋め込まれた自己整合型の半導体レーザ装置において、
前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置である。
側に、該活性層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する光導
波層が設けられ、活性層および光導波層を挟むように、
該光導波層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対のク
ラッド層がそれぞれ設けられ、前記クラッド層の少なく
とも一方にストライプ状の窓を有する電流ブロック層が
埋め込まれた自己整合型の半導体レーザ装置において、
前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置である。
【００１６】本発明に従えば、活性層の片面側または両
面側に光導波層を設けることによって、活性層で発生し
た光が光導波層によって案内されるため、活性層での光
集中を回避でき、レーザの高出力化、長寿命化が図られ
る。
面側に光導波層を設けることによって、活性層で発生し
た光が光導波層によって案内されるため、活性層での光
集中を回避でき、レーザの高出力化、長寿命化が図られ
る。
【００１７】さらに、本発明では回折格子をストライプ
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。
【００１８】また本発明は、活性層の両面側に、該活性
層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対の光導波層が
それぞれ設けられ、活性層および光導波層を挟むよう
に、該光導波層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対
のクラッド層がそれぞれ設けられ、活性層と光導波層と
の間に、該活性層および該光導波層の各禁制帯幅以上の
禁制帯幅を有するキャリアブロック層が設けられ、該光
導波層の少なくとも一方にストライプ状の窓を有する電
流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導体レーザ
装置において、前記電流ブロック層の界面または該界面
と活性層との間であって、ストライプ状の窓を除いた領
域に、発振波長を制御するための回折格子が形成されて
いることを特徴とする半導体レーザ装置である。
層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対の光導波層が
それぞれ設けられ、活性層および光導波層を挟むよう
に、該光導波層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対
のクラッド層がそれぞれ設けられ、活性層と光導波層と
の間に、該活性層および該光導波層の各禁制帯幅以上の
禁制帯幅を有するキャリアブロック層が設けられ、該光
導波層の少なくとも一方にストライプ状の窓を有する電
流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導体レーザ
装置において、前記電流ブロック層の界面または該界面
と活性層との間であって、ストライプ状の窓を除いた領
域に、発振波長を制御するための回折格子が形成されて
いることを特徴とする半導体レーザ装置である。
【００１９】本発明に従えば、半導体レーザに電圧を印
加するとキャリア（電子やホール）が注入され、光導波
層を通過する際に電流ブロック層によって阻止される。
そのため、キャリアは、電流ブロック層の存在しない部
分、すなわちストライプ状の溝の部分のみを通過する。
活性層に注入されたキャリアは再結合して光を輻射し、
注入電流レベルを増加させていくと誘導放出が始まり、
やがてレーザ発振に至る。レーザ光の一部は電流ブロッ
ク層の下部まで浸み出して、導波される。一方、活性層
内のキャリアは、キャリアブロック層の存在によって活
性層内に閉じ込められるため、再結合効率が向上する。
加するとキャリア（電子やホール）が注入され、光導波
層を通過する際に電流ブロック層によって阻止される。
そのため、キャリアは、電流ブロック層の存在しない部
分、すなわちストライプ状の溝の部分のみを通過する。
活性層に注入されたキャリアは再結合して光を輻射し、
注入電流レベルを増加させていくと誘導放出が始まり、
やがてレーザ発振に至る。レーザ光の一部は電流ブロッ
ク層の下部まで浸み出して、導波される。一方、活性層
内のキャリアは、キャリアブロック層の存在によって活
性層内に閉じ込められるため、再結合効率が向上する。
【００２０】電流ブロック層の下部には発振波長を安定
化するための回折格子を形成している。回折格子とし
て、ａ）電流ブロック層の界面（下側界面および上側界
面の一方または両方）に周期的凹凸を形成したものや、
ｂ）この活性層側界面と活性層との間にグレーティング
層を形成したもの、等が可能である。ここで、周期的凹
凸の周期Λあるいはグレーティング層の幅が変化する周
期Λが、上記式（１）を満足するように設定することに
よって、単一モード発振が得られる。
化するための回折格子を形成している。回折格子とし
て、ａ）電流ブロック層の界面（下側界面および上側界
面の一方または両方）に周期的凹凸を形成したものや、
ｂ）この活性層側界面と活性層との間にグレーティング
層を形成したもの、等が可能である。ここで、周期的凹
凸の周期Λあるいはグレーティング層の幅が変化する周
期Λが、上記式（１）を満足するように設定することに
よって、単一モード発振が得られる。
【００２１】さらに、本発明では回折格子をストライプ
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。
【００２２】このように活性層と光導波層との間にキャ
リアブロック層を設けることによって、活性層へのキャ
リア閉じ込めとは独立して、素子内の導波機構の設計を
自由に行うことができるため、広い光導波層の採用によ
って導波モードを理想的なガウス型に近づけることが可
能になる。これによって回折格子の屈折率や厚さを広い
範囲で選択できるため、設計自由度が増し、しかも製造
マージンが広くなり、、半導体レーザの製造歩留まりが
向上する。これに対して、活性層と光導波層との間にキ
ャリアブロック層を設けない構造である場合、導波モー
ドは急峻なピークを持つ富士山型となる。一方、活性層
と光導波層との間にキャリアブロック層を設けた場合、
導波モードは富士山型と比べて肩が張り出した形状を持
つガウス型となり、電場強度が大きい部分では電場強度
の変化がより緩やかになる。したがって、ガウス型の導
波モードを持つ半導体レーザにおいて、波長を制御する
ための回折格子を活性層から離れた位置に形成した場合
であっても、回折格子が充分機能するとともに、電場強
度変化が緩やかであることに起因して、活性層と回折格
子との間の距離や屈折率分布が製造プロセスで多少変動
しても、その影響が小さくて済み、素子の製造歩留まり
を向上させることができる。
リアブロック層を設けることによって、活性層へのキャ
リア閉じ込めとは独立して、素子内の導波機構の設計を
自由に行うことができるため、広い光導波層の採用によ
って導波モードを理想的なガウス型に近づけることが可
能になる。これによって回折格子の屈折率や厚さを広い
範囲で選択できるため、設計自由度が増し、しかも製造
マージンが広くなり、、半導体レーザの製造歩留まりが
向上する。これに対して、活性層と光導波層との間にキ
ャリアブロック層を設けない構造である場合、導波モー
ドは急峻なピークを持つ富士山型となる。一方、活性層
と光導波層との間にキャリアブロック層を設けた場合、
導波モードは富士山型と比べて肩が張り出した形状を持
つガウス型となり、電場強度が大きい部分では電場強度
の変化がより緩やかになる。したがって、ガウス型の導
波モードを持つ半導体レーザにおいて、波長を制御する
ための回折格子を活性層から離れた位置に形成した場合
であっても、回折格子が充分機能するとともに、電場強
度変化が緩やかであることに起因して、活性層と回折格
子との間の距離や屈折率分布が製造プロセスで多少変動
しても、その影響が小さくて済み、素子の製造歩留まり
を向上させることができる。
【００２３】また本発明は、光導波層を形成する半導体
材料を、ＧａＡｓもしくはＡｌ組成が０．３以下のＡｌ
ＧａＡｓ、またはＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰのいずれ
かとすることを特徴とする。
材料を、ＧａＡｓもしくはＡｌ組成が０．３以下のＡｌ
ＧａＡｓ、またはＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰのいずれ
かとすることを特徴とする。
【００２４】本発明によれば、発振波長を安定化する回
折格子を形成するためのプロセスにおいて、大気に曝さ
れる光導波層を酸化劣化の小さい材料、すなわちＡｌ組
成比の低い材料あるいはＡｌを含まない材料で形成して
いる。したがって、回折格子を形成する領域やストライ
プ部で大気に曝される面の酸化が抑えられて、再成長す
る各層の結晶性が向上し、信頼性の高い半導体レーザが
得られる。ここで、ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓＰのそれ
ぞれの元素の組成比は基板と格子整合がとれるものであ
ればよい。
折格子を形成するためのプロセスにおいて、大気に曝さ
れる光導波層を酸化劣化の小さい材料、すなわちＡｌ組
成比の低い材料あるいはＡｌを含まない材料で形成して
いる。したがって、回折格子を形成する領域やストライ
プ部で大気に曝される面の酸化が抑えられて、再成長す
る各層の結晶性が向上し、信頼性の高い半導体レーザが
得られる。ここで、ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓＰのそれ
ぞれの元素の組成比は基板と格子整合がとれるものであ
ればよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下の実施形態ではいずれも回折
格子は、周知の方法である干渉露光法によりグレーティ
ングを作り込んだレジストをマスクとして、回折格子を
形成する層をエッチングすることにより作製した。すな
わち回折格子を形成する層を成長させたところで、レジ
ストを塗布し、レーザ光の干渉露光によりレジストをグ
レーティング状に露光した後現像し、そのレジストをマ
スクにして下の層を所定の深さエッチングして、マスク
のレジストを除去した後、上の層を引き続いて成長させ
た。この工程で回折格子を形成する層は大気に曝される
ことになる。
格子は、周知の方法である干渉露光法によりグレーティ
ングを作り込んだレジストをマスクとして、回折格子を
形成する層をエッチングすることにより作製した。すな
わち回折格子を形成する層を成長させたところで、レジ
ストを塗布し、レーザ光の干渉露光によりレジストをグ
レーティング状に露光した後現像し、そのレジストをマ
スクにして下の層を所定の深さエッチングして、マスク
のレジストを除去した後、上の層を引き続いて成長させ
た。この工程で回折格子を形成する層は大気に曝される
ことになる。
【００２６】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態を示し、図１（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓ
から成る基板１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝
０．５μｍ）から成るバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ
（Ａｌ組成比ｘ＝０．４、ｔ＝１．５μｍ）から成るク
ラッド層３、ノンドープＧａＡｓ井戸層（ｔ＝０．００
８μｍ）／ノンドープＡｌＧａＡｓバリア層（ｘ＝０．
２、ｔ＝０．００５μｍ）から成る二重量子井戸活性層
４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．４、ｔ＝１．６μｍ）
から成るクラッド層６、ｐ−ＧａＡｓ（ｔ＝１．０μ
ｍ）から成るコンタクト層７がＭＯＣＶＤ（有機金属化
学気相成長法）等を用いて形成され、さらにクラッド層
６の中にストライプ状の窓を有するｎ−ＡｌＧａＡｓ
（ｘ＝０．５、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブロック
層５が埋め込まれている。基板１の下面およびコンタク
ト層７の上面には、電極９、８がそれぞれ形成されてい
る。
形態を示し、図１（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓ
から成る基板１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝
０．５μｍ）から成るバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ
（Ａｌ組成比ｘ＝０．４、ｔ＝１．５μｍ）から成るク
ラッド層３、ノンドープＧａＡｓ井戸層（ｔ＝０．００
８μｍ）／ノンドープＡｌＧａＡｓバリア層（ｘ＝０．
２、ｔ＝０．００５μｍ）から成る二重量子井戸活性層
４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．４、ｔ＝１．６μｍ）
から成るクラッド層６、ｐ−ＧａＡｓ（ｔ＝１．０μ
ｍ）から成るコンタクト層７がＭＯＣＶＤ（有機金属化
学気相成長法）等を用いて形成され、さらにクラッド層
６の中にストライプ状の窓を有するｎ−ＡｌＧａＡｓ
（ｘ＝０．５、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブロック
層５が埋め込まれている。基板１の下面およびコンタク
ト層７の上面には、電極９、８がそれぞれ形成されてい
る。
【００２７】ＡｌＧａＡｓ系材料は、Ａｌ組成が増加す
るにつれて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態
では、活性層４の禁制帯幅よりもクラッド層の禁制帯幅
の方が大きくなる。
るにつれて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態
では、活性層４の禁制帯幅よりもクラッド層の禁制帯幅
の方が大きくなる。
【００２８】図１（ｂ）に示すように、電流ブロック層
５の活性層側界面には、周期的な凹凸形状から成る回折
格子１０が形成されており、電流ブロック層５が存在し
ないストライプ状の窓部１１、すなわち電流注入領域に
は回折格子は存在しない。回折格子１０の上には電流ブ
ロック層５が形成され、さらに窓部１１を埋めるように
クラッド層６が形成される。
５の活性層側界面には、周期的な凹凸形状から成る回折
格子１０が形成されており、電流ブロック層５が存在し
ないストライプ状の窓部１１、すなわち電流注入領域に
は回折格子は存在しない。回折格子１０の上には電流ブ
ロック層５が形成され、さらに窓部１１を埋めるように
クラッド層６が形成される。
【００２９】次に動作を説明する。コンタクト層７の電
極８に正、基板１の電極９に負のバイアス電圧を印加す
ると、コンタクト層７から基板１に向かって電流が流
れ、電流ブロック層５が存在しない領域、すなわちスト
ライプ状の窓部１１のみを通過することによって、電流
密度が増加する。
極８に正、基板１の電極９に負のバイアス電圧を印加す
ると、コンタクト層７から基板１に向かって電流が流
れ、電流ブロック層５が存在しない領域、すなわちスト
ライプ状の窓部１１のみを通過することによって、電流
密度が増加する。
【００３０】電流はキャリアとして活性層４に注入さ
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層４の両側にある
クラッド層３、６に浸み出し、電流ブロック層５の下部
にも浸み出して、導波される。
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層４の両側にある
クラッド層３、６に浸み出し、電流ブロック層５の下部
にも浸み出して、導波される。
【００３１】ここで、回折格子１０の周期Λが式（１）
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部１１において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いＤＦＢ半導体レーザを実現できる。
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部１１において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いＤＦＢ半導体レーザを実現できる。
【００３２】（第２実施形態）図２は、本発明の第２実
施形態を示す斜視図である。この半導体レーザ装置は、
ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓから成る基
板２１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝０．５μ
ｍ）から成るバッファ層２２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ
組成比ｘ＝０．４５、ｔ＝１．５μｍ）から成るクラッ
ド層２３、ノンドープＡｌＧａＡｓ井戸層（ｘ＝０．
１、ｔ＝０．００６μｍ）／ＡｌＧａＡｓバリア層（ｘ
＝０．３、ｔ＝０．００５μｍ）から成る二重量子井戸
活性層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．３、ｔ＝０．
１５μｍ）から成る第１クラッド層２５、ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．５５、ｔ＝１．０μｍ）から成る第２ク
ラッド層２７、ｐ−ＧａＡｓから成るコンタクト層２８
がＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等を用いて形
成され、さらに第１クラッド層２５と第２クラッド層２
７との間には、ストライプ状の窓を有するｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．５８、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブ
ロック層２６が埋め込まれている。基板２１の下面およ
びコンタクト層２８の上面には、電極３０、２９がそれ
ぞれ形成されている。
施形態を示す斜視図である。この半導体レーザ装置は、
ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓから成る基
板２１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝０．５μ
ｍ）から成るバッファ層２２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ
組成比ｘ＝０．４５、ｔ＝１．５μｍ）から成るクラッ
ド層２３、ノンドープＡｌＧａＡｓ井戸層（ｘ＝０．
１、ｔ＝０．００６μｍ）／ＡｌＧａＡｓバリア層（ｘ
＝０．３、ｔ＝０．００５μｍ）から成る二重量子井戸
活性層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．３、ｔ＝０．
１５μｍ）から成る第１クラッド層２５、ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．５５、ｔ＝１．０μｍ）から成る第２ク
ラッド層２７、ｐ−ＧａＡｓから成るコンタクト層２８
がＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等を用いて形
成され、さらに第１クラッド層２５と第２クラッド層２
７との間には、ストライプ状の窓を有するｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．５８、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブ
ロック層２６が埋め込まれている。基板２１の下面およ
びコンタクト層２８の上面には、電極３０、２９がそれ
ぞれ形成されている。
【００３３】ここで、第１クラッド層２５は、活性層２
４で発生した光を案内する光導波層として機能する。ま
た、ＡｌＧａＡｓ系材料はＡｌ組成が増加するにつれて
禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、活性
層２４の禁制帯幅よりも第１クラッド層２５の禁制帯幅
の方が大きく、さらに第１クラッド層２５よりも下側の
クラッド層２３および上側の第２クラッド層２７の禁制
帯幅の方が大きくなる。
４で発生した光を案内する光導波層として機能する。ま
た、ＡｌＧａＡｓ系材料はＡｌ組成が増加するにつれて
禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、活性
層２４の禁制帯幅よりも第１クラッド層２５の禁制帯幅
の方が大きく、さらに第１クラッド層２５よりも下側の
クラッド層２３および上側の第２クラッド層２７の禁制
帯幅の方が大きくなる。
【００３４】電流ブロック層２６の活性層側界面には、
周期的な凹凸形状から成る回折格子３１が形成されてお
り、電流ブロック層２６が存在しないストライプ状の窓
部１１、すなわち電流注入領域には回折格子は存在しな
い。
周期的な凹凸形状から成る回折格子３１が形成されてお
り、電流ブロック層２６が存在しないストライプ状の窓
部１１、すなわち電流注入領域には回折格子は存在しな
い。
【００３５】次に動作を説明する。コンタクト層２８の
電極２９に正、基板２１の電極３０に負のバイアス電圧
を印加すると、コンタクト層２８から基板２１に向かっ
て電流が流れ、電流ブロック層２６が存在しない領域、
すなわちストライプ状の窓部１１のみを通過することに
よって、電流密度が増加する。
電極２９に正、基板２１の電極３０に負のバイアス電圧
を印加すると、コンタクト層２８から基板２１に向かっ
て電流が流れ、電流ブロック層２６が存在しない領域、
すなわちストライプ状の窓部１１のみを通過することに
よって、電流密度が増加する。
【００３６】電流はキャリアとして活性層２４に注入さ
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層２４の両側にあ
るクラッド層２３や第１クラッド層２５に浸み出し、電
流ブロック層２６の下部にも浸み出して、導波される。
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層２４の両側にあ
るクラッド層２３や第１クラッド層２５に浸み出し、電
流ブロック層２６の下部にも浸み出して、導波される。
【００３７】ここで、回折格子３１の周期Λが式（１）
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部１１において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いＤＦＢ半導体レーザを実現できる。
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部１１において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いＤＦＢ半導体レーザを実現できる。
【００３８】（第３実施形態）図３は、本発明の第３実
施形態を示す斜視図である。この半導体レーザ装置は、
ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓから成る基
板４１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝０．５μ
ｍ）から成るバッファ層４２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ
組成比ｘ＝０．２４、ｔ＝１．１μｍ）から成るクラッ
ド層４３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．２、ｔ＝０．８
８μｍ）から成る光導波層４４、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ
＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から成るキャリアブロッ
ク層４５、ノンドープＩｎＧａＡｓ井戸層（Ｉｎ組成比
ｙ＝０．２、ｔ＝０．００８μｍ）／ノンドープＡｌＧ
ａＡｓバリア層（Ａｌ組成比ｘ＝０．２、ｔ＝０．００
６μｍ）から成る二重量子井戸活性層４６、ｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から成るキャ
リアブロック層４７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．２、
ｔ＝０．８８μｍ）から成る光導波層４８、ｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ（Ａｌ組成＝０．２４、ｔ＝１．１μｍ）から成
るクラッド層５０、ｐ−ＧａＡｓから成るコンタクト層
５１がＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等を用い
て形成され、さらに光導波層４８の中にストライプ状の
窓を有するｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．３
３、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブロック層４９が埋
め込まれている。基板４１の下面およびコンタクト層５
１の上面には、電極５３、５２がそれぞれ形成されてい
る。
施形態を示す斜視図である。この半導体レーザ装置は、
ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓから成る基
板４１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝０．５μ
ｍ）から成るバッファ層４２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ
組成比ｘ＝０．２４、ｔ＝１．１μｍ）から成るクラッ
ド層４３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．２、ｔ＝０．８
８μｍ）から成る光導波層４４、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ
＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から成るキャリアブロッ
ク層４５、ノンドープＩｎＧａＡｓ井戸層（Ｉｎ組成比
ｙ＝０．２、ｔ＝０．００８μｍ）／ノンドープＡｌＧ
ａＡｓバリア層（Ａｌ組成比ｘ＝０．２、ｔ＝０．００
６μｍ）から成る二重量子井戸活性層４６、ｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から成るキャ
リアブロック層４７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．２、
ｔ＝０．８８μｍ）から成る光導波層４８、ｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ（Ａｌ組成＝０．２４、ｔ＝１．１μｍ）から成
るクラッド層５０、ｐ−ＧａＡｓから成るコンタクト層
５１がＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等を用い
て形成され、さらに光導波層４８の中にストライプ状の
窓を有するｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．３
３、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブロック層４９が埋
め込まれている。基板４１の下面およびコンタクト層５
１の上面には、電極５３、５２がそれぞれ形成されてい
る。
【００３９】ＡｌＧａＡｓ系材料はＩｎＧａＡｓ系材料
よりも禁制帯幅が大きく、またＡｌ組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層４６の禁制帯幅よりも光導波層４４、４８の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層４４、４８よりもク
ラッド層４３、５０の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層４４、４８よりもキャリアブロック層４５、４７
の各禁制帯幅の方が大きくなる。
よりも禁制帯幅が大きく、またＡｌ組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層４６の禁制帯幅よりも光導波層４４、４８の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層４４、４８よりもク
ラッド層４３、５０の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層４４、４８よりもキャリアブロック層４５、４７
の各禁制帯幅の方が大きくなる。
【００４０】電流ブロック層４９の活性層側界面には、
周期的な凹凸形状から成る回折格子６１が形成されてお
り、電流ブロック層４９が存在しないストライプ状の窓
部１１、すなわち電流注入領域には回折格子は存在しな
い。
周期的な凹凸形状から成る回折格子６１が形成されてお
り、電流ブロック層４９が存在しないストライプ状の窓
部１１、すなわち電流注入領域には回折格子は存在しな
い。
【００４１】次に動作を説明する。コンタクト層５１の
電極５２に正、基板４１の電極５３に負のバイアス電圧
を印加すると、コンタクト層５１から基板４１に向かっ
て電流が流れ、電流ブロック層４９が存在しない領域、
すなわちストライプ状の窓部１１のみを通過することに
よって、電流密度が増加する。
電極５２に正、基板４１の電極５３に負のバイアス電圧
を印加すると、コンタクト層５１から基板４１に向かっ
て電流が流れ、電流ブロック層４９が存在しない領域、
すなわちストライプ状の窓部１１のみを通過することに
よって、電流密度が増加する。
【００４２】電流はキャリアとして活性層４６に注入さ
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層４６の両側にあ
る光導波層４４、４８に浸み出し、電流ブロック層４９
の下部にも浸み出して、導波される。一方、活性層４６
内のキャリアは、キャリアブロック層４５、４７の存在
によって活性層内に閉じ込められるため、再結合効率が
向上する。
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層４６の両側にあ
る光導波層４４、４８に浸み出し、電流ブロック層４９
の下部にも浸み出して、導波される。一方、活性層４６
内のキャリアは、キャリアブロック層４５、４７の存在
によって活性層内に閉じ込められるため、再結合効率が
向上する。
【００４３】ここで、回折格子６１の周期Λが式（１）
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部１１において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いＤＦＢ半導体レーザを実現できる。
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部１１において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いＤＦＢ半導体レーザを実現できる。
【００４４】なお、本実施形態では電流ブロック層４９
の活性層側界面に回折格子６１を形成する場合を説明し
たが、電流ブロック層４９のコンタクト層側界面に同様
な回折格子を形成してもよい。
の活性層側界面に回折格子６１を形成する場合を説明し
たが、電流ブロック層４９のコンタクト層側界面に同様
な回折格子を形成してもよい。
【００４５】（第４実施形態）図４は本発明の第４実施
形態を示し、図４（ａ）は全体斜視図、図４（ｂ）は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓ
から成る基板７１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝
０．５μｍ）から成るバッファ層７２、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．２４、ｔ＝１．１μｍ）から成
るクラッド層７３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．２、ｔ
＝０．８３μｍ）から成る光導波層７４、ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から成るキャリ
アブロック層７５、ノンドープＩｎＧａＡｓ井戸層（Ｉ
ｎ組成比ｙ＝０．２、ｔ＝０．００８μｍ）／ノンドー
プＡｌＧａＡｓバリア層（Ａｌ組成比ｘ＝０．２、ｔ＝
０．００６μｍ）から成る二重量子井戸活性層７６、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から
成るキャリアブロック層７７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝
０．２、ｔ＝０．８３μｍ）から成る光導波層７８、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成＝０．２４、ｔ＝１．１μ
ｍ）から成るクラッド層８０、ｐ−ＧａＡｓから成るコ
ンタクト層８１がＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長
法）等を用いて形成され、さらに光導波層７８の中にス
トライプ状の窓を有するｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比
ｘ＝０．２４、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブロック
層７９が埋め込まれている。基板７１の下面およびコン
タクト層８１の上面には、電極８３、８２がそれぞれ形
成されている。
形態を示し、図４（ａ）は全体斜視図、図４（ｂ）は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓ
から成る基板７１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝
０．５μｍ）から成るバッファ層７２、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．２４、ｔ＝１．１μｍ）から成
るクラッド層７３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．２、ｔ
＝０．８３μｍ）から成る光導波層７４、ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から成るキャリ
アブロック層７５、ノンドープＩｎＧａＡｓ井戸層（Ｉ
ｎ組成比ｙ＝０．２、ｔ＝０．００８μｍ）／ノンドー
プＡｌＧａＡｓバリア層（Ａｌ組成比ｘ＝０．２、ｔ＝
０．００６μｍ）から成る二重量子井戸活性層７６、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から
成るキャリアブロック層７７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝
０．２、ｔ＝０．８３μｍ）から成る光導波層７８、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成＝０．２４、ｔ＝１．１μ
ｍ）から成るクラッド層８０、ｐ−ＧａＡｓから成るコ
ンタクト層８１がＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長
法）等を用いて形成され、さらに光導波層７８の中にス
トライプ状の窓を有するｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比
ｘ＝０．２４、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブロック
層７９が埋め込まれている。基板７１の下面およびコン
タクト層８１の上面には、電極８３、８２がそれぞれ形
成されている。
【００４６】ＡｌＧａＡｓ系材料はＩｎＧａＡｓ系材料
よりも禁制帯幅が大きく、またＡｌ組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層７６の禁制帯幅よりも光導波層７４、７８の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層７４、７８よりもク
ラッド層７３、８０の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層７４、７８よりもキャリアブロック層７５、７７
の各禁制帯幅の方が大きくなる。
よりも禁制帯幅が大きく、またＡｌ組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層７６の禁制帯幅よりも光導波層７４、７８の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層７４、７８よりもク
ラッド層７３、８０の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層７４、７８よりもキャリアブロック層７５、７７
の各禁制帯幅の方が大きくなる。
【００４７】また本実施形態は、図３に示した波長制御
用の回折格子６１の代わりに同等な機能を持つグレーテ
ィング層９１を設けている。
用の回折格子６１の代わりに同等な機能を持つグレーテ
ィング層９１を設けている。
【００４８】グレーティング層９１は、光導波層７８の
中にｐ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝０．０５μｍ）を周期的パ
ターンとなるように作製させたものであり、電流ブロッ
ク層７９の活性層側界面と活性層７６の間に位置し、窓
部１１では均一な厚さに形成され、窓部１１の両側では
周期的な凹凸形状に形成され、周期Λの回折格子の機能
を果たす。この周期Λが式（１）を満足するように設定
することによって、波長λo のみが選択的に発振し、そ
の結果、単一モード発振が得られる。このとき、電流注
入領域である窓部１１は、グレーティング層９１によっ
て保護されるので、結晶性の劣化がなくなり、低発振閾
値、高効率で、しかも寿命の長いＤＦＢ半導体レーザを
実現できる。
中にｐ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝０．０５μｍ）を周期的パ
ターンとなるように作製させたものであり、電流ブロッ
ク層７９の活性層側界面と活性層７６の間に位置し、窓
部１１では均一な厚さに形成され、窓部１１の両側では
周期的な凹凸形状に形成され、周期Λの回折格子の機能
を果たす。この周期Λが式（１）を満足するように設定
することによって、波長λo のみが選択的に発振し、そ
の結果、単一モード発振が得られる。このとき、電流注
入領域である窓部１１は、グレーティング層９１によっ
て保護されるので、結晶性の劣化がなくなり、低発振閾
値、高効率で、しかも寿命の長いＤＦＢ半導体レーザを
実現できる。
【００４９】（第５実施形態）図５は本発明の第５実施
形態を示し、図５（ａ）は全体斜視図、図５（ｂ）は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓ
から成る基板７１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝
０．５μｍ）から成るバッファ層７２、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．２４、ｔ＝１．１μｍ）から成
るクラッド層７３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．２、ｔ
＝０．８３μｍ）から成る光導波層７４、ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から成るキャリ
アブロック層７５、ノンドープＩｎＧａＡｓ井戸層（Ｉ
ｎ組成比ｙ＝０．２、ｔ＝０．００８μｍ）／ノンドー
プＡｌＧａＡｓバリア層（Ａｌ組成比ｘ＝０．２、ｔ＝
０．００６μｍ）から成る二重量子井戸活性層７６、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から
成るキャリアブロック層７７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝
０．２、ｔ＝０．８３μｍ）から成る光導波層７８、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成＝０．２４、ｔ＝１．１μ
ｍ）から成るクラッド層８０、ｐ−ＧａＡｓから成るコ
ンタクト層８１がＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長
法）等を用いて形成され、さらに光導波層７８の中にス
トライプ状の窓を有するｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比
ｘ＝０．２４、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブロック
層７９が埋め込まれている。基板７１の下面およびコン
タクト層８１の上面には、電極５３、５２がそれぞれ形
成されている。
形態を示し、図５（ａ）は全体斜視図、図５（ｂ）は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、ＤＦＢレーザとして構成され、ｎ−ＧａＡｓ
から成る基板７１の上に順次、ｎ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝
０．５μｍ）から成るバッファ層７２、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．２４、ｔ＝１．１μｍ）から成
るクラッド層７３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．２、ｔ
＝０．８３μｍ）から成る光導波層７４、ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から成るキャリ
アブロック層７５、ノンドープＩｎＧａＡｓ井戸層（Ｉ
ｎ組成比ｙ＝０．２、ｔ＝０．００８μｍ）／ノンドー
プＡｌＧａＡｓバリア層（Ａｌ組成比ｘ＝０．２、ｔ＝
０．００６μｍ）から成る二重量子井戸活性層７６、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．５、ｔ＝０．０２μｍ）から
成るキャリアブロック層７７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝
０．２、ｔ＝０．８３μｍ）から成る光導波層７８、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成＝０．２４、ｔ＝１．１μ
ｍ）から成るクラッド層８０、ｐ−ＧａＡｓから成るコ
ンタクト層８１がＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長
法）等を用いて形成され、さらに光導波層７８の中にス
トライプ状の窓を有するｎ−ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比
ｘ＝０．２４、ｔ＝０．１μｍ）から成る電流ブロック
層７９が埋め込まれている。基板７１の下面およびコン
タクト層８１の上面には、電極５３、５２がそれぞれ形
成されている。
【００５０】ＡｌＧａＡｓ系材料はＩｎＧａＡｓ系材料
よりも禁制帯幅が大きく、またＡｌ組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層７６の禁制帯幅よりも光導波層７４、７８の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層７４、７８よりもク
ラッド層７３、８０の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層７４、７８よりもキャリアブロック層７５、７７
の各禁制帯幅の方が大きくなる。
よりも禁制帯幅が大きく、またＡｌ組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層７６の禁制帯幅よりも光導波層７４、７８の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層７４、７８よりもク
ラッド層７３、８０の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層７４、７８よりもキャリアブロック層７５、７７
の各禁制帯幅の方が大きくなる。
【００５１】また本実施形態は、図３に示した波長制御
用の回折格子６１の代わりに同等な機能を持つグレーテ
ィング層９１を設けている。
用の回折格子６１の代わりに同等な機能を持つグレーテ
ィング層９１を設けている。
【００５２】グレーティング層９１は、光導波層７８の
中にｐ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝０．０５μｍ）を周期的パ
ターンとなるように作製させたものであり、電流ブロッ
ク層７９の活性層側界面と活性層７６の間に位置し、窓
部１１の両側で周期的な凹凸形状に形成され、周期Λの
回折格子の機能を果たす。窓部１１ではグレーティング
層９１は形成されていない。窓部の両側にグレーティン
グ層を形成する方法としては、グレーティング層の選択
成長を利用する方法や、または窓部も含めて成長させた
グレーティング層を窓部だけエッチングして除去する方
法などがある。
中にｐ−ＧａＡｓ（厚さｔ＝０．０５μｍ）を周期的パ
ターンとなるように作製させたものであり、電流ブロッ
ク層７９の活性層側界面と活性層７６の間に位置し、窓
部１１の両側で周期的な凹凸形状に形成され、周期Λの
回折格子の機能を果たす。窓部１１ではグレーティング
層９１は形成されていない。窓部の両側にグレーティン
グ層を形成する方法としては、グレーティング層の選択
成長を利用する方法や、または窓部も含めて成長させた
グレーティング層を窓部だけエッチングして除去する方
法などがある。
【００５３】この周期Λが式（１）を満足するように設
定することによって、波長λo のみが選択的に発振し、
その結果、単一モード発振が得られる。このとき、電流
注入領域である窓部１１は、グレーティング層９１が無
く、ストライプ状の窓部１１に屈折率の異なる層が存在
しなくなるので、発振するレーザ光のモードを乱さない
という利点が生まれる。
定することによって、波長λo のみが選択的に発振し、
その結果、単一モード発振が得られる。このとき、電流
注入領域である窓部１１は、グレーティング層９１が無
く、ストライプ状の窓部１１に屈折率の異なる層が存在
しなくなるので、発振するレーザ光のモードを乱さない
という利点が生まれる。
【００５４】以上の実施形態では導波層はＡｌＧａＡｓ
としたが、これらの構造では導波層はＩｎＧａＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ｘが０≦ｘ≦
０．３）のようにＡｌが少ないかＡｌを含まない組成が
好ましい。導波層をこのような組成にすることにより回
折格子を形成する際の酸化によるダメージを抑制する効
果がさらに高くなり、より高い信頼性を得ることができ
る。
としたが、これらの構造では導波層はＩｎＧａＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ｘが０≦ｘ≦
０．３）のようにＡｌが少ないかＡｌを含まない組成が
好ましい。導波層をこのような組成にすることにより回
折格子を形成する際の酸化によるダメージを抑制する効
果がさらに高くなり、より高い信頼性を得ることができ
る。
【００５５】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、電
流ブロック層の界面または該界面と活性層との間に、発
振波長を制御するための回折格子を形成することによっ
て、周期的構造に基づく波長選択性が付与され、回折条
件を満たす波長のみが選択的に発振するようになり、安
定した単一モード発振が得られる。
流ブロック層の界面または該界面と活性層との間に、発
振波長を制御するための回折格子を形成することによっ
て、周期的構造に基づく波長選択性が付与され、回折条
件を満たす波長のみが選択的に発振するようになり、安
定した単一モード発振が得られる。
【００５６】さらに、こうした回折格子を電流注入領域
には形成していないため、この領域における結晶欠陥が
格段に少なくなり、その結果、低い発振閾値で高い発振
効率、高い信頼性、長寿命を持つ半導体レーザ装置を実
現できる。
には形成していないため、この領域における結晶欠陥が
格段に少なくなり、その結果、低い発振閾値で高い発振
効率、高い信頼性、長寿命を持つ半導体レーザ装置を実
現できる。
【図１】本発明の第１実施形態を示し、図１（ａ）は全
体斜視図、図１（ｂ）は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。
体斜視図、図１（ｂ）は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示し、図４（ａ）は全
体斜視図、図４（ｂ）は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。
体斜視図、図４（ｂ）は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。
【図５】本発明の第５実施形態を示し、図５（ａ）は全
体斜視図、図５（ｂ）は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。
体斜視図、図５（ｂ）は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。
【図６】従来のＤＦＢレーザの一例を示し、図６（ａ）
は全体斜視図、図６（ｂ）は回折格子の形状を示す部分
斜視図である。
は全体斜視図、図６（ｂ）は回折格子の形状を示す部分
斜視図である。
１、２１、４１、７１ 基板 ２、２２、４２、７２ バッファ層 ３、６、２３、４３、５０、７３、８０ クラッド層 ４、２４、４６、７６ 活性層 ５、２６、４９、７９ 電流ブロック層 ７、２８、５１、８１ コンタクト層 ８、９、２９、３０、５２、５３、８２、８３ 電極 １０、３１、６１ 回折格子 １１ 窓部 ２５ 第１クラッド層 ２７ 第２クラッド層 ４４、４８、７４、７８ 光導波層 ４５、４７、７５、７７ キャリアブロック層 ９１ グレーティング層
Claims (4)
- 【請求項１】 活性層の両面側に、該活性層の禁制帯幅
以上の禁制帯幅を有する一対のクラッド層がそれぞれ設
けられ、 前記クラッド層の少なくとも一方にストライプ状の窓を
有する電流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導
体レーザ装置において、 前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 活性層の片面側または両面側に、該活性
層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する光導波層が設けら
れ、 活性層および光導波層を挟むように、該光導波層の禁制
帯幅以上の禁制帯幅を有する一対のクラッド層がそれぞ
れ設けられ、 前記クラッド層の少なくとも一方にストライプ状の窓を
有する電流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導
体レーザ装置において、 前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 活性層の両面側に、該活性層の禁制帯幅
以上の禁制帯幅を有する一対の光導波層がそれぞれ設け
られ、 活性層および光導波層を挟むように、該光導波層の禁制
帯幅以上の禁制帯幅を有する一対のクラッド層がそれぞ
れ設けられ、 活性層と光導波層との間に、該活性層および該光導波層
の各禁制帯幅以上の禁制帯幅を有するキャリアブロック
層が設けられ、 該光導波層の少なくとも一方にストライプ状の窓を有す
る電流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導体レ
ーザ装置において、 前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 光導波層を形成する半導体材料を、Ｇａ
ＡｓもしくはＡｌ組成が０．３以下のＡｌＧａＡｓ、ま
たはＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰのいずれかとすること
を特徴とする請求項２または３記載の半導体レーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27577398A JP3875799B2 (ja) | 1997-09-30 | 1998-09-29 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26683097 | 1997-09-30 | ||
| JP9-266830 | 1997-09-30 | ||
| JP27577398A JP3875799B2 (ja) | 1997-09-30 | 1998-09-29 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11168261A true JPH11168261A (ja) | 1999-06-22 |
| JP3875799B2 JP3875799B2 (ja) | 2007-01-31 |
Family
ID=26547607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27577398A Expired - Lifetime JP3875799B2 (ja) | 1997-09-30 | 1998-09-29 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3875799B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003055020A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-03 | Bookham Technology Plc | Hybrid confinement layers of buried heterostructure semiconductor laser |
| JPWO2003073570A1 (ja) * | 2002-02-27 | 2005-06-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 量子ナノ構造半導体レーザ、及び量子ナノ構造アレイ |
| JP2006202935A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Nec Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-09-29 JP JP27577398A patent/JP3875799B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003055020A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-03 | Bookham Technology Plc | Hybrid confinement layers of buried heterostructure semiconductor laser |
| US6829275B2 (en) | 2001-12-20 | 2004-12-07 | Bookham Technology, Plc | Hybrid confinement layers of buried heterostructure semiconductor laser |
| JPWO2003073570A1 (ja) * | 2002-02-27 | 2005-06-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 量子ナノ構造半導体レーザ、及び量子ナノ構造アレイ |
| JP2006202935A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Nec Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3875799B2 (ja) | 2007-01-31 |
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