JPS5992588A - 単一軸モ−ド半導体レ−ザ - Google Patents

単一軸モ−ド半導体レ−ザ

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JPS5992588A
JPS5992588A JP57202670A JP20267082A JPS5992588A JP S5992588 A JPS5992588 A JP S5992588A JP 57202670 A JP57202670 A JP 57202670A JP 20267082 A JP20267082 A JP 20267082A JP S5992588 A JPS5992588 A JP S5992588A
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JP
Japan
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layer
oscillation
reflectance
light guide
semiconductor laser
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Pending
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JP57202670A
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English (en)
Inventor
Masafumi Seki
雅文 関
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5992588A publication Critical patent/JPS5992588A/ja
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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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • 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】 本発明は光通信用等に用いられる単一軸モード発振をす
る単一軸モード発振半導体レーザに関する。
通常、臂開面を反射面とする7アプリペロ一共振器半導
体レーザは1発振軸モードが複数本あって安定せずまた
その波長の温度変化が大きいという欠点があり友、この
欠点は臂開面の代りに半導体レーザ内部に周期構造を形
成し分布帰還型(DFB)半導体レーザあるいは分布ブ
ラッグ反射器型(DBR)半導体レーザとすることで解
決しうる。その代りにこれらDFB半導体レーザやDB
R半導体レーザでは発振可能温度が高くない9発振閾値
電流が大きい、微分童子効率が小さいなどの問題点があ
った。
従来のDBR半導体レーザにおける対向する2つの分布
ブラッグ反射器もしくは対向する1つの臂開面と分布ブ
ラッグ反射器との光共振器の構成において、この分布ブ
ラッグ反射器の実効反射率Rは1分布ブラッグ反射器の
設けられている光ガイドの結合係数にとその長さLを用
いて1次式で与えられることが知られている。
R= tanh” (kL )        −・−
・(1)この式によれば、実効反射率1tはkLが十分
太きければ1に十分近くなるので、DB几半導体レーザ
はファプリペロー共振器型半導体レーザと同等ないしそ
れ以上の効率を有することが期待されていた。しかし1
発明者の実験的検討によれば1分布ブラッグ反射器の反
射率はLi太キくシてもある程度以上大きくできないこ
とが判明した(結合係数にの方はあまり大きくできない
)、これは分布ブラッグ反射器の不均一性等による散乱
損失や結合係数にのゆらぎの友めと考られ、現状の技術
レベルでは克服困難と考えられる。
本発明の目的は、これらの問題点を解決し5発振可能部
度が高く1発振閾値電流が比較的小さく。
微分量子効率が通常の7アブリペロ一共振器半導体レー
ザ並に大きい単一軸モードレーザを提供することにある
本発明の単一軸モード半導体レーザけ、半導体ウェーハ
上に成長され少なくとも活性層を含む光増幅複合ガイド
と、この光増幅複合ガイドと光学的に結合されその内部
に導波される光の波長の1の整数倍の周期を有する凹凸
の周期構造を含む分布反射型光ガイドと、前記光増幅複
合ガイドの軸方向にほぼ垂直な境界面に形成され九反射
膜とを含んで構成され、前記分布反射型光ガイドの前記
周期構造の結合係数にと長さLで定められる実効反射率
Th1(lから5(lの間に定めたことを特徴とする。
本発明の発明者は1分布ブラッグ反射器の反射率を小さ
くして使用し代りに対向する1つの伸開面の反射率を上
げることが、DBR半導体レーザの効率化に最も有効で
あることを見出した。例えば1分布ブラッグ反射器の反
射率を設計上30チ。
対向する伸開面の反射率を100チとしたDBR半導体
レーザは1分布ブラッグ反射器の反射率を設計上100
チ、伸開面の反射率を30チとした場合よりはるかに良
い特性を示した。本発明の単一軸モード発振半導体レー
ザにおいては、発振可能温度が高く2発振閾値電流が比
較的小さく、微分量子効率が通常のファプリペロー共振
器半導体し−ザ並に大さいという特徴がある。
次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の実施例の単一軸モード半導体レーザの
横断面図、第2図は第1図のウエーノ飄高位部分の縦断
面図、第3図は第1図のウエーノ・低位部分の縦断面図
である。(100)面方位のn −InP  ウェーハ
50には高部51と低部52とがあり、その上にそれぞ
れ第1の光ガイド層1.第1のクラ゛ツド層2.第2の
光ガイド層3.活性層4、第2のクラッド層5.埋め込
み層6.キャップ層7が順次エピタキシャル成長されて
いる。第1の元ガイド層1は禁止帯波長1.15μmの
n −1n O,82G a 6.1B A S (,
40P 6.60の4元混晶、第1のクラッド層2はn
−InP、第2の光ガイド層3は禁止帯波長1.1B、
amの”−1n o、B2 G n o、ta人’ 0
,40PO,60の4元混晶、活性層4は発振波長1.
30μmの” 0.72 GaO,218”0.111
 PO,allの4元混晶・第2のクラッド層5はp−
InP、埋め込み層6はp −1n P。
キャップ層7は禁止帯波長1゜20μmのp−1n o
、ys”0,22 ASO,48PO152の4元混晶
である。第2の光ガイド層3と活性層4け光増幅複合ガ
イド8を構5− 成する。
このウェーハ50の高部51には、各層1〜7をエピタ
キシャル成長させる前に、第1の光ガイド層1の内部を
伝搬する光の波長(第1の光ガイド層10等価屈折率を
”督1  自由空間の光の波長をλ0としたときλO/
n@q、)の1/2である周期1860X、深さ800
人の周期構造90が(oTx)方向に形成されている。
第1の光ガイド層1と第1のクラッド層20合計の厚み
は高部51と低部52との高低差にほぼ等しくしである
ので、第2の光ガイド層3の高さは第1の光ガイド層1
の高さとほぼ等しく、まt高部51から低部52に変わ
る領域の成長層はう丁いので、第1の光ガイド層1と第
2の光ガイド層3は光学的に高い効率で結合されている
レーザ発振を行うメサストライプ部60の両脇にはp−
InPの第1のブロック層9とn−InPの第2のブロ
ック層10とが成長されている。キャップ層6の上には
、低部52の上のメサストライプ部60の上を除いて絶
縁用の5isNa膜11が6一 形成され、さらに全面にTi−Ptの正電極12が形成
されている。このため正電極12より電流が注入される
と低部52の上のメサストライプ部60の活性層4のみ
が励起される。
第1.第2の襞間面70.80けメサストライプ部60
と直交する(011)  面であり、第1の襞間面70
には反射率1チ以下の反射防止膜71゜第2の襞間面8
0には反射率約100’%の反射膜81が形成されてい
る。この反射膜81けTi0zと5iOzとを1/4波
長の厚嘔で交互に多層形成(例えば、19層)シ友もの
であ凱反射防止膜71けSiO’!rl/4波長の厚さ
で1層形成したものである。周期構造90の結合係数に
は13cmm”であり、その長さLが150μmであっ
て、実効反射率は約20チであった。また、ウェーハ5
0の下側にはAu−Ge−Niの負電極13が形成され
ている。
以上の構成の実施例の動作を説明する。
波長1.300μmの光は光増幅複合ガイド8とそれに
結合した第1の光ガイド層1の内會伝搬するが2反射面
81と周期構造90とにより共振器が構成されているの
で、電流の注入を増加させると発振を開始する。この周
期構造90による分布ブラッグ反射器は反射率20チで
あるので約80%の光が反射防止膜71を通って出射す
る。この反射防止膜71の残留反射率け1チ以下と小さ
いので7アプリペローモードが発振することはシい。
次にこの実施例の単一軸モード半導体レーザの作製工程
を説明する。まず、n−InPウェーハ50にポジ型ホ
トレジストを塗布し&He−Cdレーザのa25oXの
発振光を約61°の角度で干渉させる三光束干渉露光法
により<oTx>方向に沿った周期1860Xのホトレ
ジストパターンヲ形成し。
ついでHCQ、とH2Oの混合エッチャントによりウェ
ーハ50に周期構造90を転写する。次に、ホトリソグ
ラフィーとエツチングにより周期構造90の格子方向に
そって幅300 fimの溝を200μm間隔で形成し
て低部fs2t−作る。
次に、第1のガイド層1から第2のクラッド層5までを
成長させ、その後<011>方向にホトリソグラフィー
とエツチングにより幅約2μmのメサストライプ60を
作るように2本の溝をほろ。
次に、再びエピタキシャル成長法により第1.第2のブ
ロック層9.10.埋め込み層6.中キヤツプ7金成長
させる。正電極12と負電極13f:形成した後高部5
1の中央及び低部52の中央を襞間してバーを作製する
。次にそのバーの高部51側に反射防止膜71.低部5
2側に反射膜81を形−成しt後、レーザを1つづつ切
り出して作製が完了する。
以上の作製工程において、2本の溝を第1.第2のブロ
ック層で埋め込む工程は電流狭窄と光閉じ込めを達成す
るための手段であり、北村らの特許出願特願昭56−1
66666号と同一の工程である。
本発明の単一軸モード発振半導体レーザにおいては、レ
ーザ発振を生じさせる光共振器として。
1に近い反射率を有する反射膜81と結合係数にと長さ
Lで定められる実効反射率が10チから50チの間に定
めた分布ブラッグ反射器である周期構造90を用いてい
るので、現状の不十分な作9− 裏技術による不完全な周期構造を使用しても7アブリベ
ロ一共振器半導体レーザと同等以上の効率を実現するこ
とができる。この実施例においては、1次の周期構造を
用いたが、2次の周期構造を用い友試作でも室温連続発
振が可能であっt。
第4図、第5図はこの実施例の単一軸モード半導体レー
ザの分布ブラッグ反射器の反射率と閾値電流及び微分量
子効率の特性図を示す。この図の反射率は測定した結合
係数にと長さLから式(1)に基いて求めt値である2
反射率が10%以下では閾値電流が非常に大きくなり実
用的ではない。また1反射率が50ts以上の領域では
閾値電流の低減にはあまりきかず逆に微分量子効率の低
減が著しい。したがって、実用的な反射率は10チから
50tsの範囲にあることが明らかとなる。
以上5本発明の実施例について説明したが、n −1n
Pウエーハ51はp型のものであってもよいが。
この場合各層の導電型は実施例の導電型と全て逆にする
ことが必要である。tt、実施例の結晶構成はInP及
びInGaAsP以外のものであってもよ−1〇− く、その発振波長も1.30μmに限定されることなく
他の波長でもよいことは当然である。さらに。
反射膜81の形成されている第1の襞間面80はエツチ
ングによりて形成してもよい。また反射防止膜71の代
りに実効的な反射率がOとなるように傾けられた面をエ
ツチング法等で形成してもよい。ただし、その場合はそ
の傾き面の反射率が0でないので光出力はこの実施例の
場合より当然域することになる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図は本発明の一実施例の縦断面図
、高位部分の横断面図、低位部分の横面図、第4図、第
5図はこの実施例の分布ブラッグ反射器の反射率と閾値
電流および微分量子効率の関係を示す特性図である。図
において 1・・・・・・光ガイド層、2・・・・・・クラッド層
、3・・・・・・光ガイド層、4・・・・・!活性層、
訃・・・・・クラッド層。 6・・・・・・埋め込み層、7・・・・・・キャップ層
、8・・・・・・光増幅複合ガイド層、9.10・・・
・・・電流ブロック層。 11・・・・・・絶縁層、12・・・・・・正電極、1
3・・・・・・負電極、5Q・・・・・・ウェーハ、5
1・・・・・・高部、52・旧・・低部、60・・・・
・・メサストライプ部、70.80・・・・・・襞間面
、71・・・・・・反射防止膜% 81・・・・・・反
射膜。 90・・・・・・周期構造 である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体ウェーハ上に成長され少なくとも活性層全台む光
    増幅複合ガイドと、この光増幅複合ガイドと光学的に結
    合されその内部に導波される光の波長の1/2の整数倍
    の周期を有する凹凸の周期構造を含む分布反射型光ガイ
    ドと、前記光増幅複合ガイドの軸方向に#1は垂直な境
    界面に形成された反射膜とを含み、前記分布反射型光ガ
    イドの前−記周期構造の結合係数と長さで定められる実
    効反射率1に10%から50チの間に定めたことを特徴
    とする単一軸モード半導体レーザ。
JP57202670A 1982-11-18 1982-11-18 単一軸モ−ド半導体レ−ザ Pending JPS5992588A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61229385A (ja) * 1985-04-03 1986-10-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 化合物半導体装置
JPS6316692A (ja) * 1986-07-08 1988-01-23 Nec Corp 分布帰還形半導体レ−ザ
US5111475A (en) * 1990-01-02 1992-05-05 At&T Bell Laboratories Analog optical fiber communication system, and laser adapted for use in such a system
US5285468A (en) * 1992-07-17 1994-02-08 At&T Bell Laboratories Analog optical fiber communication system, and laser adapted for use in such a system

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