JPS62189785A - 分布ブラツグ反射器を有する半導体装置 - Google Patents
分布ブラツグ反射器を有する半導体装置Info
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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
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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- H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(発明の技術分野)
本発明は分布ブラッグ反射器を有する半導体装置に係わ
り、特に分布ブラッグ反射器に用いる周期的な凹凸の改
善に関するものである。
り、特に分布ブラッグ反射器に用いる周期的な凹凸の改
善に関するものである。
(従来技術とその問題点)
分布ブラッグ反射器(以下rDBRJと略す)は波長選
択性の反射および透過特性を有するため、光フィルタや
単一波長で発振するDFBレーザ。
択性の反射および透過特性を有するため、光フィルタや
単一波長で発振するDFBレーザ。
DBRレーザ等へ広く応用されつつある。
第1図は半導体からなるDBRの従来例で、例えば、n
型1nP基板l上に、n型1nGaAs P 2、n型
1nGaAsP 3、p型1nP4が積層されており、
晶型1nGaAs P 2の膜厚を周期的に変化させて
回折格子5を形成し、光100に対する屈折率を周期的
に変化させている。なお、21および22は電極である
。
型1nP基板l上に、n型1nGaAs P 2、n型
1nGaAsP 3、p型1nP4が積層されており、
晶型1nGaAs P 2の膜厚を周期的に変化させて
回折格子5を形成し、光100に対する屈折率を周期的
に変化させている。なお、21および22は電極である
。
このような周期的な屈折率変化により、その周期と半導
体の屈折率で決まるブラッグ波長付近で選成約な反射が
起こるため、光フイルタ素子として作用する。また、n
型InGaAs P 2を翼波路層、n型InGaAs
P 3を発光層とした場合はDFBレーザとして機能
する。このように、第1図のようなりBRが再現性よく
実現されれば、いろいろな機能の半導体素子ができる。
体の屈折率で決まるブラッグ波長付近で選成約な反射が
起こるため、光フイルタ素子として作用する。また、n
型InGaAs P 2を翼波路層、n型InGaAs
P 3を発光層とした場合はDFBレーザとして機能
する。このように、第1図のようなりBRが再現性よく
実現されれば、いろいろな機能の半導体素子ができる。
第1図のようなりBRを結晶成長により作製する場合に
は、n型1nP基板1の表面に予め回折格子5を設け、
その上に順次上の層をエピタキシャル成長させる。しか
し、この時n型1nP基板1の表面が高温にさらされる
ためマストランスポート現象により表面が平坦化され、
回折格子5が消失してしまうか、あるいは凹凸の深さが
極めて浅くなってしまうとういう問題があった。一方、
従来は周期的な凹凸を有する1nGaAs P 2全体
を半導体層の代りに全縁体もしくは金属で形成し、単体
でフィルタ素子として用いたものがある。この絶縁体も
しくは金属により形成されたフィルタ素子の周期的な凹
凸は再現性よく作製できる利点を有している。しかし、
このフィルタ素子を第1図のInGaAsP2の代りに
適用しようとしても、InP基板1とInGaAs P
3との間で結晶成長が分断されてしまうばかりでな(
、DFBレーザあるいは光変調器等の光半導体能動素子
としての動作は不可能である。
は、n型1nP基板1の表面に予め回折格子5を設け、
その上に順次上の層をエピタキシャル成長させる。しか
し、この時n型1nP基板1の表面が高温にさらされる
ためマストランスポート現象により表面が平坦化され、
回折格子5が消失してしまうか、あるいは凹凸の深さが
極めて浅くなってしまうとういう問題があった。一方、
従来は周期的な凹凸を有する1nGaAs P 2全体
を半導体層の代りに全縁体もしくは金属で形成し、単体
でフィルタ素子として用いたものがある。この絶縁体も
しくは金属により形成されたフィルタ素子の周期的な凹
凸は再現性よく作製できる利点を有している。しかし、
このフィルタ素子を第1図のInGaAsP2の代りに
適用しようとしても、InP基板1とInGaAs P
3との間で結晶成長が分断されてしまうばかりでな(
、DFBレーザあるいは光変調器等の光半導体能動素子
としての動作は不可能である。
従って、従来のDBRに用いる周期的な凹凸を再現性よ
く実現するのが困難であワた。
く実現するのが困難であワた。
(発明の目的と特徴)
本発明は、上述のような従来のDBR構造の欠点を克服
するためになされたもので、再現性よく周期的な凹凸を
実現できる分布ブラッグ反射器を有する半導体装置を提
供することを目的とする。
するためになされたもので、再現性よく周期的な凹凸を
実現できる分布ブラッグ反射器を有する半導体装置を提
供することを目的とする。
本発明の特徴は、DBHの構成要素として半導体中に光
の進行方向に格子状に周期的に埋め込まれた高融点材料
、例えば絶縁体または金属、あるいは絶縁体と金属の積
層体を有していることにある。
の進行方向に格子状に周期的に埋め込まれた高融点材料
、例えば絶縁体または金属、あるいは絶縁体と金属の積
層体を有していることにある。
(発明の構成および作用)
以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第2図は本発明による実施例であり、DBRの断面模式
図で、第3図は電極21.22を除いて透視して見た場
合の斜視図である。第2図においてInP基板1上に積
層されたn型InGaAs P 2が導波路として作用
し、InGaAs P 2の上に酸化シリコン。
図で、第3図は電極21.22を除いて透視して見た場
合の斜視図である。第2図においてInP基板1上に積
層されたn型InGaAs P 2が導波路として作用
し、InGaAs P 2の上に酸化シリコン。
窒化シリコン、あるいは酸化アルミニウム等の絶縁体6
が格子状に周期的にInPd中に埋め込まれた構造とな
っている。絶縁体6の屈折率は半導体1.2および4に
比べて非常に小さいので、光100に対する屈折率が、
その進行方向に周期的に変化することになり、DBRを
形成し、光フィルタとして作用する。また電極21.2
2を介してn型InGaAsP2に電界をかけると、電
気光学効果により、屈折率が変化するため、フィルタの
反射波長を制御できる。このような構造は、n型1nG
aAs P 2を成長した段階で、絶縁体6を一旦全面
に堆積させ、2光束干渉露光とホトレジスト技術、およ
びエツチングにより図のように格子状に形成し、その後
p型InP4を結晶成長させて実現する。p型1nP4
の結晶成長の際、格子状の絶縁体6も高温にさらされる
が、絶縁体6は結晶成長温度(例えば550〜700℃
の間)では安定なので、その形状は変化しない。また結
晶成長はn型1nGaAsP 2上で絶縁体6の存在し
ていないところから起こり、絶縁体6を埋めるように行
われるので、p型1nP4はエピタキシャル層として得
られる。
が格子状に周期的にInPd中に埋め込まれた構造とな
っている。絶縁体6の屈折率は半導体1.2および4に
比べて非常に小さいので、光100に対する屈折率が、
その進行方向に周期的に変化することになり、DBRを
形成し、光フィルタとして作用する。また電極21.2
2を介してn型InGaAsP2に電界をかけると、電
気光学効果により、屈折率が変化するため、フィルタの
反射波長を制御できる。このような構造は、n型1nG
aAs P 2を成長した段階で、絶縁体6を一旦全面
に堆積させ、2光束干渉露光とホトレジスト技術、およ
びエツチングにより図のように格子状に形成し、その後
p型InP4を結晶成長させて実現する。p型1nP4
の結晶成長の際、格子状の絶縁体6も高温にさらされる
が、絶縁体6は結晶成長温度(例えば550〜700℃
の間)では安定なので、その形状は変化しない。また結
晶成長はn型1nGaAsP 2上で絶縁体6の存在し
ていないところから起こり、絶縁体6を埋めるように行
われるので、p型1nP4はエピタキシャル層として得
られる。
(応用例1)
第4図は本発明によるDBRを用いた第1の応用例であ
り、DFBレーザの模式図である。n型InP基板l上
にn型In P 11. InGaAs P活性層12
゜p型1nGaAs Pバッファ層13を積層し、第1
の実施例同様に、格子状に絶縁体6を形成し、その後、
p型In P 14. 1)型1nGaAs Pキ+−
/プ層15を成長させる。電極21.22を介して活性
層13に電流を注入するが、絶縁体6の部分は電流が流
れないので、周期的な屈折率変化と同時に、周期的な利
得変化も生じ、その場合は極めて安定な単一波長発振が
得られる。
り、DFBレーザの模式図である。n型InP基板l上
にn型In P 11. InGaAs P活性層12
゜p型1nGaAs Pバッファ層13を積層し、第1
の実施例同様に、格子状に絶縁体6を形成し、その後、
p型In P 14. 1)型1nGaAs Pキ+−
/プ層15を成長させる。電極21.22を介して活性
層13に電流を注入するが、絶縁体6の部分は電流が流
れないので、周期的な屈折率変化と同時に、周期的な利
得変化も生じ、その場合は極めて安定な単一波長発振が
得られる。
(応用例2)
第5図は本発明によるDBRを用いた第2の応用例であ
り、外部変調領域が集積されたDBRし−ザの模式図で
ある。なお、以下の説明では重複を避けるため、第2図
及び第4図と同一構成については同一番号を付して説明
を省略する。第5図において、利得領域となるInGa
As P活性層12の両側に、第2図に示す実施例と同
様のDBRを形成し、電極21.22を介してInGa
As P活性層12に電流を注入することにより、DB
Rレーザを構成したものである。
り、外部変調領域が集積されたDBRし−ザの模式図で
ある。なお、以下の説明では重複を避けるため、第2図
及び第4図と同一構成については同一番号を付して説明
を省略する。第5図において、利得領域となるInGa
As P活性層12の両側に、第2図に示す実施例と同
様のDBRを形成し、電極21.22を介してInGa
As P活性層12に電流を注入することにより、DB
Rレーザを構成したものである。
一方、亜鉛拡散領域16によって形成されるpn接合に
電極23.22を介して逆バイアス電圧を加えるととも
に、n型InGaAs P 2の禁制帯幅をInGaA
sP活性層12の禁制帯幅に比べて、約50me Vだ
け大きくしておくことにより、フランツケルディシュ効
果による光吸収が起こり、DBRレーザの出力を変調す
ることができる。なお、17は反射を防止するための無
反射コーテイング膜である。本実施例のように複数の機
能の素子をモノリシックに集積していく場合はDBRを
設計通りに再現性よく実現することが極めて重要となる
。前述した如く、絶縁体6は結晶成長に際して形状の変
化が殆どないため、このような、高性能の光半導体素子
を実現する上では特に重要となる。
電極23.22を介して逆バイアス電圧を加えるととも
に、n型InGaAs P 2の禁制帯幅をInGaA
sP活性層12の禁制帯幅に比べて、約50me Vだ
け大きくしておくことにより、フランツケルディシュ効
果による光吸収が起こり、DBRレーザの出力を変調す
ることができる。なお、17は反射を防止するための無
反射コーテイング膜である。本実施例のように複数の機
能の素子をモノリシックに集積していく場合はDBRを
設計通りに再現性よく実現することが極めて重要となる
。前述した如く、絶縁体6は結晶成長に際して形状の変
化が殆どないため、このような、高性能の光半導体素子
を実現する上では特に重要となる。
以上の説明では分布ブラッグ反射器の構成要素として、
格子状の絶縁体6を含む場合について説明してきたが、
結晶成長の際の高い温度においても安定な高融点の材料
、例えば高融点金属のタングステンやチタンを用いても
同様の効果が得られる。特に、第5図に示した実施例の
中で絶縁体6の代りにタングステン等の金属を用いれば
、接合に垂直な電界からなる7Mモードに対して、大き
な損失となるため、7Mモードがほぼ完全に抑圧され、
接合に平行な電界からなる安定なTEモモ−発振が得ら
れる。
格子状の絶縁体6を含む場合について説明してきたが、
結晶成長の際の高い温度においても安定な高融点の材料
、例えば高融点金属のタングステンやチタンを用いても
同様の効果が得られる。特に、第5図に示した実施例の
中で絶縁体6の代りにタングステン等の金属を用いれば
、接合に垂直な電界からなる7Mモードに対して、大き
な損失となるため、7Mモードがほぼ完全に抑圧され、
接合に平行な電界からなる安定なTEモモ−発振が得ら
れる。
また、絶縁体と高融点の金属とを組合わせて少なくとも
1凹板上積層することにより、高温においても安定な積
層体を得ることができる。この絶縁体と高融点の金属と
の積層体は、特に、第4図に示した実施例のように電流
を流す素子において効果がある。すなわち、絶縁体6を
単に高融点の金属で置き換えると、その金属がInGa
As P活性層12とn型InGaAs Pバッファ層
13の境界近傍におけるpn接合形成を困難にしてしま
うが、高融点金属を絶縁体で挟んだ積層体を用いること
により、その問題は解消される。この時、絶縁体に挟ま
れた金属が前述の7Mモード抑圧に寄与し、安定なTE
モードにおける発振が得られる。
1凹板上積層することにより、高温においても安定な積
層体を得ることができる。この絶縁体と高融点の金属と
の積層体は、特に、第4図に示した実施例のように電流
を流す素子において効果がある。すなわち、絶縁体6を
単に高融点の金属で置き換えると、その金属がInGa
As P活性層12とn型InGaAs Pバッファ層
13の境界近傍におけるpn接合形成を困難にしてしま
うが、高融点金属を絶縁体で挟んだ積層体を用いること
により、その問題は解消される。この時、絶縁体に挟ま
れた金属が前述の7Mモード抑圧に寄与し、安定なTE
モードにおける発振が得られる。
また、以上の説明では、横モードを安定化するためのス
トライプ構造については特に触れなかったが、本発明は
第3図に示したような埋め込みストライプ構造、平凸導
波路構造など各種のストライプ構造に適用できるととも
に、InGaAs P / In P系だけでなく、I
nA It GaAs/ In P系、 A I Ga
As/GaAs系など他の半導体材料にも適用可能であ
る。
トライプ構造については特に触れなかったが、本発明は
第3図に示したような埋め込みストライプ構造、平凸導
波路構造など各種のストライプ構造に適用できるととも
に、InGaAs P / In P系だけでなく、I
nA It GaAs/ In P系、 A I Ga
As/GaAs系など他の半導体材料にも適用可能であ
る。
(発明の効果)
以上詳細に説明したように、本発明の光半導体素子では
、波長選択性を有する分布ブラッグ反射器の周期的な凹
凸が格子状の高融点材料、例えば絶縁体または高融点金
属あるいは絶縁体と金属との積層体により形成されてい
るため、その製造再現性が極めて良い。従って、設計通
りの光フィルタ、DFBレーザ、DBRレーザあるいは
第5図のような光集積素子が実現される。このような光
半導体素子は光フアイバ通信、光情報処理、ならびに光
交換等広く適用することができ、その効果は極めて大き
い。
、波長選択性を有する分布ブラッグ反射器の周期的な凹
凸が格子状の高融点材料、例えば絶縁体または高融点金
属あるいは絶縁体と金属との積層体により形成されてい
るため、その製造再現性が極めて良い。従って、設計通
りの光フィルタ、DFBレーザ、DBRレーザあるいは
第5図のような光集積素子が実現される。このような光
半導体素子は光フアイバ通信、光情報処理、ならびに光
交換等広く適用することができ、その効果は極めて大き
い。
第1図は従来のDBHの模式図、第2図は本発明による
DBRの断面模式図、第3図は本発明によるDBRの斜
視図、第4図は本発明の第1の応用例であり、DFBレ
ーザの模式図、第5図は本発明の第2の応用例であり、
外部変調領域が集積されたDBRレーザの模式図である
。 1−・−n型1nP基板、 2.3・=n型1nGaA
s P 、。 4.14・・・p型1nP、 5・・・回折格子、6・
・・絶縁体、 11・・・n型In P 、 12−
1nGaAs P活性層、 13・・・p型!nGaA
s Pバッファ層、15・・・n型InGaAs Pキ
ヤツプ層、 16・・・亜鉛拡散領域、 17・・・無
反射コーテイング膜、21、22.23・・・電極、
100・・・光。
DBRの断面模式図、第3図は本発明によるDBRの斜
視図、第4図は本発明の第1の応用例であり、DFBレ
ーザの模式図、第5図は本発明の第2の応用例であり、
外部変調領域が集積されたDBRレーザの模式図である
。 1−・−n型1nP基板、 2.3・=n型1nGaA
s P 、。 4.14・・・p型1nP、 5・・・回折格子、6・
・・絶縁体、 11・・・n型In P 、 12−
1nGaAs P活性層、 13・・・p型!nGaA
s Pバッファ層、15・・・n型InGaAs Pキ
ヤツプ層、 16・・・亜鉛拡散領域、 17・・・無
反射コーテイング膜、21、22.23・・・電極、
100・・・光。
Claims (4)
- (1)二つの半導体層間に光の進行方向に沿って周期的
凹凸を形成した分布ブラッグ反射器を有する半導体装置
において、前記周期的凹凸が格子状の高融点材料により
形成さていることを特徴とする分布ブラッグ反射器を有
する半導体装置。 - (2)前記高融点材料が絶縁物であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の分布ブラッグ反射器を有
する半導体装置。 - (3)前記高融点材料が高融点金属であることを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の分布ブラッグ反射器
を有する半導体装置。 - (4)前記高融点材料が絶縁物と高融点金属との積層体
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
分布ブラッグ反射器を有する半導体装置。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP61030986A JPS62189785A (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 分布ブラツグ反射器を有する半導体装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP61030986A JPS62189785A (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 分布ブラツグ反射器を有する半導体装置 |
Publications (1)
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JPS62189785A true JPS62189785A (ja) | 1987-08-19 |
Family
ID=12318944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP61030986A Pending JPS62189785A (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 分布ブラツグ反射器を有する半導体装置 |
Country Status (2)
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1986
- 1986-02-17 JP JP61030986A patent/JPS62189785A/ja active Pending
-
1987
- 1987-02-12 US US07/013,665 patent/US4796274A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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US4796274A (en) | 1989-01-03 |
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