JP2713445B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2713445B2 JP2713445B2 JP29793988A JP29793988A JP2713445B2 JP 2713445 B2 JP2713445 B2 JP 2713445B2 JP 29793988 A JP29793988 A JP 29793988A JP 29793988 A JP29793988 A JP 29793988A JP 2713445 B2 JP2713445 B2 JP 2713445B2
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- Japan
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- semiconductor laser
- laser device
- quantum well
- grating
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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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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、閾値電流が小さく、かつスペクトラルライ
ン巾の狭い量子井戸構造を有する分布帰還型半導体レー
ザ素子に関する。
ン巾の狭い量子井戸構造を有する分布帰還型半導体レー
ザ素子に関する。
回折格子で構成した反射器をレーザ結晶内につくりつ
けた分布帰還型（DFB:Distributed Feedback）の半導体
レーザ素子は、特定の単一縦モード発振が得られるた
め、高速光通信の光源として利用される。従来のDFB型
半導体レーザ素子は、例えば第３図に示すように、ｎ−
InP基板（１）の上にｎ−InP層（２）、1.55μｍ発振組
成のGaInAsP活性層（３）および1.3μｍ発振組成のGaIn
AsPアンチメルトバック層（４）を順次エピタキシャル
成長させた後、周期Λをもつグレーティング（５）を干
渉露光法およびエッチングによって形成し、さらに、ｐ
−InP層（６）およびｐ−GAInAsPコンタクト層（７）を
再成長させ、最後にｐ電極（８）とｎ電極（９）を蒸着
により形成する。このようにして製作されたDFB型半導
体レーザ素子は周期Λで決まるブラッグ波長近傍でレー
ザ発振を行う。発振のスレッシュホールドゲインgthは
グレーティングの結合係数Ｋと素子長Ｌの関数であり、
gthはKLの単調減少関数となっていることはよく知られ
ている。したがって、スレッシュホールド電流を小さく
するためには、ＫまたはＬを大きくすることが必要にな
る。
けた分布帰還型（DFB:Distributed Feedback）の半導体
レーザ素子は、特定の単一縦モード発振が得られるた
め、高速光通信の光源として利用される。従来のDFB型
半導体レーザ素子は、例えば第３図に示すように、ｎ−
InP基板（１）の上にｎ−InP層（２）、1.55μｍ発振組
成のGaInAsP活性層（３）および1.3μｍ発振組成のGaIn
AsPアンチメルトバック層（４）を順次エピタキシャル
成長させた後、周期Λをもつグレーティング（５）を干
渉露光法およびエッチングによって形成し、さらに、ｐ
−InP層（６）およびｐ−GAInAsPコンタクト層（７）を
再成長させ、最後にｐ電極（８）とｎ電極（９）を蒸着
により形成する。このようにして製作されたDFB型半導
体レーザ素子は周期Λで決まるブラッグ波長近傍でレー
ザ発振を行う。発振のスレッシュホールドゲインgthは
グレーティングの結合係数Ｋと素子長Ｌの関数であり、
gthはKLの単調減少関数となっていることはよく知られ
ている。したがって、スレッシュホールド電流を小さく
するためには、ＫまたはＬを大きくすることが必要にな
る。
従来のDFB型半導体レーザ素子では、結合係数Ｋの値
には限度があるため、素子長Ｌを一定にすると、最小ス
レッシュホールド電流に限界が生ずる。また、発振スペ
クトラルライン巾は、高速変調時に屈折率のゆらぎによ
り広くなり、狭線巾化にも限界がある。
には限度があるため、素子長Ｌを一定にすると、最小ス
レッシュホールド電流に限界が生ずる。また、発振スペ
クトラルライン巾は、高速変調時に屈折率のゆらぎによ
り広くなり、狭線巾化にも限界がある。
本発明は以上のような点にかんがみてなされたもの
で、その目的とするところは、スレッシュホールド電流
が低く、発振スペクトル巾が狭いDFB型半導体レーザ素
子を提供することにあり、その要旨は、半導体基板上
に、第１クラッド層、活性領域、および第２クラッド層
が順次積層され、第１クラッド層にグレーティングが形
成されている半導体レーザ素子において、活性領域が前
記グレーティングの山または谷の少なくとも一方に局所
的に成長させた量子井戸構造よりなることを特徴とする
半導体レーザ素子を第１発明とし、活性領域が前記量子
井戸構造と該量子井戸構造に近接する層状の活性層とよ
りなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素
子を第２発明とするものである。
で、その目的とするところは、スレッシュホールド電流
が低く、発振スペクトル巾が狭いDFB型半導体レーザ素
子を提供することにあり、その要旨は、半導体基板上
に、第１クラッド層、活性領域、および第２クラッド層
が順次積層され、第１クラッド層にグレーティングが形
成されている半導体レーザ素子において、活性領域が前
記グレーティングの山または谷の少なくとも一方に局所
的に成長させた量子井戸構造よりなることを特徴とする
半導体レーザ素子を第１発明とし、活性領域が前記量子
井戸構造と該量子井戸構造に近接する層状の活性層とよ
りなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素
子を第２発明とするものである。
DFBレーザの理論によると、DFB発振には屈折率または
光ゲインに周期構造が必要である。また、光ゲインに周
期構造がある場合のスレッシュホールド電流は、光ゲイ
ンが一様である場合よりも低下することが知られてい
る。従来のDFB型半導体レーザ素子では、光ゲインは一
様であり、グレーティングの誘起する屈折率の周期的変
化によるDFB発振を利用しているが、本発明では、屈折
率の周期変化に加えて、光ゲインの周期的変化をも利用
している。すなわち、グレーティングの山または谷の少
なくとも一方に局所的に量子井戸構造を形成し、グレー
ティングと同じ周期をもつ光ゲインの周期構造を得てい
る。
光ゲインに周期構造が必要である。また、光ゲインに周
期構造がある場合のスレッシュホールド電流は、光ゲイ
ンが一様である場合よりも低下することが知られてい
る。従来のDFB型半導体レーザ素子では、光ゲインは一
様であり、グレーティングの誘起する屈折率の周期的変
化によるDFB発振を利用しているが、本発明では、屈折
率の周期変化に加えて、光ゲインの周期的変化をも利用
している。すなわち、グレーティングの山または谷の少
なくとも一方に局所的に量子井戸構造を形成し、グレー
ティングと同じ周期をもつ光ゲインの周期構造を得てい
る。
以下図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明にかかる一実施例の要部断面図であ
り、ｎ−InP基板（11）上に、ｎ−InP層（12）とGaxIn
1-xAsyP1-y層（13）を順次成長させて第１クラッド層を
形成し、GaxIn1-xAsyP1-y層（13）に干渉露光法および
エッチングによりグレーティング（15）を形成し、グレ
ーティングの山と谷にCax′In1-x′Asの量子井戸線（1
4）を成長させ、さらに、Cax″In1-x″Asy″P1-y″層
（16）、ｐ−InP層（17）およびｐ−GaInAsPコンタクト
層（20）を順次成長させて第２クラッド層を形成し、最
後に、ｐ電極（18）およびｎ電極（19）を蒸着したもの
である。量子井戸線（14）はＸ方向の厚みを200Å以下
にし、Ｚ方向についてはグレーティング（15）の山と谷
に局在化しているため、Ｘ−Ｚの２次元においてキャリ
ア閉じ込め効果を有する量子井戸線となっている。GaxI
n1-xAsyP1-y層（13）とCax″In1-x″Asy″P1-y″層（1
6）は、x,y,x″,y″を適当に選ぶことにより、エネルギ
ーギャップをｎ−InP層（12）、（17）と量子井戸線（1
4）のエネルギーギャップの中間にし、屈折率をInP層
（12）、（17）より高くする。そうすることにより光波
をGaxIn1-xAsyP1-y層（13）とCax″In1-x″Asy″P1-y″
層（16）の間に効率よく閉じ込めることができる。
り、ｎ−InP基板（11）上に、ｎ−InP層（12）とGaxIn
1-xAsyP1-y層（13）を順次成長させて第１クラッド層を
形成し、GaxIn1-xAsyP1-y層（13）に干渉露光法および
エッチングによりグレーティング（15）を形成し、グレ
ーティングの山と谷にCax′In1-x′Asの量子井戸線（1
4）を成長させ、さらに、Cax″In1-x″Asy″P1-y″層
（16）、ｐ−InP層（17）およびｐ−GaInAsPコンタクト
層（20）を順次成長させて第２クラッド層を形成し、最
後に、ｐ電極（18）およびｎ電極（19）を蒸着したもの
である。量子井戸線（14）はＸ方向の厚みを200Å以下
にし、Ｚ方向についてはグレーティング（15）の山と谷
に局在化しているため、Ｘ−Ｚの２次元においてキャリ
ア閉じ込め効果を有する量子井戸線となっている。GaxI
n1-xAsyP1-y層（13）とCax″In1-x″Asy″P1-y″層（1
6）は、x,y,x″,y″を適当に選ぶことにより、エネルギ
ーギャップをｎ−InP層（12）、（17）と量子井戸線（1
4）のエネルギーギャップの中間にし、屈折率をInP層
（12）、（17）より高くする。そうすることにより光波
をGaxIn1-xAsyP1-y層（13）とCax″In1-x″Asy″P1-y″
層（16）の間に効率よく閉じ込めることができる。
例えば、x＝x″＝0.28、y＝y″＝0.6、x′＝0.4
7、y′＝１、グレーティングの周期を230nmとすると、
スペクトラルライン巾が1MHz以下である1.5μｍの発振
を得ることができた。
7、y′＝１、グレーティングの周期を230nmとすると、
スペクトラルライン巾が1MHz以下である1.5μｍの発振
を得ることができた。
第２図は本発明の他の実施例を示し、ｎ−InP基板（2
1）上に第１クラッド層としてｎ−InP層（22）、一様な
厚みをもつGaInAsP活性層（33）およびGaxIn1-xAsyP1-y
層（23）を順次積層し、活性層（33）に近接してGaxIn
1-xAsyP1-y層（23）上にグレーティング（25）を形成
し、該グレーティング（25）の谷部にCax′In1-x′A
sy′P1-y′の量子井戸線（24）を形成する。次に、C
ax″In1-x″Asy″P1-y″層（26）、ｐ−InP層（27）お
よびｐ−GaInAsPコンタクト層（30）を順次成長させて
第２クラッド層とし、最後に、ｐ電極（28）およびｎ電
極（29）を蒸着させることは前記実施例と同様である。
本実施例では、活性層（33）から一定の光ゲインを得、
グレーティング（25）の谷に成長させた量子井戸線（2
4）からは光ゲインの周期的変化分を得る。
1）上に第１クラッド層としてｎ−InP層（22）、一様な
厚みをもつGaInAsP活性層（33）およびGaxIn1-xAsyP1-y
層（23）を順次積層し、活性層（33）に近接してGaxIn
1-xAsyP1-y層（23）上にグレーティング（25）を形成
し、該グレーティング（25）の谷部にCax′In1-x′A
sy′P1-y′の量子井戸線（24）を形成する。次に、C
ax″In1-x″Asy″P1-y″層（26）、ｐ−InP層（27）お
よびｐ−GaInAsPコンタクト層（30）を順次成長させて
第２クラッド層とし、最後に、ｐ電極（28）およびｎ電
極（29）を蒸着させることは前記実施例と同様である。
本実施例では、活性層（33）から一定の光ゲインを得、
グレーティング（25）の谷に成長させた量子井戸線（2
4）からは光ゲインの周期的変化分を得る。
以上説明したように本発明によれば、活性領域がグレ
ーティングの山または谷の少なくとも一方に局所的に成
長させた量子井戸構造を有するため、スレッシュホール
ド電流が低下し、量子効果により発振スペクトルライン
巾が減少するという優れた効果がある。
ーティングの山または谷の少なくとも一方に局所的に成
長させた量子井戸構造を有するため、スレッシュホール
ド電流が低下し、量子効果により発振スペクトルライン
巾が減少するという優れた効果がある。
第１図は本発明にかかる一実施例の要部断面図、第２図
は本発明にかかる他の実施例の要部断面図、第３図は一
従来例の要部断面図である。 1,11,21…ｎ−InP基板、2,12,22…ｎ−InP層、3,33…Ga
InAsP活性層、４…GaInAsPアンチメルトバック層、5,1
5,25…グレーティング、6,17,27…ｐ−InP層、7,20,30
…ｐ−GaInAsPコンタクト層、8,18,28…ｐ電極、9,19,2
9…ｎ電極、13,23…GaxIn1-xAsyP1-y層、14,24…量子井
戸線、16,26…Cax″In1-x″Asy″P1-y″層。
は本発明にかかる他の実施例の要部断面図、第３図は一
従来例の要部断面図である。 1,11,21…ｎ−InP基板、2,12,22…ｎ−InP層、3,33…Ga
InAsP活性層、４…GaInAsPアンチメルトバック層、5,1
5,25…グレーティング、6,17,27…ｐ−InP層、7,20,30
…ｐ−GaInAsPコンタクト層、8,18,28…ｐ電極、9,19,2
9…ｎ電極、13,23…GaxIn1-xAsyP1-y層、14,24…量子井
戸線、16,26…Cax″In1-x″Asy″P1-y″層。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上に、第１クラッド層、活性領
域、および第２クラッド層が順次積層され、第１クラッ
ド層にグレーティングが形成されている半導体レーザ素
子において、活性領域が前記グレーティングの山または
谷の少なくとも一方に局所的に成長させた量子井戸構造
よりなることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】活性領域が前記量子井戸構造と該量子井戸
構造に近接する層状の活性層とよりなることを特徴とす
る請求項１記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29793988A JP2713445B2 (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29793988A JP2713445B2 (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02143580A JPH02143580A (ja) | 1990-06-01 |
| JP2713445B2 true JP2713445B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=17853051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29793988A Expired - Lifetime JP2713445B2 (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2713445B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138625A (en) * | 1991-01-08 | 1992-08-11 | Xerox Corporation | Quantum wire semiconductor laser |
| IT1245541B (it) * | 1991-05-13 | 1994-09-29 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Laser a semiconduttore a reazione distribuita ed accoppiamento di guadagno ,e procedimento per la sua fabbricazione |
| JP3204474B2 (ja) * | 1993-03-01 | 2001-09-04 | キヤノン株式会社 | 利得結合分布帰還型半導体レーザとその作製方法 |
| US6151351A (en) * | 1994-09-28 | 2000-11-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser and method for producing the same |
-
1988
- 1988-11-25 JP JP29793988A patent/JP2713445B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02143580A (ja) | 1990-06-01 |
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