JP2965023B2 - Multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array and method of manufacturing the same - Google Patents
Multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array and method of manufacturing the sameInfo
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Landscapes
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザアレ
イに関し、特に波長多重光通信システムに用いられる位
相シフト分布帰還型多波長半導体レーザアレイに関す
る。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor laser array, and more particularly to a phase shift distributed feedback multi-wavelength semiconductor laser array used in a wavelength division multiplexing optical communication system.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の多チャンネル光通信システムに用
いられる多波長半導体レーザアレイには、図8に断面図
を示されるように、レーザ共振器中央で回折格子の位相
を半周期シフトさせたλ/4位相シフト分布帰還型半導
体レーザと呼ばれる単一モード性の高い半導体レーザが
用いられている。λ/4位相シフト構造は、公知の構造
で、例えば「1994年、オーム社刊、応用物理学会
編、半導体レーザ 272頁 図12・12」に記載さ
れている。この構造では、レーザ発振波長が回折格子周
期が決定するブラッグ波長と等しくなるため、副モード
抑圧比が高くとれるという特徴がある。2. Description of the Related Art As shown in a sectional view of FIG. 8, a multi-wavelength semiconductor laser array used in a conventional multi-channel optical communication system has a .lambda. A semiconductor laser having a high single-mode property called a / 4 phase shift distributed feedback semiconductor laser is used. The λ / 4 phase shift structure is a known structure, and is described, for example, in “1994, published by Ohmsha, edited by the Japan Society of Applied Physics, semiconductor laser, page 272, FIGS. 12 and 12”. In this structure, the laser oscillation wavelength becomes equal to the Bragg wavelength determined by the period of the diffraction grating, so that the submode suppression ratio can be increased.
【0003】また、特開昭62−109388号公報に
は、各々の回折格子周期の異なる半導体レーザを並列に
配置した多波長レーザアレイ構造が記載されている。こ
の構造では、各々のレーザに個別の電極を用い、各々を
異なる発振波長で駆動するので、多波長半導体レーザア
レイとして動作させることができる。Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-109388 discloses a multi-wavelength laser array structure in which semiconductor lasers having different diffraction grating periods are arranged in parallel. In this structure, an individual electrode is used for each laser and each is driven at a different oscillation wavelength, so that it can be operated as a multi-wavelength semiconductor laser array.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな半導体レーザアレイ構造では、多波長レーザアレイ
を実現するためには、各々の半導体レーザの回折格子周
期を異なるように形成しなければならない。回折格子形
成を電子ビーム露光装置を使用する電子ビーム露光法で
行った場合、各々のレーザに対して異なる回折格子周期
設定をして、回折格子を1本づつ形成するため、干渉露
光法に比べて描画時間が長くなり、露光時間がかかりす
ぎて大量生産には適さないという問題点がある。However, in such a semiconductor laser array structure, in order to realize a multi-wavelength laser array, the diffraction grating periods of each semiconductor laser must be formed differently. When the diffraction grating is formed by an electron beam exposure method using an electron beam exposure apparatus, different diffraction grating periods are set for each laser, and diffraction gratings are formed one by one. Therefore, there is a problem that the drawing time is long and the exposure time is too long, which is not suitable for mass production.
【0005】また、第2の問題点として、従来のλ/4
位相シフト分布帰還型半導体レーザでは、レーザ共振器
中央にλ/4位相シフト構造が存在するため、光子が位
相シフト部に集中し、内部の電界分布強度が極端に不均
一になり、キャリア変動による屈折率変化が共振器内の
位置により大きく異なるために、変調時の波長変動が大
きいという問題点がある。Also, as a second problem, the conventional λ / 4
In the phase shift distributed feedback type semiconductor laser, since a λ / 4 phase shift structure exists in the center of the laser resonator, photons concentrate on the phase shift portion, and the internal electric field distribution intensity becomes extremely non-uniform, resulting in carrier fluctuation. Since the change in the refractive index greatly differs depending on the position in the resonator, there is a problem that the wavelength fluctuation during modulation is large.
【0006】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、半導体レーザ変調時にも波長の安定し
た動作を示し、それぞれの波長を独立に設定しうる半導
体レーザを同一基板上に多数備えた多波長分布帰還型半
導体レーザアレイを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a problem, and a semiconductor laser which exhibits a stable operation even when a semiconductor laser is modulated and which can set each wavelength independently on the same substrate. It is an object of the present invention to provide a multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array having a large number.
【0007】また、本発明は各レーザ素子の回折格子形
成時の時間を短縮し、生産コストを削減でき大量生産が
可能な多波長分布帰還型半導体レーザアレイおよびその
製造方法を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array capable of shortening the time required to form a diffraction grating for each laser element, reducing production costs, and mass-producing, and a method of manufacturing the same. And
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に複数台の分布帰還型半導体レーザ素子を並べて配列し
た分布帰還型半導体レーザアレイにおいて、前記各レー
ザ素子の回折格子周期を同一とし、前記各レーザ素子の
共振器内の複数箇所に、位相シフト量を各レーザ素子ご
とに独立に設定した回折格子の位相シフト構造を設ける
ことで、各レーザ素子の発振波長を独立に設定すること
を特徴とする多波長分布帰還型半導体レーザアレイに関
する。According to the present invention, there is provided a distributed feedback semiconductor laser array in which a plurality of distributed feedback semiconductor laser elements are arranged and arranged on a semiconductor substrate, wherein each of the laser elements has the same diffraction grating period; By providing a phase shift structure of a diffraction grating in which the amount of phase shift is independently set for each laser element at a plurality of locations in the resonator of each laser element, the oscillation wavelength of each laser element can be set independently. The present invention relates to a multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array.
【0009】前記各レーザ素子の位相シフト構造は、各
レーザ素子の共振器の長さをほぼ等間隔に分割する位置
に配置し、位相シフト量をその絶対値がそれぞれ等しく
なるように設定することが好ましい。The phase shift structure of each laser element is disposed at a position where the length of the resonator of each laser element is divided at substantially equal intervals, and the phase shift amounts are set so that their absolute values are equal. Is preferred.
【0010】前記の位相シフト量は、回折格子周期の1
/4または−1/4周期とすることが好ましい。The phase shift amount is one of the diffraction grating periods.
It is preferable that the period be / 4 or-/.
【0011】このような多波長分布帰還型半導体レーザ
アレイは、半導体基板上に、回折格子形成用の第1のフ
ォトレジストを塗布する工程と、この第1のフォトレジ
スト上に第1のフォトレジストとは異なる第2のフォト
レジストを塗布する工程と、この第2のフォトレジスト
上に、さらに第1、第2のフォトレジストとは異なる第
3のフォトレジストを塗布する工程と、この第3のフォ
トレジストをリソグラフィーにより所定形状にパターニ
ングする工程と、この第3のフォトレジストが除去され
て表面が現れた部分の第2のフォトレジストをリソグラ
フィーによりパターニングすることにより第2、第3の
フォトレジストにより階段状の2段の段差を形成する工
程と、前記工程で加工した第2、第3のフォトレジスト
を位相マスクとして用いて、第1のフォトレジストに光
干渉露光法により全面に回折格子パターンを露光する工
程と、前記第2、第3のフォトレジストを除去し、次に
第1のフォトレジストを現像することにより第1のフォ
トレジストを回折格子パターン状に形成する工程と、こ
の第1のフォトレジストの回折格子パターンをマスクと
して用いて、基板をエッチングし、所定位置に所定の位
相シフト構造を有する回折格子を形成する工程とを有す
る製造方法により製造することができる。Such a multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array comprises a step of applying a first photoresist for forming a diffraction grating on a semiconductor substrate, and a step of applying a first photoresist on the first photoresist. Applying a second photoresist different from the first photoresist, further applying a third photoresist different from the first and second photoresists on the second photoresist, A step of patterning the photoresist into a predetermined shape by lithography, and a step of patterning by lithography the second photoresist in a portion where the surface has appeared after the removal of the third photoresist, thereby forming the second and third photoresists. A step of forming a two-step step, and using the second and third photoresists processed in the step as a phase mask. Exposing the first photoresist to a diffraction grating pattern over the entire surface by light interference exposure, removing the second and third photoresists, and then developing the first photoresist. Forming a first photoresist in a diffraction grating pattern, and etching the substrate using the diffraction grating pattern of the first photoresist as a mask to form a diffraction grating having a predetermined phase shift structure at a predetermined position. And a forming step.
【0012】本発明によれば、以下に説明する理由によ
り前述の課題が解決される。According to the present invention, the aforementioned problems are solved for the following reasons.
【0013】従来より、λ/4位相シフト分布帰還型半
導体レーザでは、回折格子の周期により決定されるブラ
ッグ波長で単一モードで発振することが知られている。
図8で示したようなλ/4位相シフト構造は、共振器の
中央で回折格子を1/2周期シフトさせることで、レー
ザ共振条件がブラッグ波長で満たされている。ここでこ
のシフト量を1/2周期から変化させると、レーザ発振
波長はブラッグ波長からわずかにずれるように変化す
る。It has been known that a λ / 4 phase shift distributed feedback semiconductor laser oscillates in a single mode at a Bragg wavelength determined by the period of a diffraction grating.
The λ / 4 phase shift structure as shown in FIG. 8 satisfies the laser resonance condition with the Bragg wavelength by shifting the diffraction grating by で period at the center of the resonator. Here, when the shift amount is changed from the half cycle, the laser oscillation wavelength changes so as to slightly deviate from the Bragg wavelength.
【0014】しかし従来の構造では、レーザ共振器中央
の1点だけに位相シフト構造が存在するので、光子密度
が位相シフト部のみに集中し、内部光子密度が不均一に
なり、変調動作時に発振波長が安定しないという問題が
発生する。However, in the conventional structure, since the phase shift structure exists at only one point at the center of the laser resonator, the photon density concentrates only on the phase shift portion, the internal photon density becomes non-uniform, and oscillation occurs during the modulation operation. The problem that the wavelength is not stable occurs.
【0015】そこで、本発明では、位相シフト構造をレ
ーザ共振器内の複数箇所に分配して設けることにより、
光子密度が1点に集中することを避け、前記問題を解決
することができる。レーザ共振器内に設ける位相シフト
構造の数は2箇所以上、好ましくは3箇所以上であり、
通常10箇所程度以下である。Therefore, in the present invention, by distributing and providing the phase shift structure at a plurality of locations in the laser resonator,
The above problem can be solved by preventing the photon density from being concentrated on one point. The number of phase shift structures provided in the laser resonator is two or more, preferably three or more,
It is usually about 10 or less.
【0016】また、位相シフト構造をレーザ共振器内に
ほぼ等間隔に分配すると、各々のレーザの発振しきい値
をほぼ等しくすることができるので特に好ましい。It is particularly preferable to distribute the phase shift structure in the laser resonator at substantially equal intervals, since the oscillation thresholds of the lasers can be made substantially equal.
【0017】また、位相シフト構造を共振器内に複数個
配置し、半導体レーザアレイを構成する各半導体レーザ
素子について、異なる位相シフト量を設定することで、
回折格子周期は同一であっても、発振波長の異なる半導
体レーザ素子を複数得ることができる。Further, by disposing a plurality of phase shift structures in the resonator and setting different phase shift amounts for the respective semiconductor laser elements constituting the semiconductor laser array,
Even if the diffraction grating period is the same, a plurality of semiconductor laser elements having different oscillation wavelengths can be obtained.
【0018】また、各半導体レーザ素子の位相シフト量
を独立に設定することで、各半導体レーザ素子から得ら
れる発振波長の間隔を等しくすることができる。Further, by setting the phase shift amount of each semiconductor laser element independently, it is possible to make the intervals of the oscillation wavelengths obtained from each semiconductor laser element equal.
【0019】また、各々の位相シフト量の絶対値を等し
くして、絶対値の等しい正負の位相シフト量の組み合わ
せのみで各レーザ素子の発振波長を設計することも可能
であり、この場合製造工程数を減らすことができる。It is also possible to make the absolute values of the respective phase shift amounts equal and to design the oscillation wavelength of each laser element only by a combination of the positive and negative phase shift amounts having the same absolute value. The number can be reduced.
【0020】本発明では、各半導体レーザの回折格子を
干渉露光法によって形成するので、多波長半導体レーザ
アレイを大量生産することができる。In the present invention, since the diffraction grating of each semiconductor laser is formed by the interference exposure method, a multi-wavelength semiconductor laser array can be mass-produced.
【0021】以上のように本発明によれば、回折格子周
期が同一な半導体レーザの配列にも関わらず、等間隔に
並ぶ異なる発振波長の多波長半導体レーザアレイが得ら
れ、また、複数の位相シフト構造を有するため、共振器
内部の電界分布が平坦化し、変調時の波長変動を少なく
することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a multi-wavelength semiconductor laser array having different oscillation wavelengths arranged at equal intervals regardless of the arrangement of semiconductor lasers having the same diffraction grating period. Due to the shift structure, the electric field distribution inside the resonator is flattened, and wavelength fluctuation during modulation can be reduced.
【0022】[0022]
[実施形態1]図1は、本発明の第1の実施の形態を示
す6波長半導体レーザアレイの構造図である。[Embodiment 1] FIG. 1 is a structural view of a six-wavelength semiconductor laser array showing a first embodiment of the present invention.
【0023】この半導体レーザアレイ1は、図1(A)
に示すようにレーザ共振器方向に並列に半導体レーザが
配列され、各々の半導体レーザの回折格子周期はすべて
等しく形成されている。図1(B)は、第1のレーザ2
の断面図であり、マルチ位相シフト分布帰還型半導体レ
ーザである。他のレーザも位相シフト構造以外は同様に
形成されている。This semiconductor laser array 1 is shown in FIG.
As shown in (1), semiconductor lasers are arranged in parallel in the laser resonator direction, and the diffraction grating periods of the respective semiconductor lasers are all equal. FIG. 1B shows the first laser 2.
1 is a cross-sectional view of a multi-phase shift distributed feedback semiconductor laser. Other lasers are similarly formed except for the phase shift structure.
【0024】この構造は、周知のエピタキシャル成長、
周知の電子ビーム露光法および周知のリソグラフィー法
により作製することができ、各々の半導体レーザには個
別に駆動電流を注入することができる。This structure is well known for epitaxial growth,
It can be manufactured by a known electron beam exposure method and a known lithography method, and a drive current can be individually injected into each semiconductor laser.
【0025】図1(A)に示すレーザアレイ装置1で
は、300ミクロン共振器の回折格子内に3ヵ所の位相
シフト構造が形成されている。前記3ヵ所の位相シフト
構造は、λ/8位相シフト又は−λ/8位相シフトで、
回折格子周期に換算して1/4周期または−1/4周期
の位相シフトさせたものであり、すなわち通常のλ/4
位相シフト構造の半分のシフト量である。また、前記位
相シフト構造は、共振器の中央に1ヵ所、共振器中央と
両端との中間点に1ヵ所ずつ、配置されている。In the laser array device 1 shown in FIG. 1A, three phase shift structures are formed in a diffraction grating of a 300-micron resonator. The three phase shift structures are λ / 8 phase shift or -λ / 8 phase shift,
The phase is shifted by a quarter or -−1 period in terms of the diffraction grating period, that is, a normal λ / 4
This is a half shift amount of the phase shift structure. Further, the phase shift structure is disposed at one position at the center of the resonator and at one position at an intermediate point between the center of the resonator and both ends.
【0026】3ヵ所の位相シフト構造において、1/4
周期シフトまたは−1/4周期の位相シフトを組み合わ
せることにより、8通りの組み合わせが考えられるが、
左右反転させることにより同一構造となるものを取り除
くと、6通りの組み合わせが存在する。In three phase shift structures, 1/4
Eight combinations are conceivable by combining the period shift or the phase shift of −−1 period.
When the one having the same structure is removed by inverting left and right, there are six combinations.
【0027】第1から第6の半導体レーザは、この6通
りの組み合わせについて図1(B)と同様な構造で形成
したものである。The first to sixth semiconductor lasers have the same structure as that shown in FIG. 1B for these six combinations.
【0028】前記6通りの位相シフト構造の組み合わせ
は、図1(A)に示す通り、回折格子周期に対して、第
1のレーザ2が1/4、−1/4、1/4周期の位相シ
フトであり、第2のレーザ3が1/4、−1/4、−1
/4周期の位相シフトであり、第3のレーザ4が−1/
4、−1/4、−1/4周期の位相シフトであり、第4
のレーザ5が1/4、1/4、1/4周期の位相シフト
であり、第5のレーザ6が−1/4、1/4、1/4周
期の位相シフトであり、第6のレーザ7が−1/4、1
/4、−1/4周期の位相シフトである。As shown in FIG. 1A, the six combinations of the phase shift structures are such that the first laser 2 has a period of 1/4,-/, and 1/4 with respect to the diffraction grating period. Phase shift, the second laser 3 is 1/4,-1/4, -1
/ 4 period phase shift, and the third laser 4
4, −−1, and − / phase shifts.
The laser 5 has a phase shift of 1 /, 4, 周期 cycle, the fifth laser 6 has a phase shift of 4, 4, 1 / cycle, and the sixth laser 6 has Laser 7 is-/, 1
/ 4, -−1 phase shift.
【0029】また、この6個の半導体レーザ2〜7は、
すべて両端面を無反射コーティングしてある。The six semiconductor lasers 2 to 7 are:
Both ends are anti-reflective coated.
【0030】図2は、第1の実施形態による6波長半導
体レーザアレイ装置1の発振波長の分布を示した図であ
る。即ち、各々の半導体レーザの回折格子周期はすべて
等しいにもかかわらず、位相シフト部が異なることによ
り、それぞれ異なる発振波長が得られている。また、各
々の半導体レーザの波長間隔は均等ではないが、平均
0.56ナノメートルである。FIG. 2 is a diagram showing the distribution of the oscillation wavelength of the six-wavelength semiconductor laser array device 1 according to the first embodiment. That is, despite the fact that the diffraction grating periods of the respective semiconductor lasers are all the same, different oscillation wavelengths are obtained due to the different phase shift portions. Although the wavelength intervals of the semiconductor lasers are not uniform, the average is 0.56 nm.
【0031】また、この実施形態においては、3ヵ所の
位相シフト構造で6波長の半導体レーザアレイを実現し
たが、位相シフト構造の数はこれに限られるものではな
く、さらに多数とすることもできる。また、異なる波長
のレーザ数も変更することができる。In this embodiment, a semiconductor laser array having six wavelengths is realized with three phase shift structures. However, the number of phase shift structures is not limited to this, and may be increased. . Also, the number of lasers with different wavelengths can be changed.
【0032】また、この実施形態においては、分布帰還
結合係数κLを3と設定したが、これに限られることは
なく、通常2から4が望ましい。前記結合係数κLを大
きく設定すると、半導体レーザアレイにおいて得られる
発振波長の範囲を大きくすることができる。In this embodiment, the distributed feedback coupling coefficient κL is set to 3. However, the present invention is not limited to this. When the coupling coefficient κL is set large, the range of the oscillation wavelength obtained in the semiconductor laser array can be widened.
【0033】[実施形態2]次に、本発明の第2の実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0034】図3(B)に断面図を示すレーザ16は、
本発明の第1の実施の形態と同様に、300ミクロン共
振器内の回折格子に3ヵ所の位相シフト構造が形成され
ている。図3(A)に示す通り、本発明の第2の実施の
形態である半導体レーザアレイ14において、前記3ヵ
所の位相シフト構造はそれぞれ回折格子周期に対して、
第1のレーザ15が1/4、−1/4、1/4周期の位
相シフトであり、第2のレーザ16が1/4、−1/
4、−1/5.15周期の位相シフトであり、第3のレ
ーザ17が−1/4、−1/4、−1/3.615周期
の位相シフトであり、第4のレーザ18が1/4、1/
4、1/3.615周期の位相シフトであり、第5のレ
ーザ19が−1/4、1/4、1/5.15周期の位相
シフトであり、第6のレーザ20が−1/4、1/4、
−1/4周期の位相シフトである。また、本発明の第2
の実施例による6つの半導体レーザ15〜20は、すべ
て両端面を無反射コーティングしてある。The laser 16 whose sectional view is shown in FIG.
As in the first embodiment of the present invention, three phase shift structures are formed on a diffraction grating in a 300-micron resonator. As shown in FIG. 3A, in the semiconductor laser array 14 according to the second embodiment of the present invention, the three phase shift structures each correspond to a diffraction grating period.
The first laser 15 has a phase shift of 1/4,-/, and 1/4 period, and the second laser 16 has a phase shift of 1/4, -1 /
The fourth laser 18 has a phase shift of 4, -1 / 5.15 cycles, the third laser 17 has a phase shift of -1/4,-1/4,-1 / 3.615 cycles, and the fourth laser 18 has 1/4, 1 /
The fifth laser 19 has a phase shift of-/, 4, 1 / 5.15 cycles, and the sixth laser 20 has a phase shift of 1 /, 1 / 3,615 cycles. 4, 1/4,
This is a phase shift of − cycle. Further, the second aspect of the present invention
The six semiconductor lasers 15 to 20 according to the embodiment are all coated with anti-reflection coating on both end surfaces.
【0035】図4は、本発明の第2の実施例による6波
長半導体レーザアレイ装置14の発振波長の分布を示し
た図である。即ち、各々の半導体レーザの回折格子周期
はすべて等しいにもかかわらず、位相シフト部が異なる
ことにより、それぞれ異なる発振波長が得られている。
また、各々の半導体レーザの波長間隔は均等であり、
0.56ナノメートルである。FIG. 4 is a diagram showing the distribution of the oscillation wavelength of the six-wavelength semiconductor laser array device 14 according to the second embodiment of the present invention. That is, despite the fact that the diffraction grating periods of the respective semiconductor lasers are all the same, different oscillation wavelengths are obtained due to the different phase shift portions.
Also, the wavelength spacing of each semiconductor laser is equal,
0.56 nanometer.
【0036】また、この実施形態においては、3ヵ所の
位相シフト構造で6波長の半導体レーザアレイを実現し
たが、位相シフト構造の数はこれに限られるものではな
く、さらに多数とすることもできる。また、異なる波長
のレーザ数も変更することができる。In this embodiment, a semiconductor laser array having six wavelengths is realized with three phase shift structures. However, the number of phase shift structures is not limited to this, and may be increased. . Also, the number of lasers with different wavelengths can be changed.
【0037】また、この実施形態においては、分布帰還
結合係数κLを3と設定したが、これに限られることは
なく、通常2から4が望ましい。前記結合係数κLを大
きく設定すると、半導体レーザアレイにおいて得られる
発振波長の範囲を大きくすることができる。In this embodiment, the distributed feedback coupling coefficient κL is set to 3. However, the present invention is not limited to this. When the coupling coefficient κL is set large, the range of the oscillation wavelength obtained in the semiconductor laser array can be widened.
【0038】[実施形態3]次に、本発明の第3の形態
について図面を参照して詳細に説明する。Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0039】図5に示す半導体レーザアレイ22は、本
発明の第1および第2の実施形態と同様に、300ミク
ロン共振器内の回折格子に3ヵ所の位相シフト構造が形
成された4個の半導体レーザのアレイである。前記3ヵ
所の位相シフト構造は、図5に示す通り、回折格子周期
に対して、第1のレーザ23が1/4、−1/4、1/
4周期の位相シフトであり、第2のレーザ24が1/
4、−1/4、−1/3.02周期の位相シフトであ
り、第3のレーザ25が−1/4、1/4、1/3.0
2周期の位相シフトであり、第4のレーザ26が−1/
4、1/4、−1/4周期の位相シフトである。The semiconductor laser array 22 shown in FIG. 5 has four phase shift structures formed at three locations on a diffraction grating in a 300-micron resonator, similarly to the first and second embodiments of the present invention. It is an array of semiconductor lasers. As shown in FIG. 5, the three phase shift structures are such that the first laser 23 is が, − /, 1 /
The phase shift is four periods, and the second laser 24
4, − レ ー ザ, and −1 / 3.02 phase shifts, and the third laser 25 emits −−1, 1 /, 1 / 3.0
Four cycles of phase shift, and the fourth laser 26
The phase shift is 4, 1/4,-1/4 cycle.
【0040】次に図6を用いてこの製造方法を説明す
る。Next, this manufacturing method will be described with reference to FIG.
【0041】まず図6(1)に示すように、半導体基板
13上に、回折格子形成用高解像度の第1のフォトレジ
スト27を層厚0.1ミクロンで塗布し120℃から1
50℃でベークする。First, as shown in FIG. 6A, a high-resolution first photoresist 27 for forming a diffraction grating is applied to a thickness of 0.1 μm on a semiconductor substrate 13, and the temperature is reduced from 120 ° C. to 1 μm.
Bake at 50 ° C.
【0042】次に図6(2)に示すように、第1のフォ
トレジスト27上に第2のフォトレジスト28を塗布し
90℃でベークする。Next, as shown in FIG. 6 (2), a second photoresist 28 is applied on the first photoresist 27 and baked at 90 ° C.
【0043】次に図6(3)に示すように、第2のフォ
トレジスト28の上にさらに第3のフォトレジスト29
を塗布し、90℃でベークする。第2のフォトレジスト
28および第3のフォトレジスト29の膜厚は、スネル
の法則を用いて、形成する位相シフト量に依存して決め
られる。Next, as shown in FIG. 6 (3), a third photoresist 29 is further formed on the second photoresist 28.
And baked at 90 ° C. The thicknesses of the second photoresist 28 and the third photoresist 29 are determined using Snell's law depending on the amount of phase shift to be formed.
【0044】次に図6(4)に示すように、フォトマス
クを用いて、水銀ランプにて露光し第3のフォトレジス
ト29のみをパターニングする。ここで第3のフォトレ
ジスト29は第2のフォトレジスト28よりも感度が高
いものであるため、第2のフォトレジスト28はパター
ニングされず、第3のフォトレジスト29のみがパター
ニングされる。Next, as shown in FIG. 6D, exposure is performed by a mercury lamp using a photomask, and only the third photoresist 29 is patterned. Here, since the third photoresist 29 has higher sensitivity than the second photoresist 28, the second photoresist 28 is not patterned, and only the third photoresist 29 is patterned.
【0045】次に図6(5)に示すように、第3のフォ
トレジスト29が除去されて表面が現れた第2のフォト
レジスト28を、フォトマスクを用いて、水銀ランプに
て露光する。フォトレジストの感度にあわせて、図6
(4)の工程よりも長い時間露光する。これにより第2
のフォトレジスト28がパターニングされる。これによ
り、図6(5)のように、第2のフォトレジスト28と
第3のフォトレジスト29により2段の階段状の形状が
形成される。Next, as shown in FIG. 6 (5), the second photoresist 28, the surface of which has been removed by removing the third photoresist 29, is exposed by a mercury lamp using a photomask. According to the sensitivity of photoresist,
Exposure is performed for a longer time than the step (4). This allows the second
Is patterned. As a result, as shown in FIG. 6 (5), a two-step stepped shape is formed by the second photoresist 28 and the third photoresist 29.
【0046】次に図6(6)に示すように、例えば「1
984年、オーム社刊、末松安晴編著、半導体レーザと
集積回路 443頁 図15・23」に記載されている
周知の干渉露光法により、第2のフォトレジスト28と
第3のフォトレジスト29を位相マスクとして用い、第
1のフォトレジスト27に全面に回折格子パターンを露
光する。Next, for example, as shown in FIG.
Phases of the second photoresist 28 and the third photoresist 29 are determined by the well-known interference exposure method described in “Semiconductor Lasers and Integrated Circuits,” edited by Yasuharu Suematsu, ed. Using the mask as a mask, the entire surface of the first photoresist 27 is exposed to a diffraction grating pattern.
【0047】このとき露光に用いる光の波長は、第2の
フォトレジスト28および第3のフォトレジスト29に
よって吸収されない。第2のフォトレジスト28および
第3のフォトレジスト29の段差のある部分では、位相
シフト構造を形成することができる。位相シフト量は、
それぞれのフォトレジストの膜厚で制御することができ
る。また、位相シフトの符号は露光の方向に対するフォ
トレジスト端の向きによって決まる。図6(6)のよう
に左側から干渉露光のための光を照射したときにはそれ
ぞれのフォトレジストの右端(a)の部分では符号が−
になり、フォトレジストの左端(b)の部分では+に形
成される。At this time, the wavelength of light used for exposure is not absorbed by the second photoresist 28 and the third photoresist 29. A phase shift structure can be formed in a stepped portion between the second photoresist 28 and the third photoresist 29. The phase shift amount is
It can be controlled by the thickness of each photoresist. The sign of the phase shift is determined by the orientation of the photoresist edge with respect to the direction of exposure. When light for interference exposure is irradiated from the left side as shown in FIG. 6 (6), the sign at the right end (a) of each photoresist is-.
And a + is formed at the left end (b) of the photoresist.
【0048】次に図6(7)に示すように、第2のフォ
トレジスト28と第3のフォトレジスト29を除去し、
第1のフォトレジスト27を現像し回折格子パターンを
形成する。Next, as shown in FIG. 6 (7), the second photoresist 28 and the third photoresist 29 are removed,
The first photoresist 27 is developed to form a diffraction grating pattern.
【0049】以上により、図6(8)に示すように、第
1のフォトレジスト27をマスクとして用いて基板をエ
ッチングすることで、半導体基板13上に回折格子パタ
ーン30を作製することができる。その後、例えば−1
/3.02周期の位相シフトと1/3.02周期の位相
シフトとの間で劈開等により分割して半導体レーザアレ
イを得ることができる。As described above, the diffraction grating pattern 30 can be formed on the semiconductor substrate 13 by etching the substrate using the first photoresist 27 as a mask, as shown in FIG. Then, for example, -1
The semiconductor laser array can be obtained by dividing the phase shift between the /3.02 cycle and the 1 / 3.02 cycle by cleavage or the like.
【0050】このように回折格子パターンを設けた半導
体基板上に、周知のエピタキシャル成長、および周知の
電極パターンの形成方法を用いることにより、多波長半
導体レーザアレイ装置22を製造することができる。The multi-wavelength semiconductor laser array device 22 can be manufactured by using the well-known epitaxial growth and the well-known electrode pattern forming method on the semiconductor substrate provided with the diffraction grating pattern as described above.
【0051】尚、この4個の半導体レーザ23〜26に
は、すべて両端面を無反射コーティングを施す。The four semiconductor lasers 23 to 26 are all provided with anti-reflection coating on both end surfaces.
【0052】図7は、この実施形態による4波長半導体
レーザアレイの発振波長の分布を示した図である。即
ち、各々の半導体レーザの回折格子周期はすべて等しい
にもかかわらず、位相シフト部が異なることにより、そ
れぞれ異なる発振波長が得られている。また、各々の半
導体レーザの波長間隔は均等であり、0.94ナノメー
トルである。FIG. 7 is a diagram showing the distribution of the oscillation wavelength of the four-wavelength semiconductor laser array according to this embodiment. That is, despite the fact that the diffraction grating periods of the respective semiconductor lasers are all the same, different oscillation wavelengths are obtained due to the different phase shift portions. Further, the wavelength intervals of the respective semiconductor lasers are uniform, that is, 0.94 nm.
【0053】また、この実施形態において、3ヵ所の位
相シフト構造で4波長の半導体レーザアレイを示した
が、位相シフト構造の数および異なる波長のレーザ数が
これに限定されるものでないことは前述の実施形態と同
様であり、また、分布帰還結合係数κLを3と設定した
が、通常2から4が望ましい点も同様である。Further, in this embodiment, a semiconductor laser array having four wavelengths with three phase shift structures has been described. However, it is to be noted that the number of phase shift structures and the number of lasers having different wavelengths are not limited thereto. Although the distributed feedback coupling coefficient κL is set to 3, the same applies to the case where 2 to 4 is usually desirable.
【0054】[0054]
【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザ変調時に
も波長の安定した動作が可能で、それぞれの波長を独立
に設定しうる半導体レーザを同一基板上に多数備えた多
波長分布帰還型半導体レーザアレイを提供することがで
きる。According to the present invention, a multi-wavelength distributed feedback semiconductor having a large number of semiconductor lasers on a single substrate, which can operate stably at the wavelength even when the semiconductor laser is modulated, and which can set each wavelength independently. A laser array can be provided.
【0055】また、本発明によれば各レーザ素子の回折
格子形成時の時間を短縮し、生産コストを削減でき大量
生産が可能な多波長分布帰還型半導体レーザアレイおよ
びその製造方法を提供することができる。Further, according to the present invention, it is possible to provide a multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array capable of shortening the time for forming the diffraction grating of each laser element, reducing the production cost and mass-producing, and a method of manufacturing the same. Can be.
【0056】従って、本発明の多波長分布帰還型半導体
レーザアレイを用いれば、光通信において大容量の伝送
が可能となるので、加入者の増大、通信サービスの拡大
に対応可能であり、さらにまた、加入者向けの低コスト
な光通信システムを実現できる。Therefore, if the multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array of the present invention is used, large-capacity transmission is possible in optical communication, so that it is possible to cope with an increase in subscribers and communication services. Thus, a low-cost optical communication system for subscribers can be realized.
【図1】(A)第1の実施形態の6波長半導体レーザア
レイの平面図である。 (B)第1の半導体レーザ部分の断面構造図である。FIG. 1A is a plan view of a six-wavelength semiconductor laser array according to a first embodiment. FIG. 3B is a sectional structural view of a first semiconductor laser portion.
【図2】第1の実施形態の6波長半導体レーザアレイの
発振波長の分布を示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a distribution of oscillation wavelengths of the six-wavelength semiconductor laser array according to the first embodiment.
【図3】(A)第2の実施形態の6波長半導体レーザア
レイの平面図である。 (B)第2の半導体レーザ部分の断面構造図である。FIG. 3A is a plan view of a six-wavelength semiconductor laser array according to a second embodiment. FIG. 3B is a sectional structural view of a second semiconductor laser portion.
【図4】第2の実施形態の6波長半導体レーザアレイの
発振波長の分布を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a distribution of oscillation wavelengths of a six-wavelength semiconductor laser array according to a second embodiment.
【図5】第3の実施形態の4波長半導体レーザアレイの
平面図である。FIG. 5 is a plan view of a four-wavelength semiconductor laser array according to a third embodiment.
【図6】第3の実施形態の製造方法を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing method according to a third embodiment.
【図7】第3の実施形態による4波長半導体レーザアレ
イの発振波長の分布を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a distribution of oscillation wavelengths of a four-wavelength semiconductor laser array according to a third embodiment.
【図8】従来例であるλ/4位相シフト型分布帰還型半
導体レーザの構造図である。FIG. 8 is a structural diagram of a conventional λ / 4 phase shift distributed feedback semiconductor laser.
1 多波長半導体レーザアレイ 2 第1のレーザ 3 第2のレーザ 4 第3のレーザ 5 第4のレーザ 6 第5のレーザ 7 第6のレーザ 8 キャップ層 9 第2のクラッド層 10 活性層 11 第1のクラッド層 12 回折格子 13 半導体基板 14 多波長半導体レーザアレイ 15 第1のレーザ 16 第2のレーザ 17 第3のレーザ 18 第4のレーザ 19 第5のレーザ 20 第6のレーザ 21 回折格子 22 多波長半導体レーザアレイ 23 第1のレーザ 24 第2のレーザ 25 第3のレーザ 26 第4のレーザ 27 第1のフォトレジスト 28 第2のフォトレジスト 29 第3のフォトレジスト 30 回折格子 31 回折格子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi-wavelength semiconductor laser array 2 1st laser 3 2nd laser 4 3rd laser 5 4th laser 6 5th laser 7 6th laser 8 Cap layer 9 2nd cladding layer 10 Active layer 11th 1 clad layer 12 diffraction grating 13 semiconductor substrate 14 multi-wavelength semiconductor laser array 15 first laser 16 second laser 17 third laser 18 fourth laser 19 fifth laser 20 sixth laser 21 diffraction grating 22 Multi-wavelength semiconductor laser array 23 First laser 24 Second laser 25 Third laser 26 Fourth laser 27 First photoresist 28 Second photoresist 29 Third photoresist 30 Diffraction grating 31 Diffraction grating
Claims (4)
体レーザ素子を並べて配列した分布帰還型半導体レーザ
アレイにおいて、 前記各レーザ素子の回折格子周期を同一とし、前記各レ
ーザ素子の共振器内の複数箇所に、位相シフト量を各レ
ーザ素子ごとに独立に設定した回折格子の位相シフト構
造を設けることで、各レーザ素子の発振波長を独立に設
定することを特徴とする多波長分布帰還型半導体レーザ
アレイ。1. A distributed feedback semiconductor laser array in which a plurality of distributed feedback semiconductor laser elements are arranged and arranged on a semiconductor substrate, wherein each of the laser elements has the same diffraction grating period, and a cavity of each of the laser elements is provided. A multi-wavelength distribution feedback type characterized in that the oscillation wavelength of each laser element is set independently by providing a diffraction grating phase shift structure in which the amount of phase shift is set independently for each laser element at a plurality of locations. Semiconductor laser array.
各レーザ素子の共振器の長さをほぼ等間隔に分割する位
置に配置し、位相シフト量をその絶対値がそれぞれ等し
くなるように設定したことを特徴とする請求項1記載の
多波長分布帰還型半導体レーザアレイ。2. A phase shift structure of each of the laser elements,
2. The multi-wavelength distribution feedback according to claim 1, wherein the resonators of the respective laser elements are arranged at positions where the lengths thereof are divided at substantially equal intervals, and the phase shift amounts are set so that their absolute values are equal to each other. Semiconductor laser array.
/4または−1/4周期とすることを特徴とする請求項
2記載の多波長分布帰還型半導体レーザアレイ。3. The method according to claim 1, wherein the amount of phase shift is one of the diffraction grating periods.
3. The multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array according to claim 2, wherein the cycle is / 4 or-/.
と、 この第1のフォトレジスト上に第1のフォトレジストと
は異なる第2のフォトレジストを塗布する工程と、 この第2のフォトレジスト上に、さらに第1、第2のフ
ォトレジストとは異なる第3のフォトレジストを塗布す
る工程と、 この第3のフォトレジストをリソグラフィーにより所定
形状にパターニングする工程と、 この第3のフォトレジストが除去されて表面が現れた部
分の第2のフォトレジストをリソグラフィーによりパタ
ーニングすることにより第2、第3のフォトレジストに
より階段状の2段の段差を形成する工程と、 前記工程で加工した第2、第3のフォトレジストを位相
マスクとして用いて、第1のフォトレジストに光干渉露
光法により全面に回折格子パターンを露光する工程と、 前記第2、第3のフォトレジストを除去し、次に第1の
フォトレジストを現像することにより第1のフォトレジ
ストを回折格子パターン状に形成する工程と、 この第1のフォトレジストの回折格子パターンをマスク
として用いて、基板をエッチングし、所定位置に所定の
位相シフト構造を有する回折格子を形成する工程とを有
する多波長分布帰還型半導体レーザアレイの製造方法。4. A step of applying a first photoresist for forming a diffraction grating on a semiconductor substrate, and applying a second photoresist different from the first photoresist on the first photoresist. A step of applying a third photoresist different from the first and second photoresists on the second photoresist, and a step of patterning the third photoresist into a predetermined shape by lithography. Forming a two-step step by the second and third photoresists by patterning the second photoresist in a portion where the surface has appeared by removing the third photoresist by lithography. Using the second and third photoresists processed in the above process as a phase mask, and applying an optical interference exposure method to the first photoresist. Exposing the entire surface to a diffraction grating pattern, removing the second and third photoresists, and then developing the first photoresist to form a first photoresist in a diffraction grating pattern shape. A multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser comprising: a step of etching a substrate using the diffraction grating pattern of the first photoresist as a mask to form a diffraction grating having a predetermined phase shift structure at a predetermined position. Array manufacturing method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10275998A JP2965023B2 (en) | 1997-04-15 | 1998-04-14 | Multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
JP9-97201 | 1997-04-15 | ||
JP9720197 | 1997-04-15 | ||
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH114043A JPH114043A (en) | 1999-01-06 |
JP2965023B2 true JP2965023B2 (en) | 1999-10-18 |
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ID=26438387
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP10275998A Expired - Lifetime JP2965023B2 (en) | 1997-04-15 | 1998-04-14 | Multi-wavelength distributed feedback semiconductor laser array and method of manufacturing the same |
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-
1998
- 1998-04-14 JP JP10275998A patent/JP2965023B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
応用物理学会 編、伊賀健一 編著「半導体レーザ」(平成6年)オーム社 p.259−282(特に図12.10(d)および図12.11(g)) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH114043A (en) | 1999-01-06 |
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