JPH0529705A - 半導体分布帰還型レーザ装置 - Google Patents
半導体分布帰還型レーザ装置Info
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- JPH0529705A JPH0529705A JP18120991A JP18120991A JPH0529705A JP H0529705 A JPH0529705 A JP H0529705A JP 18120991 A JP18120991 A JP 18120991A JP 18120991 A JP18120991 A JP 18120991A JP H0529705 A JPH0529705 A JP H0529705A
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- JP
- Japan
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- refractive index
- layer
- light absorption
- light
- distributed feedback
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- Pending
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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
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 利得結合により分布帰還を用いた半導体分布
帰還型レーザ装置において、屈折率結合成分を容易に除
去できる構造を提供する。 【構成】 屈折率の異なる層５、７の組み合わせによ
り、光吸収層６の膜厚によって生じる屈折率の周期的変
化を打ち消す。
帰還型レーザ装置において、屈折率結合成分を容易に除
去できる構造を提供する。 【構成】 屈折率の異なる層５、７の組み合わせによ
り、光吸収層６の膜厚によって生じる屈折率の周期的変
化を打ち消す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は利得結合による分布帰還
を用いた半導体分布帰還型レーザ（ＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ、Gain-Coupled Distributed-Feedback Laser Diode)
に関する。
を用いた半導体分布帰還型レーザ（ＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ、Gain-Coupled Distributed-Feedback Laser Diode)
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤは、単一縦モード性
が良好なこと、戻り光誘起雑音に強いことなどの様々な
優れた特徴をもっている。利得結合を実現した構造の例
としては、本出願の一部の発明者による以下の文献に示
されたものがある。 〔文献１〕羅、中野、多田、第20回インターナショナル
・コンファレンス・オン・ソリッド・ステート・デバイ
セズ・アンド・マテリアルズのエクステンディド・アブ
ストラクツ第327 頁から第330 頁(Y.Luo, Y.Nakano, an
d K.Tada, "Fabrication and Characteristics of a
Gain-Coupled Distributed-Feedback Laser Diode",
Extended Abstracts ofthe 20th (1988 International)
Conference on the Solid State Devices andMaterial
s,Tokyo, pp.327-330) 〔文献２〕羅、中野、多田、井上、細松、岩岡、「ピュ
アリイ・ゲインカップルド・ディストリビューティッド
・フィードバック・セミコンダクター・レーザーズ」、
アプライド・フィジクス・レターズ第56巻第17号1990年
４月23日(Y.Luo, Y.Nakano, K.Tada, T.Inoue, H.Hosom
atsu and H.Iwaoka, "Purelygain-coupled distribute
d feedback semiconductor lasers", Appl.Phys.Lett.5
6(17), 23 April 1990, pp.1620-1622)
が良好なこと、戻り光誘起雑音に強いことなどの様々な
優れた特徴をもっている。利得結合を実現した構造の例
としては、本出願の一部の発明者による以下の文献に示
されたものがある。 〔文献１〕羅、中野、多田、第20回インターナショナル
・コンファレンス・オン・ソリッド・ステート・デバイ
セズ・アンド・マテリアルズのエクステンディド・アブ
ストラクツ第327 頁から第330 頁(Y.Luo, Y.Nakano, an
d K.Tada, "Fabrication and Characteristics of a
Gain-Coupled Distributed-Feedback Laser Diode",
Extended Abstracts ofthe 20th (1988 International)
Conference on the Solid State Devices andMaterial
s,Tokyo, pp.327-330) 〔文献２〕羅、中野、多田、井上、細松、岩岡、「ピュ
アリイ・ゲインカップルド・ディストリビューティッド
・フィードバック・セミコンダクター・レーザーズ」、
アプライド・フィジクス・レターズ第56巻第17号1990年
４月23日(Y.Luo, Y.Nakano, K.Tada, T.Inoue, H.Hosom
atsu and H.Iwaoka, "Purelygain-coupled distribute
d feedback semiconductor lasers", Appl.Phys.Lett.5
6(17), 23 April 1990, pp.1620-1622)
【０００３】文献１には周期的な光吸収層を活性層近傍
に設けた構造が示され、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの利点が説
明されている。しかし、この構造は屈折率結合成分を消
去するようにはなっていないため、利得結合と屈折率結
合とが混在することになる。このため、利得結合の本来
の性能を生かしきれないと考えられる。
に設けた構造が示され、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの利点が説
明されている。しかし、この構造は屈折率結合成分を消
去するようにはなっていないため、利得結合と屈折率結
合とが混在することになる。このため、利得結合の本来
の性能を生かしきれないと考えられる。
【０００４】文献２に示された構造では、活性層の厚さ
を周期的に変化させて利得結合成分を与えているが、活
性層の凹凸形状によって生じる屈折率の摂動を、位相が
逆の凹凸形状を近傍に設けることによって相殺してい
る。このように、屈折率結合成分を実質的に含まないＧ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤを以下「真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ」と
いう。
を周期的に変化させて利得結合成分を与えているが、活
性層の凹凸形状によって生じる屈折率の摂動を、位相が
逆の凹凸形状を近傍に設けることによって相殺してい
る。このように、屈折率結合成分を実質的に含まないＧ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤを以下「真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ」と
いう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、活性層からの
キャリアのオーバーフローを抑制する必要があるため、
活性層を挟む層には、活性層に比べてバンドギャップが
十分に広い材料を使用しなければならない。このような
材料は屈折率も低く、二つの凹凸形状の歯の高さなどの
形状が少し変化しただけでも、屈折率摂動の大きさが大
きく変化してしまう。したがって、屈折率の摂動をうま
く相殺するためには、高い加工精度が要求される。
キャリアのオーバーフローを抑制する必要があるため、
活性層を挟む層には、活性層に比べてバンドギャップが
十分に広い材料を使用しなければならない。このような
材料は屈折率も低く、二つの凹凸形状の歯の高さなどの
形状が少し変化しただけでも、屈折率摂動の大きさが大
きく変化してしまう。したがって、屈折率の摂動をうま
く相殺するためには、高い加工精度が要求される。
【０００６】これまでに実現されてきたＧａＡｓ系のＧ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤでは、回折格子の作製が比較的再現性
良くできることや、ＡｌＧａＡｓでの成長形状の再現性
も比較的良好であるため、加工精度の要求はあまり問題
にならなかった。しかし、ＧａＡｓ系でもさらに完全に
屈折率結合成分を除去しようとする場合や、屈折率の摂
動を相殺するための加工精度に難がある材料系の場合に
は、徹底したプロセス管理が必要となる。
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤでは、回折格子の作製が比較的再現性
良くできることや、ＡｌＧａＡｓでの成長形状の再現性
も比較的良好であるため、加工精度の要求はあまり問題
にならなかった。しかし、ＧａＡｓ系でもさらに完全に
屈折率結合成分を除去しようとする場合や、屈折率の摂
動を相殺するための加工精度に難がある材料系の場合に
は、徹底したプロセス管理が必要となる。
【０００７】本発明は、以上の課題を解決し、屈折率結
合成分を容易に相殺できるような構造の半導体分布帰還
型レーザ装置を提供することを目的とする。
合成分を容易に相殺できるような構造の半導体分布帰還
型レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体分布帰還
型レーザ装置は、誘導放射光を発生する活性層を備え、
この活性層の近傍にはこの活性層が発生した誘導放射光
を吸収する材料により形成された光吸収層を備え、この
光吸収層には、活性層が発生した誘導放射光に光分布帰
還を施す周期の膜厚変化が設けられた半導体分布帰還型
レーザ装置において、屈折率の異なる層の組み合わせに
より光吸収層の膜厚の変化によって生じる屈折率の周期
的変化を打ち消す層構造を備えたことを特徴とする。
型レーザ装置は、誘導放射光を発生する活性層を備え、
この活性層の近傍にはこの活性層が発生した誘導放射光
を吸収する材料により形成された光吸収層を備え、この
光吸収層には、活性層が発生した誘導放射光に光分布帰
還を施す周期の膜厚変化が設けられた半導体分布帰還型
レーザ装置において、屈折率の異なる層の組み合わせに
より光吸収層の膜厚の変化によって生じる屈折率の周期
的変化を打ち消す層構造を備えたことを特徴とする。
【０００９】屈折率の周期的変化を打ち消す層構造は、
光吸収層の膜厚の周期と同位相で膜厚が変化し屈折率が
光吸収層より低い低屈折率層と、光吸収層の膜厚の周期
とは逆位相で膜厚が変化し屈折率が光吸収層と低屈折率
層との間の値の中間屈折率層とを含むことが望ましい。
この場合に、光吸収層と低屈折率層とが互いに接して、
または近接して配置されることが望ましい。中間屈折率
層については、光吸収層を挟んで低屈折率層と反対側に
配置してもよく、低屈折率層を挟んで光吸収層と反対側
に配置してもよい。
光吸収層の膜厚の周期と同位相で膜厚が変化し屈折率が
光吸収層より低い低屈折率層と、光吸収層の膜厚の周期
とは逆位相で膜厚が変化し屈折率が光吸収層と低屈折率
層との間の値の中間屈折率層とを含むことが望ましい。
この場合に、光吸収層と低屈折率層とが互いに接して、
または近接して配置されることが望ましい。中間屈折率
層については、光吸収層を挟んで低屈折率層と反対側に
配置してもよく、低屈折率層を挟んで光吸収層と反対側
に配置してもよい。
【００１０】光吸収による損失を余分に増加させないた
めには、光吸収層の薄い部分をできるだけ薄くすること
が望ましい。さらには、光吸収層が分断された形状とな
り、厚い部分、すなわち光吸収層の存在する部分が、定
在波の節の部分にのみ集中することが望ましい。
めには、光吸収層の薄い部分をできるだけ薄くすること
が望ましい。さらには、光吸収層が分断された形状とな
り、厚い部分、すなわち光吸収層の存在する部分が、定
在波の節の部分にのみ集中することが望ましい。
【００１１】
【作用】活性層の近傍に光吸収層を設け、この光吸収層
の形状を回折格子の周期で膜厚を変化させた凹凸形状ま
たは周期的に切断された形状にし、吸収量の周期的変化
に基づく光分布帰還を行う。光吸収層の膜厚変化による
屈折率の摂動については、屈折率の異なる層を組み合わ
せて打ち消す。これにより屈折率結合成分が除去され、
実質的に、吸収量の変化すわなち実効的な利得の変化の
みによって光分布帰還が生じる。
の形状を回折格子の周期で膜厚を変化させた凹凸形状ま
たは周期的に切断された形状にし、吸収量の周期的変化
に基づく光分布帰還を行う。光吸収層の膜厚変化による
屈折率の摂動については、屈折率の異なる層を組み合わ
せて打ち消す。これにより屈折率結合成分が除去され、
実質的に、吸収量の変化すわなち実効的な利得の変化の
みによって光分布帰還が生じる。
【００１２】本願発明者らは、活性層に凹凸形状を設
け、その各頂部に低屈折率層を設け、凹凸形状に接して
活性層と低屈折率層の中間の屈折率層を設けた構造につ
いて発明し、既に特許出願した。その出願の出願日は平
成２年１０月１９日であり、その出願番号は特願平２−
２８２６９９である。この先の出願では、活性層の厚み
に周期的な変化を設けた場合に、屈折率の組み合わせに
より屈折率の摂動を相殺していた。これに対して本発明
は、活性層ではなく光吸収層の厚みに周期的な変化を設
けて等価的に利得に変化を設ける場合の構造である。
け、その各頂部に低屈折率層を設け、凹凸形状に接して
活性層と低屈折率層の中間の屈折率層を設けた構造につ
いて発明し、既に特許出願した。その出願の出願日は平
成２年１０月１９日であり、その出願番号は特願平２−
２８２６９９である。この先の出願では、活性層の厚み
に周期的な変化を設けた場合に、屈折率の組み合わせに
より屈折率の摂動を相殺していた。これに対して本発明
は、活性層ではなく光吸収層の厚みに周期的な変化を設
けて等価的に利得に変化を設ける場合の構造である。
【００１３】屈折率の摂動を打ち消すための屈折率の組
み合わせは、回折格子の結合係数κの実部が屈折率結合
成分を表すことから、その値が相殺されるように選択さ
れる。結合係数κは、回折格子の面に垂直な方向をｘ、
光伝搬方向をｚとして、 κ＝（ｋ0 2／２β0Ｐ）∫Ａq(x)ε0(x)ε0 *(x)dx ｋ0 ：自由空間の波数 β0 ：ｚ方向の伝搬定数 Ａq ：屈折率の自乗をｚ方向についてフーリエ展開した
ときのｑ次成分 ε0 ：電界振幅 Ｐ ：｛ε0(x) ε0 *(x)｝をｘ方向に積分した定数 で与えられる。１次回折格子の場合にはフーリエ展開の
係数Ａq(x)の符号は一定であるが、高次の回折格子で
は、一周期内の幅すなわちデューティによって、符号が
反転することがある。この式はフーリエ展開を用いて結
合係数を求めるもので、 〔文献３〕ストレイファー他、IEEEジャーナル・オブ・
クウォンタム・エレクトロニクス第QE-13 巻第134 頁、
1977年(W.Streifer et al., IEEE J.Quantum Electroni
cs QE-13, p.134, 1977)に示されている。
み合わせは、回折格子の結合係数κの実部が屈折率結合
成分を表すことから、その値が相殺されるように選択さ
れる。結合係数κは、回折格子の面に垂直な方向をｘ、
光伝搬方向をｚとして、 κ＝（ｋ0 2／２β0Ｐ）∫Ａq(x)ε0(x)ε0 *(x)dx ｋ0 ：自由空間の波数 β0 ：ｚ方向の伝搬定数 Ａq ：屈折率の自乗をｚ方向についてフーリエ展開した
ときのｑ次成分 ε0 ：電界振幅 Ｐ ：｛ε0(x) ε0 *(x)｝をｘ方向に積分した定数 で与えられる。１次回折格子の場合にはフーリエ展開の
係数Ａq(x)の符号は一定であるが、高次の回折格子で
は、一周期内の幅すなわちデューティによって、符号が
反転することがある。この式はフーリエ展開を用いて結
合係数を求めるもので、 〔文献３〕ストレイファー他、IEEEジャーナル・オブ・
クウォンタム・エレクトロニクス第QE-13 巻第134 頁、
1977年(W.Streifer et al., IEEE J.Quantum Electroni
cs QE-13, p.134, 1977)に示されている。
【００１４】これを実際の形状でのｚ方向の屈折率変化
として説明すると、屈折率結合成分を相殺するには、電
界強度の重みがかかることを考慮したうえで、(1) 光吸
収層と中間屈折率層とによって生じる屈折率の周期的変
化と、低屈折率層と中間屈折率層とによって生じる屈折
率の周期的変化とが互いに打ち消しあうように、また
は、(2) 光吸収層と低屈折率層とによって生じる屈折率
の周期的変化と、低屈折率層と中間屈折率層とによって
生じる屈折率の周期的変化とが互いに打ち消しあうよう
に光吸収層、中間屈折率層および低屈折率層の屈折率、
膜厚およびデューティを設定すればよい。
として説明すると、屈折率結合成分を相殺するには、電
界強度の重みがかかることを考慮したうえで、(1) 光吸
収層と中間屈折率層とによって生じる屈折率の周期的変
化と、低屈折率層と中間屈折率層とによって生じる屈折
率の周期的変化とが互いに打ち消しあうように、また
は、(2) 光吸収層と低屈折率層とによって生じる屈折率
の周期的変化と、低屈折率層と中間屈折率層とによって
生じる屈折率の周期的変化とが互いに打ち消しあうよう
に光吸収層、中間屈折率層および低屈折率層の屈折率、
膜厚およびデューティを設定すればよい。
【００１５】高次の回折格子を用いる場合には、この他
に、上記の屈折率の周期的変化の互いの位相をずらし
て、(3) 光吸収層と中間屈折率層とによって生じる屈折
率の周期的変化と、中間屈折率層と低屈折率層とによっ
て生じる屈折率の周期的変化とが互いに打ち消しあうよ
うに、または、(4) 光吸収層と低屈折率層とによって生
じる屈折率の周期的変化と、中間屈折率層と低屈折率層
とによって生じる屈折率の周期的変化とが互いに打ち消
しあうように光吸収層、中間屈折率層および低屈折率層
の屈折率、膜厚およびデューティを設定することもでき
る。
に、上記の屈折率の周期的変化の互いの位相をずらし
て、(3) 光吸収層と中間屈折率層とによって生じる屈折
率の周期的変化と、中間屈折率層と低屈折率層とによっ
て生じる屈折率の周期的変化とが互いに打ち消しあうよ
うに、または、(4) 光吸収層と低屈折率層とによって生
じる屈折率の周期的変化と、中間屈折率層と低屈折率層
とによって生じる屈折率の周期的変化とが互いに打ち消
しあうように光吸収層、中間屈折率層および低屈折率層
の屈折率、膜厚およびデューティを設定することもでき
る。
【００１６】ここで、結合係数の虚部すなわち利得結合
係数は、光吸収層の吸収により発生するので相殺される
ことはない。したがって、実質的に利得結合のみによる
光分布帰還が行われる。
係数は、光吸収層の吸収により発生するので相殺される
ことはない。したがって、実質的に利得結合のみによる
光分布帰還が行われる。
【００１７】
【実施例】図１は本発明第一実施例の半導体分布帰還型
レーザ装置の構造を示す斜視図であり、図２はストライ
プに沿った断面図である。以下の説明において、「上」
とは基板からの結晶成長の方向をいう。
レーザ装置の構造を示す斜視図であり、図２はストライ
プに沿った断面図である。以下の説明において、「上」
とは基板からの結晶成長の方向をいう。
【００１８】基板１上にはクラッド層２を備え、このク
ラッド２上には誘導放射光を発生する活性層３を備え
る。活性層３の上にはキャリア閉じ込め層４を備え、さ
らにその上には、低屈折率層５、光吸収層６および中間
屈折率層７を備える。中間屈折率層７の上にはクラッド
層８を備え、さらにその上にはコンタクト層９を備え
る。基板１の裏面には電極１０が接続され、コンタクト
層９の上面には絶縁層１２に設けられたストライプ状の
窓を通して電極１１が接続される。
ラッド２上には誘導放射光を発生する活性層３を備え
る。活性層３の上にはキャリア閉じ込め層４を備え、さ
らにその上には、低屈折率層５、光吸収層６および中間
屈折率層７を備える。中間屈折率層７の上にはクラッド
層８を備え、さらにその上にはコンタクト層９を備え
る。基板１の裏面には電極１０が接続され、コンタクト
層９の上面には絶縁層１２に設けられたストライプ状の
窓を通して電極１１が接続される。
【００１９】低屈折率層５の上面には周期的な凹凸形状
が設けられ、その凸部に光吸収層６が配置される。この
構造は、低屈折率層５と光吸収層６とをそれぞれ平坦に
エピタキシャル成長させた後に、光吸収層６が分断され
るようにエッチングすることにより得られる。また、結
晶面を制御しながら低屈折率層５および光吸収層６を成
長させることによっても得られる。中間屈折率層７は、
分断された形状の光吸収層６を埋め込むように形成され
る。光吸収層６が周期的に分断された形状であるため、
この周期で吸収量が変化し、光分布帰還を実現できる。
が設けられ、その凸部に光吸収層６が配置される。この
構造は、低屈折率層５と光吸収層６とをそれぞれ平坦に
エピタキシャル成長させた後に、光吸収層６が分断され
るようにエッチングすることにより得られる。また、結
晶面を制御しながら低屈折率層５および光吸収層６を成
長させることによっても得られる。中間屈折率層７は、
分断された形状の光吸収層６を埋め込むように形成され
る。光吸収層６が周期的に分断された形状であるため、
この周期で吸収量が変化し、光分布帰還を実現できる。
【００２０】低屈折率層５と中間屈折率層７とは、異な
る屈折率の組み合わせにより光吸収層６の膜厚の変化に
よって生じる屈折率の周期的変化を打ち消すように設定
される。すなわち、低屈折率層５および中間屈折率層７
のそれぞれの屈折率および膜厚は、光吸収層６の屈折率
および膜厚との関係により、光吸収層６と中間屈折率層
７とによって生じる屈折率の周期的変化と、低屈折率層
５と中間屈折率層７とによって生じる屈折率の周期的変
化とが互いに打ち消しあうように設定される。
る屈折率の組み合わせにより光吸収層６の膜厚の変化に
よって生じる屈折率の周期的変化を打ち消すように設定
される。すなわち、低屈折率層５および中間屈折率層７
のそれぞれの屈折率および膜厚は、光吸収層６の屈折率
および膜厚との関係により、光吸収層６と中間屈折率層
７とによって生じる屈折率の周期的変化と、低屈折率層
５と中間屈折率層７とによって生じる屈折率の周期的変
化とが互いに打ち消しあうように設定される。
【００２１】光吸収層６と中間屈折率層７とが同一面内
に交互に配置されている部分、すなわち図２のＡ−Ａで
示した部分と、中間屈折率層７と低屈折率層５とが同一
面内に交互に配置された部分、すなわち、Ｂ−Ｂで示し
た部分とでは、屈折率が、 Ａ−Ａ：中−高−中−高−中− Ｂ−Ｂ：中−低−中−低−中− のように変化する。屈折率が高いのは光吸収層６の部分
である。したがって、互いの屈折率変化は打ち消され
る。この正確な相殺条件は、ストレイファーらの計算方
法により結合係数を計算することによって求められる。
したがって、吸収量、すなわち利得の大きさの変化によ
る光分布帰還を実現できる。
に交互に配置されている部分、すなわち図２のＡ−Ａで
示した部分と、中間屈折率層７と低屈折率層５とが同一
面内に交互に配置された部分、すなわち、Ｂ−Ｂで示し
た部分とでは、屈折率が、 Ａ−Ａ：中−高−中−高−中− Ｂ−Ｂ：中−低−中−低−中− のように変化する。屈折率が高いのは光吸収層６の部分
である。したがって、互いの屈折率変化は打ち消され
る。この正確な相殺条件は、ストレイファーらの計算方
法により結合係数を計算することによって求められる。
したがって、吸収量、すなわち利得の大きさの変化によ
る光分布帰還を実現できる。
【００２２】低屈折率層５および中間屈折率層７は、光
吸収量が十分に小さく、なおかつ光吸収層６に近い屈折
率となる組成を選ぶことが望ましい。ＩｎＰ系を例にし
て、導電型と組成の一例を以下に示す。 基板１ ：ｎ+ −ＩｎＰ クラッド層２ ：ｎ−ＩｎＰ 活性層３ ：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.3 μm)
とＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓとの多重量子井戸構造（等価的
なλg ＝1.55μm) キャリア閉じ込め層４：ｐ−ＩｎＰ 低屈折率層５ ：ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.3 μm) 光吸収層６ ：ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.55μm) 中間屈折率層７：ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.4 μm) クラッド層８ ：ｐ−ＩｎＰ コンタクト層９：ｐ+ −Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ ただし、λg は禁制帯幅に対応する光の波長であり、四
元混晶はＩｎＰに格子整合している。
吸収量が十分に小さく、なおかつ光吸収層６に近い屈折
率となる組成を選ぶことが望ましい。ＩｎＰ系を例にし
て、導電型と組成の一例を以下に示す。 基板１ ：ｎ+ −ＩｎＰ クラッド層２ ：ｎ−ＩｎＰ 活性層３ ：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.3 μm)
とＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓとの多重量子井戸構造（等価的
なλg ＝1.55μm) キャリア閉じ込め層４：ｐ−ＩｎＰ 低屈折率層５ ：ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.3 μm) 光吸収層６ ：ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.55μm) 中間屈折率層７：ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.4 μm) クラッド層８ ：ｐ−ＩｎＰ コンタクト層９：ｐ+ −Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ ただし、λg は禁制帯幅に対応する光の波長であり、四
元混晶はＩｎＰに格子整合している。
【００２３】活性層３または光吸収層６として、単一あ
るいは多重量子井戸を用いることもできる。また、混晶
を用いることもできる。さらに、光吸収層６と低屈折率
層５との位置を逆にしてもよい。
るいは多重量子井戸を用いることもできる。また、混晶
を用いることもできる。さらに、光吸収層６と低屈折率
層５との位置を逆にしてもよい。
【００２４】図３は本発明の第二実施例の構造をストラ
イプに沿って示す断面図である。
イプに沿って示す断面図である。
【００２５】この実施例は、低屈折率層５、光吸収層６
および中間屈折率層７の位置関係およびその形状が第一
実施例と異なる。すなわち、キャリア閉じ込め層４の上
には中間屈折率層７が設けられ、その上面は周期的な凹
凸形状に形成される。中間屈折率層７の上には、その凹
凸形状の影響を残すように低屈折率層５が形成され、さ
らにその上には、凹凸形状が実質的になくなるように光
吸収層６が形成される。すなわち、光吸収層６には周期
的な厚みの変化が設けられる。
および中間屈折率層７の位置関係およびその形状が第一
実施例と異なる。すなわち、キャリア閉じ込め層４の上
には中間屈折率層７が設けられ、その上面は周期的な凹
凸形状に形成される。中間屈折率層７の上には、その凹
凸形状の影響を残すように低屈折率層５が形成され、さ
らにその上には、凹凸形状が実質的になくなるように光
吸収層６が形成される。すなわち、光吸収層６には周期
的な厚みの変化が設けられる。
【００２６】光吸収層６と低屈折率層５とが同一面内に
交互に配置されている部分、すなわち図３のＡ−Ａで示
した部分と、低屈折率層５と中間屈折率層７とが同一面
内に交互に配置された部分、すなわち、Ｂ−Ｂで示した
部分とでは、屈折率が、 Ａ−Ａ：高−低−高−低−高− Ｂ−Ｂ：低−中−低−中−低− のように変化する。したがって、これらの屈折率変化は
打ち消される。また、上下の凹凸形状が互いに食い込ん
で、 −高−低−中−低−高−低−中−低−高− のような部分が生じてもよく、結合係数の計算を同様に
行うことができる。
交互に配置されている部分、すなわち図３のＡ−Ａで示
した部分と、低屈折率層５と中間屈折率層７とが同一面
内に交互に配置された部分、すなわち、Ｂ−Ｂで示した
部分とでは、屈折率が、 Ａ−Ａ：高−低−高−低−高− Ｂ−Ｂ：低−中−低−中−低− のように変化する。したがって、これらの屈折率変化は
打ち消される。また、上下の凹凸形状が互いに食い込ん
で、 −高−低−中−低−高−低−中−低−高− のような部分が生じてもよく、結合係数の計算を同様に
行うことができる。
【００２７】この実施例の各層の導電型および組成とし
ては、上述したものを同様に利用できる。
ては、上述したものを同様に利用できる。
【００２８】図４は本発明の第三実施例の構造をストラ
イプに沿って示す断面図である。この実施例は、光吸収
層６と低屈折率層５とを入れ替えたことが第二実施例と
異なる。動作は第二実施例と同等である。
イプに沿って示す断面図である。この実施例は、光吸収
層６と低屈折率層５とを入れ替えたことが第二実施例と
異なる。動作は第二実施例と同等である。
【００２９】図５は本発明の第四実施例の構造をストラ
イプに沿って示す断面図である。
イプに沿って示す断面図である。
【００３０】この実施例は、低屈折率層５、光吸収層６
および中間屈折率層７からなる部分の位置と、活性層３
の位置とが入れ替えられたことが第一実施例と異なる。
すなわち、クラッド層２の上に低屈折率層５、光吸収層
６および中間屈折率層７が設けられ、その上に、キャリ
ア閉じ込め層４を介して活性層３が設けられる。ただし
この構造では、一部の層の導電型が第一実施例と逆にな
る。導電型および組成の一例を以下に示す。 基板１ ：ｎ+ −ＩｎＰ クラッド層２ ：ｎ−ＩｎＰ 低屈折率層５ ：ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.3 μm) 光吸収層６ ：ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.55μm) 中間屈折率層７：ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.4 μm) キャリア閉じ込め層４：ｎ−ＩｎＰ 活性層３ ：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.3 μm)
とＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓとの多重量子井戸構造（等価的
なλg ＝1.55μm) クラッド層８ ：ｐ−ＩｎＰ コンタクト層９：ｐ+ −Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ ただし、λg は禁制帯幅に対応する光の波長であり、四
元混晶はＩｎＰに格子整合している。
および中間屈折率層７からなる部分の位置と、活性層３
の位置とが入れ替えられたことが第一実施例と異なる。
すなわち、クラッド層２の上に低屈折率層５、光吸収層
６および中間屈折率層７が設けられ、その上に、キャリ
ア閉じ込め層４を介して活性層３が設けられる。ただし
この構造では、一部の層の導電型が第一実施例と逆にな
る。導電型および組成の一例を以下に示す。 基板１ ：ｎ+ −ＩｎＰ クラッド層２ ：ｎ−ＩｎＰ 低屈折率層５ ：ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.3 μm) 光吸収層６ ：ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.55μm) 中間屈折率層７：ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.4 μm) キャリア閉じ込め層４：ｎ−ＩｎＰ 活性層３ ：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝1.3 μm)
とＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓとの多重量子井戸構造（等価的
なλg ＝1.55μm) クラッド層８ ：ｐ−ＩｎＰ コンタクト層９：ｐ+ −Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ ただし、λg は禁制帯幅に対応する光の波長であり、四
元混晶はＩｎＰに格子整合している。
【００３１】第二実施例および第三実施例に対しても同
様に、低屈折率層５、光吸収層６および中間屈折率層７
からなる部分の位置と、活性層３の位置とを入れ替える
ことができる。
様に、低屈折率層５、光吸収層６および中間屈折率層７
からなる部分の位置と、活性層３の位置とを入れ替える
ことができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体分
布帰還型レーザ装置は、吸収量の摂動、すなわち実効的
な利得の周期的変化に基づく光分布帰還により、利得結
合による光分布帰還を実現できる。したがって、従来の
光吸収層を付加しただけの構造に比べて屈折率結合成分
を小さくでき、モード利得差を大きくできるなど、特性
の改善を期待できる。
布帰還型レーザ装置は、吸収量の摂動、すなわち実効的
な利得の周期的変化に基づく光分布帰還により、利得結
合による光分布帰還を実現できる。したがって、従来の
光吸収層を付加しただけの構造に比べて屈折率結合成分
を小さくでき、モード利得差を大きくできるなど、特性
の改善を期待できる。
【００３３】また、従来例の文献２および先の出願の特
願平２−２８２６９９に示されたような構造、すなわ
ち、活性層厚を周期的に変化させ、かつ近傍の形状の工
夫により屈折率結合成分を相殺させた構造と比較して
も、以下の点で製造が容易になる効果がある。
願平２−２８２６９９に示されたような構造、すなわ
ち、活性層厚を周期的に変化させ、かつ近傍の形状の工
夫により屈折率結合成分を相殺させた構造と比較して
も、以下の点で製造が容易になる効果がある。
【００３４】まず第一に、屈折率結合成分の相殺が容易
になる。これは、光吸収層を用いた場合には、活性層の
場合と異なり、キャリアのオーバーフローの問題で低屈
折率層と中間屈折率層との組成を制限されることがなく
なるためであり、光吸収層と低屈折率層および中間屈折
率層との屈折率差を小さく選べることになる。したがっ
て、形状に多少のばらつきが生じても、それにより残留
する屈折率結合の大きさは屈折率差（正確には屈折率の
自乗の差）を小さくした分だけ小さくなり、製造精度の
点で余裕ができる。
になる。これは、光吸収層を用いた場合には、活性層の
場合と異なり、キャリアのオーバーフローの問題で低屈
折率層と中間屈折率層との組成を制限されることがなく
なるためであり、光吸収層と低屈折率層および中間屈折
率層との屈折率差を小さく選べることになる。したがっ
て、形状に多少のばらつきが生じても、それにより残留
する屈折率結合の大きさは屈折率差（正確には屈折率の
自乗の差）を小さくした分だけ小さくなり、製造精度の
点で余裕ができる。
【００３５】第二に、効果的に光を吸収するような組成
を選ぶことにより光吸収層を薄くできるので、必要な凹
凸の深さを小さくできる。これは、凹凸形状のエッチン
グ条件や凹凸上への再成長の条件を緩和する。
を選ぶことにより光吸収層を薄くできるので、必要な凹
凸の深さを小さくできる。これは、凹凸形状のエッチン
グ条件や凹凸上への再成長の条件を緩和する。
【００３６】第三に、活性層を凹凸形状に加工する場合
に比べて、損傷の影響が活性層におよぶ可能性が少な
く、また、再成長の問題も光吸収層なら活性層の場合に
比べて影響が少ないと考えられる。
に比べて、損傷の影響が活性層におよぶ可能性が少な
く、また、再成長の問題も光吸収層なら活性層の場合に
比べて影響が少ないと考えられる。
【００３７】第四に、活性層として量子井戸構造を用い
ることが容易であり、量子井戸活性層のもつ利点を利用
できる。例えば、量子井戸活性層はＴＥモードの利得が
ＴＭモードの利得に比較して大きく、ＴＥモードを選択
的に発振させることができる。
ることが容易であり、量子井戸活性層のもつ利点を利用
できる。例えば、量子井戸活性層はＴＥモードの利得が
ＴＭモードの利得に比較して大きく、ＴＥモードを選択
的に発振させることができる。
【００３８】本発明は材料にそれほど限定されることな
く実施でき、ＧａＡｓ系だけでなくＩｎＰ系など種々の
材料系で真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤを実現できる効果があ
る。
く実施でき、ＧａＡｓ系だけでなくＩｎＰ系など種々の
材料系で真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤを実現できる効果があ
る。
【図１】本発明第一実施例の半導体分布帰還型レーザ装
置の構造を示す斜視図。
置の構造を示す斜視図。
【図２】ストライプに沿った断面図。
【図３】本発明の第二実施例の構造をストライプに沿っ
て示す断面図。
て示す断面図。
【図４】本発明の第三実施例の構造をストライプに沿っ
て示す断面図。
て示す断面図。
【図５】本発明の第四実施例の構造をストライプに沿っ
て示す断面図。
て示す断面図。
１ 基板
２、８ クラッド層
３ 活性層
４ キャリア閉じ込め層
５ 低屈折率層
６ 光吸収層
７ 中間屈折率層
９ コンタクト層
１０、１１ 電極
１２ 絶縁層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 中島 眞一
東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光計
測技術開発株式会社内
(72)発明者 羅 毅
東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光計
測技術開発株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 誘導放射光を発生する活性層を備え、こ
の活性層の近傍にはこの活性層が発生した誘導放射光を
吸収する材料により形成された光吸収層を備え、 この光吸収層には、前記活性層が発生した誘導放射光に
光分布帰還を施す周期の膜厚変化が設けられた半導体分
布帰還型レーザ装置において、 屈折率の異なる層の組み合わせにより前記光吸収層の膜
厚の変化によって生じる屈折率の周期的変化を打ち消す
層構造を備えたことを特徴とする半導体分布帰還型レー
ザ装置。 - 【請求項２】 屈折率の周期的変化を打ち消す層構造
は、 光吸収層の膜厚の周期と同位相で膜厚が変化し屈折率が
光吸収層より低い低屈折率層と、 前記光吸収層の膜厚の周期とは逆位相で膜厚が変化し屈
折率が前記光吸収層と前記低屈折率層との間の値の中間
屈折率層とを含む請求項１記載の半導体分布帰還型レー
ザ装置。 - 【請求項３】 光吸収層は低屈折率層と中間屈折率層と
の間に配置された請求項２記載の半導体分布帰還型レー
ザ装置。 - 【請求項４】 低屈折率層は光吸収層と中間屈折率層と
の間に配置された請求項２記載の半導体分布帰還型レー
ザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18120991A JPH0529705A (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
| PCT/JP1991/001418 WO1992007401A1 (en) | 1990-10-19 | 1991-10-17 | Distributed feedback semiconductor laser |
| EP91917810A EP0507956B1 (en) | 1990-10-19 | 1991-10-17 | Distributed feedback semiconductor laser |
| DE69117488T DE69117488T2 (de) | 1990-10-19 | 1991-10-17 | Halbleiterlaser mit verteilter rückkoppelung |
| US07/899,860 US5289494A (en) | 1990-10-19 | 1991-10-17 | Distributed feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18120991A JPH0529705A (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0529705A true JPH0529705A (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16096741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18120991A Pending JPH0529705A (ja) | 1990-10-19 | 1991-07-22 | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0529705A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0661571A (ja) * | 1992-08-05 | 1994-03-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布光反射器及びそれを用いた半導体レーザ |
| JPH0685402A (ja) * | 1991-12-12 | 1994-03-25 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 分布帰還レーザ含有製品 |
| US5960023A (en) * | 1996-04-15 | 1999-09-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Distributed feedback semiconductor laser diode, method for producing the same, and exposure method therefor |
| US7016391B2 (en) | 2000-03-13 | 2006-03-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Gain-coupled distributed feedback semiconductor laser device and production method therefor |
| JP2008028374A (ja) * | 2006-06-19 | 2008-02-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| WO2009116152A1 (ja) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | 富士通株式会社 | 光素子及びその製造方法 |
| WO2012017889A1 (ja) | 2010-08-03 | 2012-02-09 | Tominaga Hirofumi | 姿勢矯正具 |
| JP2012195433A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子、半導体レーザ、および光半導体素子の製造方法 |
| JP2014220386A (ja) * | 2013-05-08 | 2014-11-20 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 |
| US9685764B2 (en) | 2014-11-28 | 2017-06-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor optical element and surface-emitting semiconductor optical element |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0335581A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1991
- 1991-07-22 JP JP18120991A patent/JPH0529705A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0335581A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
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| US5960023A (en) * | 1996-04-15 | 1999-09-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Distributed feedback semiconductor laser diode, method for producing the same, and exposure method therefor |
| US7016391B2 (en) | 2000-03-13 | 2006-03-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Gain-coupled distributed feedback semiconductor laser device and production method therefor |
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| WO2009116152A1 (ja) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | 富士通株式会社 | 光素子及びその製造方法 |
| US7899283B2 (en) | 2008-03-19 | 2011-03-01 | Fujitsu Limited | Optical device and method for manufacturing the same |
| WO2012017889A1 (ja) | 2010-08-03 | 2012-02-09 | Tominaga Hirofumi | 姿勢矯正具 |
| JP2012195433A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子、半導体レーザ、および光半導体素子の製造方法 |
| JP2014220386A (ja) * | 2013-05-08 | 2014-11-20 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 |
| US9685764B2 (en) | 2014-11-28 | 2017-06-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor optical element and surface-emitting semiconductor optical element |
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