JPH06244503A - 分布帰還型半導体レーザ構造 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザ構造Info
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- JPH06244503A JPH06244503A JP5121901A JP12190193A JPH06244503A JP H06244503 A JPH06244503 A JP H06244503A JP 5121901 A JP5121901 A JP 5121901A JP 12190193 A JP12190193 A JP 12190193A JP H06244503 A JPH06244503 A JP H06244503A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 分布帰還型半導体レーザ構造を提供する。
【構成】 前記半導体レーザ構造は、構造内部において
１方向に伝播する光と他方向に伝播する光との間に結合
（Ｋ）を得るために光伝播方向（Ｚ）に沿って両端区域
の間に延在する移相回折格子を含み、屈折率変動によっ
て横方向案内を成す案内区域を有する型である。前記回
折格子は構造に沿って構造の両端区域の間において変動
する振幅の結合を実行するように成され、また前記案内
区域の幅は、前記幅の変動によって誘導される位相ずれ
が結合振幅の変動によって誘導される位相ずれを補償す
る。
１方向に伝播する光と他方向に伝播する光との間に結合
（Ｋ）を得るために光伝播方向（Ｚ）に沿って両端区域
の間に延在する移相回折格子を含み、屈折率変動によっ
て横方向案内を成す案内区域を有する型である。前記回
折格子は構造に沿って構造の両端区域の間において変動
する振幅の結合を実行するように成され、また前記案内
区域の幅は、前記幅の変動によって誘導される位相ずれ
が結合振幅の変動によって誘導される位相ずれを補償す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ構造、特に
分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ構造に関するものである。
分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信分野においては、光によるデータ
転送速度を増大する事が望ましく、この目的を達成する
手段の１つは、ますます単色性の光源を使用するにあ
る。分布帰還型レーザダイオードは狭いスペクトル幅を
有し、特にすぐれた光源として出現した。
転送速度を増大する事が望ましく、この目的を達成する
手段の１つは、ますます単色性の光源を使用するにあ
る。分布帰還型レーザダイオードは狭いスペクトル幅を
有し、特にすぐれた光源として出現した。
【０００３】この型のレーザダイオードにおいては、レ
ーザ発生現象に必要な光帰還は、光波の伝播するダイオ
ードの構造中の１区域の屈折率の周期的擾乱から生じる
ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）後方散乱によって実施される。
そのため、構造に沿って分布されたパタンを含む回折格
子が作られ、前記パタンは一般に光伝播方向に対して横
方向に延在する。
ーザ発生現象に必要な光帰還は、光波の伝播するダイオ
ードの構造中の１区域の屈折率の周期的擾乱から生じる
ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）後方散乱によって実施される。
そのため、構造に沿って分布されたパタンを含む回折格
子が作られ、前記パタンは一般に光伝播方向に対して横
方向に延在する。
【０００４】通常の分布帰還型レーザダイオードにおい
ては、回折格子は、１方向に伝播する光（「往」光波）
と逆方向に伝播する光（「復」光波）との間に一定振幅
の結合を生じる。
ては、回折格子は、１方向に伝播する光（「往」光波）
と逆方向に伝播する光（「復」光波）との間に一定振幅
の結合を生じる。
【０００５】通常のレーザダイオードの操作においては
高レベルの放出エネルギーで不安定性が見られる。これ
は、主モードに重ね合される縦方向二次モードを出現さ
せ、特に放出スペクトルを拡幅させ、また注入電流の関
数としての放出エネルギー応答の線形性を劣化させる事
により、このようなレーザダイオードの性能を低下させ
る欠点がある。「ホールバーニング（ｈｏｌｅ−ｂｕｒ
ｎｉｎｇ）」と呼ばれるこの不安定現象は主として構造
に沿った光波の電界の不均一性の結果である。
高レベルの放出エネルギーで不安定性が見られる。これ
は、主モードに重ね合される縦方向二次モードを出現さ
せ、特に放出スペクトルを拡幅させ、また注入電流の関
数としての放出エネルギー応答の線形性を劣化させる事
により、このようなレーザダイオードの性能を低下させ
る欠点がある。「ホールバーニング（ｈｏｌｅ−ｂｕｒ
ｎｉｎｇ）」と呼ばれるこの不安定現象は主として構造
に沿った光波の電界の不均一性の結果である。
【０００６】通常のレーザダイオードの性能を改良しま
た前記の「ホールバーニング」現象を制限するため、種
々の構造が提案された。
た前記の「ホールバーニング」現象を制限するため、種
々の構造が提案された。
【０００７】Elctronics Letters Vo.25, No.10, pp.62
9-630, 1989 の論文、"Long cavity,multiple-phase sh
ift, distributed feedback laser for linewidthnarro
wing"において、オギタほかは格子に沿って複数の位相
ずれを実行する方法を提案している。しかし、オギタの
研究は約５００μｍ長の短いレーザ構造に限定されてい
る。「ホールバーニング」による不安定性は構造の長さ
と共に増大する傾向がるからである。不幸にして、放出
スペクトルの単色性は構造長さの増大に伴って大幅に改
良されるので、前記より長い構造を作製する事が望まし
いと思われる。
9-630, 1989 の論文、"Long cavity,multiple-phase sh
ift, distributed feedback laser for linewidthnarro
wing"において、オギタほかは格子に沿って複数の位相
ずれを実行する方法を提案している。しかし、オギタの
研究は約５００μｍ長の短いレーザ構造に限定されてい
る。「ホールバーニング」による不安定性は構造の長さ
と共に増大する傾向がるからである。不幸にして、放出
スペクトルの単色性は構造長さの増大に伴って大幅に改
良されるので、前記より長い構造を作製する事が望まし
いと思われる。
【０００８】IEE Photonics Technology Letters, Vo.
1,No.8 August 1989 に発表された論文、"Corrugation-
pitch-modulated phase-shifted DFB laser" におい
て、オカイほかは１．２ｍｍの長さを有する構造を記載
している。オカイは安定操作を保証するために格子の周
期を変調する方法を提案している。しかし、「ホールバ
ーニング」現象は大幅に低減されるが、完全には除去さ
れない。
1,No.8 August 1989 に発表された論文、"Corrugation-
pitch-modulated phase-shifted DFB laser" におい
て、オカイほかは１．２ｍｍの長さを有する構造を記載
している。オカイは安定操作を保証するために格子の周
期を変調する方法を提案している。しかし、「ホールバ
ーニング」現象は大幅に低減されるが、完全には除去さ
れない。
【０００９】この「ホールバーニング」の問題点を解決
するために、その他の研究者がそれぞれのアプローチを
提案している。モルチエ（Ｍｏｒｔｈｉｅｒ）ほかによ
ってIEE Photonics Tech- nology Letters, Vol.2,No.
6, June 1990 に発表されたこの種の論文、"A new DFB
-laser diode with reduced spatial hole-burning"
は、結合が構造の中心において極小値となるように結合
振幅を変動させる事により構造中の光波の電界分布を改
良し従って「ホールバーニング」現象を低減させる事が
理論的に可能であると記載されている。
するために、その他の研究者がそれぞれのアプローチを
提案している。モルチエ（Ｍｏｒｔｈｉｅｒ）ほかによ
ってIEE Photonics Tech- nology Letters, Vol.2,No.
6, June 1990 に発表されたこの種の論文、"A new DFB
-laser diode with reduced spatial hole-burning"
は、結合が構造の中心において極小値となるように結合
振幅を変動させる事により構造中の光波の電界分布を改
良し従って「ホールバーニング」現象を低減させる事が
理論的に可能であると記載されている。
【００１０】しかし、モルチエの研究は、反射防止処理
された面によって画成される長さ約３００μｍの短い構
造に限られる。モルチエは、レーザのブラッグ周波数発
振を防止する構造においては結合変調に伴って光波の位
相ずれを生じ、これが二次モードの阻止低下を生じると
いう欠点を伴うと述べている。この著者はこのような欠
点を解決するための方法を提案も暗示もしていない。
された面によって画成される長さ約３００μｍの短い構
造に限られる。モルチエは、レーザのブラッグ周波数発
振を防止する構造においては結合変調に伴って光波の位
相ずれを生じ、これが二次モードの阻止低下を生じると
いう欠点を伴うと述べている。この著者はこのような欠
点を解決するための方法を提案も暗示もしていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
の欠点を解決する改良型レーザ構造を提供するにある。
の欠点を解決する改良型レーザ構造を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そのため本発明は、構造
内部において１方向に伝播する光と他方向に伝播する光
との間に結合を得るために光伝播方向に沿って両端区域
の間に延在する移相回折格子を含み、屈折率変動によっ
て横方向案内を成す案内区域を有する型の分布帰還型半
導体レーザ構造において、前記回折格子は構造に沿って
構造の両端区域の間において変動する振幅の結合を実行
するように成され、また前記案内区域の幅は、この幅の
変動によって誘導される位相ずれが結合振幅の変動によ
って誘導される位相ずれを補償する事を特徴とする分布
帰還型半導体レーザ構造を提供する。
内部において１方向に伝播する光と他方向に伝播する光
との間に結合を得るために光伝播方向に沿って両端区域
の間に延在する移相回折格子を含み、屈折率変動によっ
て横方向案内を成す案内区域を有する型の分布帰還型半
導体レーザ構造において、前記回折格子は構造に沿って
構造の両端区域の間において変動する振幅の結合を実行
するように成され、また前記案内区域の幅は、この幅の
変動によって誘導される位相ずれが結合振幅の変動によ
って誘導される位相ずれを補償する事を特徴とする分布
帰還型半導体レーザ構造を提供する。
【００１３】本発明の望ましい特徴によれば、回折格子
は前記両端区域において極値結合を限定するように成さ
れる。
は前記両端区域において極値結合を限定するように成さ
れる。
【００１４】好ましくは、前記回折格子の前記極値区域
は構造の面と実質的に一致する。
は構造の面と実質的に一致する。
【００１５】１つの実施態様において、極値は極小値で
ある。他の実施態様において、極値は極大値である。こ
の場合、望ましくは前記案内区域の幅は回折格子の前記
極値区域から構造の中心に向かって増大する。好ましく
は、構造は反射性劈開面を含み、その反射係数は望まし
くは３０％近くとする。また好ましくは、結合振幅はコ
サイン関数に従って変動する。好ましくは、構造長さは
６００μｍと同等または以上とする。望ましくは、本発
明の構造は多重量子井戸（ＭＱＷ）区域を画成するよう
に交互に３元物質と４元物質から成る要素層を堆積する
事によって形成された活性区域を含む。好ましくは本発
明の構造はいわゆる「埋設リッジ（ｂｕｒｉｅｄ−ｒｉ
ｄｇｅ）」構造である。以下、本発明を図面に示す実施
例について詳細に説明するが本発明はこれに限定される
ものではない。
ある。他の実施態様において、極値は極大値である。こ
の場合、望ましくは前記案内区域の幅は回折格子の前記
極値区域から構造の中心に向かって増大する。好ましく
は、構造は反射性劈開面を含み、その反射係数は望まし
くは３０％近くとする。また好ましくは、結合振幅はコ
サイン関数に従って変動する。好ましくは、構造長さは
６００μｍと同等または以上とする。望ましくは、本発
明の構造は多重量子井戸（ＭＱＷ）区域を画成するよう
に交互に３元物質と４元物質から成る要素層を堆積する
事によって形成された活性区域を含む。好ましくは本発
明の構造はいわゆる「埋設リッジ（ｂｕｒｉｅｄ−ｒｉ
ｄｇｅ）」構造である。以下、本発明を図面に示す実施
例について詳細に説明するが本発明はこれに限定される
ものではない。
【００１６】
【実施例】図１は本発明のレーザ構造とＸＹＺ符号とを
示すダイヤグラムである。
示すダイヤグラムである。
【００１７】下記の説明において、Ｚ軸を縦軸とし、Ｙ
軸を水平横軸とし、Ｘを垂直横軸とし、またそれぞれ
「厚さ」、「幅」および「長さ」がそれぞれＸ軸、Ｙ軸
およびＺ軸に沿って測定された距離とする。
軸を水平横軸とし、Ｘを垂直横軸とし、またそれぞれ
「厚さ」、「幅」および「長さ」がそれぞれＸ軸、Ｙ軸
およびＺ軸に沿って測定された距離とする。
【００１８】図１に図示の本発明による屈折率変動によ
る横方向案内を生じる案内区域を有する型の分布帰還型
レーザダイオード構造は通常の金属蒸気相エピタキシャ
ル成長（ＭＯＶＰＥ）技術によって作製される。このプ
ロセスは、Ｎドーピングされたリン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）基板１００上に、代表的には２マイクロメートルの
オーダの厚さを有するＮドーピングされたリン化インジ
ウム（ＩｎＰ）の底部閉じ込め層１１０、次に光増幅に
適した活性区域１２０を成す１セットの補助層を順次に
成長させる事によって開始される。この活性層１２０
は、１セットの多重量子井戸およびバリヤ（ＭＱＷ）を
形成するに適した交互に３元物質および４元物質から成
る要素層を堆積する事によって形成される。
る横方向案内を生じる案内区域を有する型の分布帰還型
レーザダイオード構造は通常の金属蒸気相エピタキシャ
ル成長（ＭＯＶＰＥ）技術によって作製される。このプ
ロセスは、Ｎドーピングされたリン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）基板１００上に、代表的には２マイクロメートルの
オーダの厚さを有するＮドーピングされたリン化インジ
ウム（ＩｎＰ）の底部閉じ込め層１１０、次に光増幅に
適した活性区域１２０を成す１セットの補助層を順次に
成長させる事によって開始される。この活性層１２０
は、１セットの多重量子井戸およびバリヤ（ＭＱＷ）を
形成するに適した交互に３元物質および４元物質から成
る要素層を堆積する事によって形成される。
【００１９】レーザ放出について望ましい波長に依存し
て、活性区域１２０の種々のパラメータ、例えば要素層
の数、３元物質と４元物質の正確な組成、要素層の厚さ
などが当業者によって適合させられる。
て、活性区域１２０の種々のパラメータ、例えば要素層
の数、３元物質と４元物質の正確な組成、要素層の厚さ
などが当業者によって適合させられる。
【００２０】従って、本発明の非制限的例において、約
１．５マイクロメートルの望ましい波長について、図２
に図示のように、第１要素層１２１がエピタキシーによ
って底部閉じ込め層１１０の上に堆積させる。第１要素
層１２１は１２５０オングストロームの厚さを有し、４
元物質Ｇａ0 。42Ｉｎ0.58Ａｓ0.89Ｐ0.11から成り、次
にそれぞれ厚さ３０オングストロームの３元物質Ｇａ0.
47Ｉｎ0.53Ａｓから成る５要素層１２４を有し、これら
の５要素層１２４と交互にそれぞれ厚さ１５０オングス
トロームの４元物質Ｇａ0 。42Ｉｎ0.58Ａｓ0.89Ｐ0.11
から成る４要素層１２２を有する。
１．５マイクロメートルの望ましい波長について、図２
に図示のように、第１要素層１２１がエピタキシーによ
って底部閉じ込め層１１０の上に堆積させる。第１要素
層１２１は１２５０オングストロームの厚さを有し、４
元物質Ｇａ0 。42Ｉｎ0.58Ａｓ0.89Ｐ0.11から成り、次
にそれぞれ厚さ３０オングストロームの３元物質Ｇａ0.
47Ｉｎ0.53Ａｓから成る５要素層１２４を有し、これら
の５要素層１２４と交互にそれぞれ厚さ１５０オングス
トロームの４元物質Ｇａ0 。42Ｉｎ0.58Ａｓ0.89Ｐ0.11
から成る４要素層１２２を有する。
【００２１】次に、前記の最後にエピタキシー成長され
た元素層１２４上に層１２５が堆積される。この層１２
５は層１２１と同様の厚さと組成を有し、この層１２５
はその上に回折格子を腐食するために感光性樹脂層によ
って被覆される。
た元素層１２４上に層１２５が堆積される。この層１２
５は層１２１と同様の厚さと組成を有し、この層１２５
はその上に回折格子を腐食するために感光性樹脂層によ
って被覆される。
【００２２】この感光性樹脂は、好ましくは少し相異な
る周期Ｌ＋ｄＬ／２およびＬ−ｄＬ／２の２つの干渉縞
システムによって日射され、このようにして図３に図示
のようなモアレ効果が得られる。
る周期Ｌ＋ｄＬ／２およびＬ−ｄＬ／２の２つの干渉縞
システムによって日射され、このようにして図３に図示
のようなモアレ効果が得られる。
【００２３】黒の区域Ｋｍｉｎは回折格子のパタン１２
００が最短長さを有する区域であり、明るい区域Ｋｍａ
ｘは格子パタンが最大長さを有する区域である。
００が最短長さを有する区域であり、明るい区域Ｋｍａ
ｘは格子パタンが最大長さを有する区域である。
【００２４】パタンの長さとは、図５について説明され
るように構造を通る光の伝播方向Ｚに平行に測定された
パタンサイズである事を注意しよう。回折格子パタン１
２００の回折長さの変調から生じる結合振幅Ｋの変動を
図４に図示し、これはコサイン関数：Ｋ＝Ｋo ・ｃｏｓ
（２πｚ／Ｌbatt）によって書かれる。この式におい
て、Ｌbatt＝Ｌ2 ／ｄＬとし、Ｋo は下記に記載の値を
有する定数である。
るように構造を通る光の伝播方向Ｚに平行に測定された
パタンサイズである事を注意しよう。回折格子パタン１
２００の回折長さの変調から生じる結合振幅Ｋの変動を
図４に図示し、これはコサイン関数：Ｋ＝Ｋo ・ｃｏｓ
（２πｚ／Ｌbatt）によって書かれる。この式におい
て、Ｌbatt＝Ｌ2 ／ｄＬとし、Ｋo は下記に記載の値を
有する定数である。
【００２５】日射後に、通常の写真平版法を使用して回
折格子を化学的に腐食（エッチング）する。
折格子を化学的に腐食（エッチング）する。
【００２６】図１から明かなように、回折格子のパタン
１２０は、レーザ構造を通る光波の伝播方向Ｚに対して
横方向に延在する。光波の電界ベクトルはレーザ振動に
ついて求められるモードにおいてＹ軸に対して平行に延
在する。
１２０は、レーザ構造を通る光波の伝播方向Ｚに対して
横方向に延在する。光波の電界ベクトルはレーザ振動に
ついて求められるモードにおいてＹ軸に対して平行に延
在する。
【００２７】その後、格子の層１２５を腐食し、活性区
域１２０が腐食されてリッジを成す。
域１２０が腐食されてリッジを成す。
【００２８】このリッジは、腐食される構造とイオン源
との間に適当なリソグラフィーマスクを介在させる事に
よって反応イオンビーム腐食法（ＲＩＢＥ）を使用して
腐食される。
との間に適当なリソグラフィーマスクを介在させる事に
よって反応イオンビーム腐食法（ＲＩＢＥ）を使用して
腐食される。
【００２９】本発明の特徴によれば、得られるリッジは
好ましくは下記のように変動する幅を有する。
好ましくは下記のように変動する幅を有する。
【００３０】このように形成されたリッジの平均幅は好
ましくは約１．７マイクロメートルであって、レーザの
モノモード操作を保証する。
ましくは約１．７マイクロメートルであって、レーザの
モノモード操作を保証する。
【００３１】リッジの腐食後に、第２エピタキシャル段
階が実施される。この段階において、Ｐドーピングされ
たリン化インジウムの上方閉じ込め層１３０が約１．５
マイクロメートルの厚さまで成長させられ、次に強くＰ
ドーピングされたＧａＩｎＡｓ３元物質の層１４０が約
０．５マイクロメートルの厚さまで成長させられる。
階が実施される。この段階において、Ｐドーピングされ
たリン化インジウムの上方閉じ込め層１３０が約１．５
マイクロメートルの厚さまで成長させられ、次に強くＰ
ドーピングされたＧａＩｎＡｓ３元物質の層１４０が約
０．５マイクロメートルの厚さまで成長させられる。
【００３２】通常の技術を使用する金属化処理によって
オーム接点１５０を形成し、また図１において影線によ
って示すようにリッジの両側の区域１５００の中に陽子
を注入する事により漏れ電流を制限する。
オーム接点１５０を形成し、また図１において影線によ
って示すようにリッジの両側の区域１５００の中に陽子
を注入する事により漏れ電流を制限する。
【００３３】このようにして埋設リッジ構造が得られ、
このリッジは案内区域を成してこの実施態様においては
屈折率変動によって横方向案内を成す。
このリッジは案内区域を成してこの実施態様においては
屈折率変動によって横方向案内を成す。
【００３４】リッジの中において、活性区域を成す各層
の屈折率と上方閉じ込め層１３０の低い屈折率との間の
屈折率変動によって、光は横方向に閉じ込められる。す
なわち縦軸Ｚ方向に、垂直方向Ｘに実質的に平行に延在
するリッジの２面の間に閉じ込められる。
の屈折率と上方閉じ込め層１３０の低い屈折率との間の
屈折率変動によって、光は横方向に閉じ込められる。す
なわち縦軸Ｚ方向に、垂直方向Ｘに実質的に平行に延在
するリッジの２面の間に閉じ込められる。
【００３５】最後に端面１０００と２０００は劈開作用
によって作られ、構造長さは望ましくは６００μｍ以上
とする。
によって作られ、構造長さは望ましくは６００μｍ以上
とする。
【００３６】端面１０００と２０００は好ましくは約３
０％の反射係数を有する。
０％の反射係数を有する。
【００３７】その結果、構造の一方の面を通して出る光
の大部分は構造の中に反射されて、レーザ発生現象に必
要な光帰還作用に参加するので、いき値電流Ｉｓが低下
される。
の大部分は構造の中に反射されて、レーザ発生現象に必
要な光帰還作用に参加するので、いき値電流Ｉｓが低下
される。
【００３８】もし適当ならば、端面１０００と２０００
に対して反射防止処理を実施する。これは、追加的段階
を必要とするが、反射性の劈開面を有する構造と比較し
ていき値電流Ｉｓを増大させる。
に対して反射防止処理を実施する。これは、追加的段階
を必要とするが、反射性の劈開面を有する構造と比較し
ていき値電流Ｉｓを増大させる。
【００３９】しかし放出されるレーザ光の出力が大とな
る。一般に、端面に対して反射防止処理を施すか否かは
レーザの所望の用途に関する妥協である。すなわち放出
レーザ出力と低いいき値電流といずれが重要であるかに
依存している。
る。一般に、端面に対して反射防止処理を施すか否かは
レーザの所望の用途に関する妥協である。すなわち放出
レーザ出力と低いいき値電流といずれが重要であるかに
依存している。
【００４０】本発明によれば、下記に説明するように、
回折格子の縦方向末端区域（構造の端面１０００および
２０００と一致する区域）における回折格子のパタン１
２００の長さは、構造中の往復光波間の結合が前記の回
折格子の縦方向末端区域において極値となるように決定
される。化学腐食によって得られたパタンの様相を図５
の断面図において略示する。
回折格子の縦方向末端区域（構造の端面１０００および
２０００と一致する区域）における回折格子のパタン１
２００の長さは、構造中の往復光波間の結合が前記の回
折格子の縦方向末端区域において極値となるように決定
される。化学腐食によって得られたパタンの様相を図５
の断面図において略示する。
【００４１】回折格子の幾何特性、特にパタン１２００
の深さと格子ピッチは所望の結合Ｋの関数として選ば
れ、格子パタンの深さ、すなわち垂直方向Ｘにおけるそ
のサイズは好ましくは３００オングストローム乃至７０
０オングストロームの範囲内とする。また好ましくは格
子のピッチＰは好ましくは、（空気中に放出された波
長）／２．ｎeff に対応し、この式のｎeff については
下記に説明する。角度ａは約５４゜に等しく、これは化
学腐食によって実現する面（１１１）Ａによって定義さ
れる。
の深さと格子ピッチは所望の結合Ｋの関数として選ば
れ、格子パタンの深さ、すなわち垂直方向Ｘにおけるそ
のサイズは好ましくは３００オングストローム乃至７０
０オングストロームの範囲内とする。また好ましくは格
子のピッチＰは好ましくは、（空気中に放出された波
長）／２．ｎeff に対応し、この式のｎeff については
下記に説明する。角度ａは約５４゜に等しく、これは化
学腐食によって実現する面（１１１）Ａによって定義さ
れる。
【００４２】格子パタン１２００によって得られる結合
は、プラトーの１２０１の上側面長さｃと、このプラト
ーの深さｅとに依存する。一般に、結合はそれぞれの与
えられた深さｅについて与えられたプラトー長さｃ’に
おいて極大値を通り、次に前記の値より大きいまたは小
さいプラトー長さにおいて減少する。
は、プラトーの１２０１の上側面長さｃと、このプラト
ーの深さｅとに依存する。一般に、結合はそれぞれの与
えられた深さｅについて与えられたプラトー長さｃ’に
おいて極大値を通り、次に前記の値より大きいまたは小
さいプラトー長さにおいて減少する。
【００４３】回折格子は「移相性」であると呼ばれる。
これは回折格子に沿って伝播する光波が位相ずれを受け
るからである。
これは回折格子に沿って伝播する光波が位相ずれを受け
るからである。
【００４４】レーザの最適操作の場合、回折格子に沿っ
て光波の受ける全位相ずれはπに等しく、またこの場
合、光波の伝播する周波数はブラッグ周波数と呼ばれ
る。
て光波の受ける全位相ずれはπに等しく、またこの場
合、光波の伝播する周波数はブラッグ周波数と呼ばれ
る。
【００４５】図４に図示の本発明の好ましい第１実施態
様においては、回折格子は構造の全長に沿って延在し、
その端面１０００と２０００は、回折格子のプラトー１
２０１の長さがキャビテイの端面においてｃ’に等しく
なるように図３の干渉縞に対して配置される。その結
果、往復光波間の結合は前記端面において極大値とな
り、従って構造の中央区域において結合が極小値とな
る。この構造から二、三の利点が得られる。例えば、端
面に対する反射による光波の位相ずれ効果が制限され
る。これは端面に対する光波の割合が端面近くの後方散
乱の増大によって低下させられるからである。従って端
面１０００および２０００に対して反射防止処理を加え
る必要がない。
様においては、回折格子は構造の全長に沿って延在し、
その端面１０００と２０００は、回折格子のプラトー１
２０１の長さがキャビテイの端面においてｃ’に等しく
なるように図３の干渉縞に対して配置される。その結
果、往復光波間の結合は前記端面において極大値とな
り、従って構造の中央区域において結合が極小値とな
る。この構造から二、三の利点が得られる。例えば、端
面に対する反射による光波の位相ずれ効果が制限され
る。これは端面に対する光波の割合が端面近くの後方散
乱の増大によって低下させられるからである。従って端
面１０００および２０００に対して反射防止処理を加え
る必要がない。
【００４６】さらに、光波の電界が特に高くなる構造中
央区域において低い振幅結合を実施する事により、構造
に沿って電界がさらに均一に成され、「ホールバーニン
グ」による不安定現象が低減される。
央区域において低い振幅結合を実施する事により、構造
に沿って電界がさらに均一に成され、「ホールバーニン
グ」による不安定現象が低減される。
【００４７】従って本発明の構造は、高出力モノモード
操作（約８０ｍＷ）を得ると共に、注入電流の関数とし
ての放出レーザ出力の優れた線形性を得る事を可能とす
る。
操作（約８０ｍＷ）を得ると共に、注入電流の関数とし
ての放出レーザ出力の優れた線形性を得る事を可能とす
る。
【００４８】図７の実験曲線Ｐは、放出レーザ出力（左
側スケールでプロット）が注入電流（水平軸線に沿って
プロット）の関数として変動する事を示し、またこの図
を検討すれば明かなように、本発明の構造によれば非常
に優れた線形性が得られる。この場合、Ｋo ＝８０ｃｍ
-1であり、また構造長さｌは６４０μｍである。
側スケールでプロット）が注入電流（水平軸線に沿って
プロット）の関数として変動する事を示し、またこの図
を検討すれば明かなように、本発明の構造によれば非常
に優れた線形性が得られる。この場合、Ｋo ＝８０ｃｍ
-1であり、また構造長さｌは６４０μｍである。
【００４９】さらに、注入電流（水平軸線に沿ってプロ
ット）の関数として面あたり外部差分量子効率を示す曲
線Ｒ（右側にプロット）が約０．２５ｍＷ／ｍＡを中心
としてほとんど変動しない事が見られる。これは、この
構造について平均結合振幅Ｋm ｌの比較的大きな下記の
値が与えられるので、
ット）の関数として面あたり外部差分量子効率を示す曲
線Ｒ（右側にプロット）が約０．２５ｍＷ／ｍＡを中心
としてほとんど変動しない事が見られる。これは、この
構造について平均結合振幅Ｋm ｌの比較的大きな下記の
値が与えられるので、
【００５０】
【数１】 この数字は、「ホールバーニング」現象がほとんど存在
しない事を当業者に示している。
しない事を当業者に示している。
【００５１】同程度の平均結合振幅Ｋｍｌを有し結合振
幅が一定な通常のレーザダイオード構造においては、強
力な「ホールバーニング」現象が見られる。
幅が一定な通常のレーザダイオード構造においては、強
力な「ホールバーニング」現象が見られる。
【００５２】構造の端面と中心区域における格子のパタ
ン間の長さの差異が極大である事が好ましく、また特に
コサイン関数変動の場合、構造の長さｌは実質的にＬ
batt／２に等しく選定されなければならない。この場
合、Ｌbattは前記の定義による。
ン間の長さの差異が極大である事が好ましく、また特に
コサイン関数変動の場合、構造の長さｌは実質的にＬ
batt／２に等しく選定されなければならない。この場
合、Ｌbattは前記の定義による。
【００５３】図５に図示のような本発明の第２実施態様
においては、回折格子の腐食に際して、プラトー１２０
１が構造の端面１０００、２０００と一致する回折格子
の末端区域においてｃ’以外の長さを有し、構造の中心
区域においてｃ’に近くなるように干渉縞を配置する事
もできる。このようにして、構造の中心部において極大
結合が得られ、格子の末端区域において極小結合が得ら
れる。このような条件において出願人は予想外な事に、
主モードと二次モードのいき値電流の差異が増大される
ので二次モードの阻止が改良される事を発見した。
においては、回折格子の腐食に際して、プラトー１２０
１が構造の端面１０００、２０００と一致する回折格子
の末端区域においてｃ’以外の長さを有し、構造の中心
区域においてｃ’に近くなるように干渉縞を配置する事
もできる。このようにして、構造の中心部において極大
結合が得られ、格子の末端区域において極小結合が得ら
れる。このような条件において出願人は予想外な事に、
主モードと二次モードのいき値電流の差異が増大される
ので二次モードの阻止が改良される事を発見した。
【００５４】本発明によれば、リッジの幅が縦方向Ｚに
沿って変動して、結合振幅の変動によって生じる位相ず
れを補償する。
沿って変動して、結合振幅の変動によって生じる位相ず
れを補償する。
【００５５】リッジの厚さと幅の十分相違したサイズが
与えられていれば、結合と光波電界の閉じ込めを表す式
において、Ｘ方向に依存するもの（垂直閉じ込めおよび
結合）を構造の電界配向に平行な方向すなわちＹ方向に
依存するもの（横方向閉じ込め）から分離できるかのよ
うにすべてが生じると言う事ができる。伝播する光波か
ら見た構造の有効屈折率ｎeff の計算は往復光波の結合
現象に直接関連し、従って変数ＺとＸのみを介入させ
る。
与えられていれば、結合と光波電界の閉じ込めを表す式
において、Ｘ方向に依存するもの（垂直閉じ込めおよび
結合）を構造の電界配向に平行な方向すなわちＹ方向に
依存するもの（横方向閉じ込め）から分離できるかのよ
うにすべてが生じると言う事ができる。伝播する光波か
ら見た構造の有効屈折率ｎeff の計算は往復光波の結合
現象に直接関連し、従って変数ＺとＸのみを介入させ
る。
【００５６】図８は、回折格子パタン１２００が一定幅
と、構造の端面近くで極大結合を生じる長さとを有する
構造において、有効屈折率ｎeff が縦座標Ｚの関数とし
て変動する状況を示すグラフである。
と、構造の端面近くで極大結合を生じる長さとを有する
構造において、有効屈折率ｎeff が縦座標Ｚの関数とし
て変動する状況を示すグラフである。
【００５７】このような有効屈折率の変動に伴って光波
の位相ずれを生じ、これは構造中の往復光波間の干渉効
果を相互に非建設的なものにし、従って前記論文におい
てモルチエが考察したように、二次モードの阻止の減少
を伴う。
の位相ずれを生じ、これは構造中の往復光波間の干渉効
果を相互に非建設的なものにし、従って前記論文におい
てモルチエが考察したように、二次モードの阻止の減少
を伴う。
【００５８】図９、図１０および図１１は、回折格子の
末端区域近くで結合振幅が極大値をとるがリッジの幅が
一定の構造について得られた放出スペクトルを示す。こ
れらのスペクトルはそれぞれ、０．９Ｉｓ、４Ｉｓおよ
び２０Ｉｓ（ここにＩｓは２５ｍＡに近い）の注入電流
で得られた。２２．５ｍＷおよび７８ｍＷの出力がそれ
ぞれ４Ｉｓおよび２０Ｉｓで得られた。レーザの長さは
６５０μｍである。その２つの面に対して反射防止処理
を実施したので、いき値に近いスペクトルが面からの寄
与なしで回折格子の影響のみから生じると解釈する事が
可能である。いき値の近くで観察されるスペクトル（図
１０）は、結合振幅の変動によって生じる位相ずれが存
在せず従って回折格子によって生じる位相ずれが正確に
πである構造の阻止帯特性を有しない事を当業者は留意
するであろう。
末端区域近くで結合振幅が極大値をとるがリッジの幅が
一定の構造について得られた放出スペクトルを示す。こ
れらのスペクトルはそれぞれ、０．９Ｉｓ、４Ｉｓおよ
び２０Ｉｓ（ここにＩｓは２５ｍＡに近い）の注入電流
で得られた。２２．５ｍＷおよび７８ｍＷの出力がそれ
ぞれ４Ｉｓおよび２０Ｉｓで得られた。レーザの長さは
６５０μｍである。その２つの面に対して反射防止処理
を実施したので、いき値に近いスペクトルが面からの寄
与なしで回折格子の影響のみから生じると解釈する事が
可能である。いき値の近くで観察されるスペクトル（図
１０）は、結合振幅の変動によって生じる位相ずれが存
在せず従って回折格子によって生じる位相ずれが正確に
πである構造の阻止帯特性を有しない事を当業者は留意
するであろう。
【００５９】本発明によれば、リッジ幅の変動によって
得られるリッジ屈折率の変動が結合振幅の変動による有
効屈折率の変動を補償し、従ってブラッグ周波数で光波
が構造中を伝播できるようにする事ができ、この場合、
いき値電流Ｉｓが極小値となり放出スペクトルの単色性
が最良となる。図１３は、パタン１２００が一定長さを
有する回折格子において、図１２に図示のリッジの幅の
変動の結果としてリッジの有効屈折率ｎeff ridge が縦
座標Ｚの関数として変動する事を示す。
得られるリッジ屈折率の変動が結合振幅の変動による有
効屈折率の変動を補償し、従ってブラッグ周波数で光波
が構造中を伝播できるようにする事ができ、この場合、
いき値電流Ｉｓが極小値となり放出スペクトルの単色性
が最良となる。図１３は、パタン１２００が一定長さを
有する回折格子において、図１２に図示のリッジの幅の
変動の結果としてリッジの有効屈折率ｎeff ridge が縦
座標Ｚの関数として変動する事を示す。
【００６０】図８、図１２および図１３を比較すれば当
業者には明かなように、図１４に図示の可変幅のリッジ
を使用する事により、可変長さで一定幅のパタンから成
る回折格子について得られる有効屈折率ｎeff の変動
を、一定長さで可変幅のパタンから成る回折格子によっ
て得られる屈折率ｎeff ridge の変動によって補償する
事か可能である。
業者には明かなように、図１４に図示の可変幅のリッジ
を使用する事により、可変長さで一定幅のパタンから成
る回折格子について得られる有効屈折率ｎeff の変動
を、一定長さで可変幅のパタンから成る回折格子によっ
て得られる屈折率ｎeff ridge の変動によって補償する
事か可能である。
【００６１】リッジの幅の変動は、構造の回折格子の幾
何特性に依存して連続的または不連続的に得られる。従
って、リッジの幅は好ましくは１．５μｍ乃至１．９μ
ｍの範囲内にあり、これらのサイズは当業者によって任
意に選定する事ができる。
何特性に依存して連続的または不連続的に得られる。従
って、リッジの幅は好ましくは１．５μｍ乃至１．９μ
ｍの範囲内にあり、これらのサイズは当業者によって任
意に選定する事ができる。
【００６２】当業者が図１５と図１６とを比較して容易
に見る事ができるように、リッジ幅の変動により光波の
伝播方向における結合振幅を変動する事によって得られ
る位相ずれ補償は二次モードの阻止を改良する。
に見る事ができるように、リッジ幅の変動により光波の
伝播方向における結合振幅を変動する事によって得られ
る位相ずれ補償は二次モードの阻止を改良する。
【００６３】これらの図面は、結合振幅がコサイン関数
によって変調され、格子の縦方向両端において極大値と
なり、リッジ幅が一定な構造と、結合振幅が同様に変調
されるがリッジ幅を変動させる本発明の構造とのシミュ
レーション結果を示す。
によって変調され、格子の縦方向両端において極大値と
なり、リッジ幅が一定な構造と、結合振幅が同様に変調
されるがリッジ幅を変動させる本発明の構造とのシミュ
レーション結果を示す。
【００６４】図１５と図１６において、縦軸は、主モー
ドと二次モードのそれぞれのいき値間の差異を代表する
ようにプロットされた正規化大きさΔα．ｌを示し、横
軸は、Δβ．ｌ＝０となるブラッグ周波数に対する周波
数ずれを代表するようにプロットされた正規化大きさΔ
β．ｌを示す。
ドと二次モードのそれぞれのいき値間の差異を代表する
ようにプロットされた正規化大きさΔα．ｌを示し、横
軸は、Δβ．ｌ＝０となるブラッグ周波数に対する周波
数ずれを代表するようにプロットされた正規化大きさΔ
β．ｌを示す。
【００６５】これらの図１５と図１６とを検討すれば明
かなように、この実施例において本発明の構造は１０倍
大きな二次モード阻止を得る事を可能である。
かなように、この実施例において本発明の構造は１０倍
大きな二次モード阻止を得る事を可能である。
【００６６】最後に本発明は相当長さの、望ましくは６
００μｍ以上の長さの構造の製作を可能とし、この構造
は安定な操作と、二次モードのすぐれた阻止とを可能に
し、また単色性を増進する。
００μｍ以上の長さの構造の製作を可能とし、この構造
は安定な操作と、二次モードのすぐれた阻止とを可能に
し、また単色性を増進する。
【００６７】前述の埋設型リッジ構造は本発明の構造の
非制限的実施例を成すにすぎない。
非制限的実施例を成すにすぎない。
【００６８】本発明の主旨の範囲内において、屈折率変
動によって横方向案内を成す型の他の構造を提案する事
が可能である。例えば、この構造は二重チャンネルプレ
ーナ埋設型ヘテロ構造（ＤＣＰＢＨ）、チャンネル基板
埋設型ヘテロ構造（ＣＳＢＨ）などとする事ができる。
動によって横方向案内を成す型の他の構造を提案する事
が可能である。例えば、この構造は二重チャンネルプレ
ーナ埋設型ヘテロ構造（ＤＣＰＢＨ）、チャンネル基板
埋設型ヘテロ構造（ＣＳＢＨ）などとする事ができる。
【図１】本発明のレーザダイオード構造の回折格子を示
す部分破断された概略斜視図。
す部分破断された概略斜視図。
【図２】本発明のレーザ構造中の活性区域の構成を示す
概略断面図。
概略断面図。
【図３】本発明の回折格子を製造するために使用される
緩衝縞のダイヤグラム。
緩衝縞のダイヤグラム。
【図４】図３の緩衝縞から得られた回折格子を有する本
発明の第１実施態様の構造中の結合振幅の変動を示すグ
ラフ。
発明の第１実施態様の構造中の結合振幅の変動を示すグ
ラフ。
【図５】化学腐食によって実施される回折格子パタンの
形状を示す縦断面図。
形状を示す縦断面図。
【図６】図３の緩衝縞から得られた回折格子を有する本
発明の第２実施態様の構造中の結合振幅の変動を示すグ
ラフ。
発明の第２実施態様の構造中の結合振幅の変動を示すグ
ラフ。
【図７】回折格子が変動長さと一定幅のパタンを有する
構造について、注入電流の関数として放出レーザ出力の
変動を示すグラフおよび注入電流の関数として面あたり
の外部差分量子効率を示すグラフ。
構造について、注入電流の関数として放出レーザ出力の
変動を示すグラフおよび注入電流の関数として面あたり
の外部差分量子効率を示すグラフ。
【図８】格子パタンの長さの変動の故に有効屈折率が構
造に沿って変動する状態を示すグラフ。
造に沿って変動する状態を示すグラフ。
【図９】回折格子が可変長と一定幅を有するレーザダイ
オード構造から得られたスペクトル。
オード構造から得られたスペクトル。
【図１０】回折格子が可変長と一定幅を有するレーザダ
イオード構造から得られたスペクトル。
イオード構造から得られたスペクトル。
【図１１】回折格子が可変長と一定幅を有するレーザダ
イオード構造から得られたスペクトル。
イオード構造から得られたスペクトル。
【図１２】一定長と可変幅のパタンを有する回折格子の
全体様相を示す平面図。
全体様相を示す平面図。
【図１３】図１２に図示のようなリッジ幅の変動による
有効屈折率の変動を示すグラフ。
有効屈折率の変動を示すグラフ。
【図１４】長さと幅の両方が変動するパタンを有する本
発明の回折格子の全体様相を示す平面図。
発明の回折格子の全体様相を示す平面図。
【図１５】回折格子パタンがそれぞれ一定幅のパタンと
可変幅のパタンに対して可変長さを有するレーザダイオ
ード構造の主モードと二次モードの差異を示すグラフ。
可変幅のパタンに対して可変長さを有するレーザダイオ
ード構造の主モードと二次モードの差異を示すグラフ。
【図１６】回折格子パタンがそれぞれ一定幅のパタンと
可変幅のパタンに対して可変長さを有するレーザダイオ
ード構造の主モードと二次モードの差異を示すグラフ。
可変幅のパタンに対して可変長さを有するレーザダイオ
ード構造の主モードと二次モードの差異を示すグラフ。
１００ Ｎドーピングされたリン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）基板 １１０ Ｎドーピングされたリン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）の底部閉じ込め層 １２０ 光増幅に適した活性区域１２０ １３０ Ｐドーピングされたリン化インジウムの上方閉
じ込め層 １４０ 強くＰドーピングされたＧａＩｎＡｓ３元物質
の層 １０００，２０００ 端面 １２００ 回折格子パタン １５００ 陽子注入層 Ｋ 結合 Ｘ 厚さ Ｙ 幅 Ｚ 長さ
Ｐ）基板 １１０ Ｎドーピングされたリン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）の底部閉じ込め層 １２０ 光増幅に適した活性区域１２０ １３０ Ｐドーピングされたリン化インジウムの上方閉
じ込め層 １４０ 強くＰドーピングされたＧａＩｎＡｓ３元物質
の層 １０００，２０００ 端面 １２００ 回折格子パタン １５００ 陽子注入層 Ｋ 結合 Ｘ 厚さ Ｙ 幅 Ｚ 長さ
Claims (13)
- 【請求項１】構造内部において１方向に伝播する光と他
方向に伝播する光との間に結合（Ｋ）を得るために光伝
播方向（Ｚ）に沿って両端区域の間に延在する移相回折
格子を含み、屈折率変動によって横方向案内を成す案内
区域を有する型の分布帰還型半導体レーザ構造におい
て、前記回折格子は構造に沿って構造の両端区域の間に
おいて変動する振幅の結合を実行するように成され、ま
た前記案内区域の幅は、前記幅の変動によって誘導され
る位相ずれが結合振幅の変動によって誘導される位相ず
れを補償する事を特徴とする分布帰還型半導体レーザ構
造。 - 【請求項２】回折格子は前記両端区域において極値結合
を限定するように成されたことを特徴とする請求項１に
記載のレーザ構造。 - 【請求項３】回折格子は前記両端区域において極小値結
合を限定するように成されたことを特徴とする請求項２
に記載のレーザ構造。 - 【請求項４】回折格子は前記両端区域において極大値結
合を限定するように成されたことを特徴とする請求項２
に記載のレーザ構造。 - 【請求項５】前記回折格子の前記極値区域は構造の面
（１０００、２０００）と実質的に一致することを特徴
とする請求項１乃至４のいずれかに記載のレーザ構造。 - 【請求項６】前記案内区域の幅は回折格子の前記極値区
域から構造の中心に向かって増大することを特徴とする
請求項４または５のいずれかに記載のレーザ構造。 - 【請求項７】前記構造は反射性劈開面（１０００、２０
００）を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
かに記載のレーザ構造。 - 【請求項８】前記劈開面（１０００、２０００）は約３
０％の反射係数を有することを特徴とする請求項７に記
載のレーザ構造。 - 【請求項９】結合振幅はコサイン関数によって変動する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のレ
ーザ構造。 - 【請求項１０】構造長さは６００μｍまたはこれ以上で
あることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載
のレーザ構造。 - 【請求項１１】結合振幅は回折格子パタンの長さを変動
させる事によって変動されることを特徴とする請求項１
乃至１０のいずれかに記載のレーザ構造。 - 【請求項１２】多重量子井戸区域を画成するように交互
に３元物質と４元物質から成る要素層（１２１、１２
２、１２４）を堆積する事によって形成された活性区域
（１２０）を含むことを特徴とする請求項１乃至１１の
いずれかに記載のレーザ構造。 - 【請求項１３】構造は「埋設リッジ」構造であることを
特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のレーザ
構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9205076A FR2690572B1 (fr) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | Structure laser a retroaction repartie. |
| FR9205076 | 1992-04-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244503A true JPH06244503A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=9429232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5121901A Pending JPH06244503A (ja) | 1992-04-24 | 1993-04-26 | 分布帰還型半導体レーザ構造 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5357538A (ja) |
| EP (1) | EP0567406B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06244503A (ja) |
| DE (1) | DE69301420T2 (ja) |
| FR (1) | FR2690572B1 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3331568B2 (ja) * | 1993-08-10 | 2002-10-07 | 住友電気工業株式会社 | 埋込型半導体レーザ |
| DE4334525A1 (de) * | 1993-10-09 | 1995-04-13 | Deutsche Bundespost Telekom | Optoelektronisches Bauelement mit verteilter Rückkopplung und variierbarem Kopplungskoeffizienten |
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