JPH11168261A - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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- JPH11168261A JPH11168261A JP27577398A JP27577398A JPH11168261A JP H11168261 A JPH11168261 A JP H11168261A JP 27577398 A JP27577398 A JP 27577398A JP 27577398 A JP27577398 A JP 27577398A JP H11168261 A JPH11168261 A JP H11168261A
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- diffraction 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
- H01S5/1237—Lateral grating, i.e. grating only adjacent ridge or mesa
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、分布帰還型半導体
レーザ装置に関する。The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、光記録装置や固体レーザ励起
用、光通信用の光源として、半導体レーザが広く使用さ
れている。その中でも分布帰還型(DFB:Distributed Fe
edback)半導体レーザは、半導体レーザ内の光導波路中
に周期的な凹凸を設けることによって回折格子を形成
し、回折格子による光の帰還効果を利用して波長安定化
を図っている。こうしたDFBレーザは、安定な単一モ
ードで発振するため、温度変化に伴って生じる縦モード
ホッピング現象が起こらず、通常のファブリペロー型半
導体レーザに見られるモードホッピングノイズが発生し
ないため、特に低い高周波雑音レベルが要求される光源
として優れている。また、DFBレーザは、発振波長の
温度変化が小さいこと、回折格子の周期を変えることに
よって発振波長を選択できるなどの優れた特性があり、
光通信用光源や固体レーザの励起光源といった目的にも
好適である。2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor lasers have been widely used as light sources for optical recording devices, solid-state laser excitation, and optical communication. Among them, distributed feedback type (DFB: Distributed Fe
The semiconductor laser forms a diffraction grating by providing periodic irregularities in an optical waveguide in the semiconductor laser, and achieves wavelength stabilization by utilizing a feedback effect of light by the diffraction grating. Since such a DFB laser oscillates in a stable single mode, the longitudinal mode hopping phenomenon caused by a temperature change does not occur, and the mode hopping noise seen in a normal Fabry-Perot semiconductor laser does not occur. It is excellent as a light source that requires a noise level. In addition, the DFB laser has excellent characteristics such as a small change in temperature of the oscillation wavelength and a choice of the oscillation wavelength by changing the period of the diffraction grating.
It is also suitable for purposes such as a light source for optical communication and an excitation light source for a solid-state laser.
【0003】図6は従来のDFBレーザの一例を示し、
図6(a)は全体斜視図、図6(b)は回折格子の形状
を示す部分斜視図である。このDFBレーザは、特開昭
60−66484号公報に記載されているもので、n型
(以下、n−と記す)GaAs基板102の上に順次、
n−Al0.40Ga0.60Asクラッド層103、ノンドー
プAl0.10Ga0.90As活性層104、p型(以下、p
−と記す)Al0.25Ga0.75As光ガイド層105、ス
トライプ状窓を有するn−GaAs電流阻止層106、
p−Al0.40Ga0.60Asクラッド層107、p−Ga
Asコンタクト層108が形成され、基板102の下面
およびコンタクト層108の上面に電極101、109
が形成されている。FIG. 6 shows an example of a conventional DFB laser.
FIG. 6A is an overall perspective view, and FIG. 6B is a partial perspective view showing the shape of the diffraction grating. This DFB laser is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-66484, and is sequentially formed on an n-type (hereinafter referred to as n-) GaAs substrate 102.
n-Al 0.40 Ga 0.60 As clad layer 103, non-doped Al 0.10 Ga 0.90 As active layer 104, p-type (hereinafter referred to as p-type)
-) Al 0.25 Ga 0.75 As light guide layer 105, n-GaAs current blocking layer 106 having a striped window,
p-Al 0.40 Ga 0.60 As clad layer 107, p-Ga
An As contact layer 108 is formed, and electrodes 101 and 109 are formed on the lower surface of the substrate 102 and the upper surface of the contact layer 108.
Are formed.
【0004】図6(b)に示すように、光ガイド層10
5の上面でストライプ状窓の底になる部分111、およ
び電流阻止層106の上面には、周期的な凹凸からなる
回折格子112、113がそれぞれ形成されている。こ
れらの回折格子112、113の上に、ストライプ状窓
を埋めるようにクラッド層107が形成される。[0006] As shown in FIG.
5, diffraction gratings 112 and 113 having periodic irregularities are formed on a portion 111 that becomes the bottom of the striped window on the upper surface of the strip 5 and on the upper surface of the current blocking layer 106, respectively. A cladding layer 107 is formed on these diffraction gratings 112 and 113 so as to fill the stripe-shaped window.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】図6に示す従来のDF
Bレーザでは、電流は電流阻止層106のストライプ状
窓を通って活性層104に注入される。そのため光ガイ
ド層105のストライプ状窓の底になる部分111、す
なわち電流注入領域にも回折格子が作製されている。The conventional DF shown in FIG.
In a B laser, current is injected into the active layer 104 through a striped window in the current blocking layer 106. Therefore, a diffraction grating is also formed in the portion 111 of the light guide layer 105 which is the bottom of the striped window, that is, in the current injection region.
【0006】しかしながら、回折格子作製時のエッチン
グ等のプロセスにおいて結晶表面が大気に曝されること
などにより基板表面の酸化が起こり多数の結晶欠陥が生
成されてしまうため、図6の構造では活性層104の直
上付近に結晶欠陥が集中して、結晶性が劣悪な部分が存
在することになる。However, in a process such as etching at the time of fabricating a diffraction grating, the crystal surface is exposed to the air and the like, so that the substrate surface is oxidized and a large number of crystal defects are generated. Crystal defects are concentrated just above the portion 104, and a portion having poor crystallinity exists.
【0007】このような半導体レーザでは、動作中に、
既存の結晶欠陥が引金となって、結晶欠陥がさらに増加
する傾向があり、寿命が極端に短くなる。また、レーザ
共振器中の内部損失が大きくなり、発振閾値の増大や効
率の低下などの問題が生ずる。In such a semiconductor laser, during operation,
Existing crystal defects tend to trigger and increase the crystal defects further, resulting in an extremely short life. In addition, the internal loss in the laser resonator increases, causing problems such as an increase in oscillation threshold and a decrease in efficiency.
【0008】本発明の目的は、低い発振閾値で高い発振
効率、高い信頼性、長寿命を持ち、発振波長が安定化さ
れた半導体レーザ装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device which has high oscillation efficiency at a low oscillation threshold, high reliability, long life, and has a stable oscillation wavelength.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、活性層の両面
側に、該活性層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対
のクラッド層がそれぞれ設けられ、前記クラッド層の一
方にストライプ状の窓を有する電流ブロック層が埋め込
まれた自己整合型の半導体レーザ装置において、前記電
流ブロック層の界面または該界面と活性層との間であっ
て、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長を制御
するための回折格子が形成されていることを特徴とする
半導体レーザ装置である。According to the present invention, a pair of cladding layers having a forbidden band width greater than or equal to the forbidden band width of the active layer are provided on both sides of the active layer, and a stripe is formed on one of the cladding layers. In a self-aligned semiconductor laser device in which a current block layer having a shaped window is embedded, an interface of the current block layer or between the interface and the active layer, in a region excluding a striped window, A semiconductor laser device comprising a diffraction grating for controlling an oscillation wavelength.
【0010】本発明に従えば、半導体レーザに電圧を印
加するとキャリアが注入され、クラッド層を通過する際
に電流ブロック層によって阻止される。そのため、キャ
リアは、電流ブロック層の存在しない部分、すなわちス
トライプ状の溝の部分のみを通過する。活性層に注入さ
れたキャリアは再結合して光を輻射し、注入電流レベル
を増加させていくと誘導放出が始まり、やがてレーザ発
振に至る。レーザ光の一部は電流ブロック層の下部まで
浸み出して、導波される。According to the present invention, when a voltage is applied to the semiconductor laser, carriers are injected and are blocked by the current blocking layer when passing through the cladding layer. Therefore, the carriers pass only through the portion where the current blocking layer does not exist, that is, only through the stripe-shaped groove portion. Carriers injected into the active layer recombine and radiate light. As the level of the injected current increases, stimulated emission starts, and eventually laser oscillation occurs. Part of the laser light oozes to the lower part of the current blocking layer and is guided.
【0011】電流ブロック層の下部には発振波長を安定
化するための回折格子を形成している。回折格子とし
て、a)電流ブロック層の界面(下側界面および上側界
面の一方または両方)に周期的凹凸を形成したものや、
b)この活性層側界面と活性層との間にグレーティング
層を形成したもの、等が可能である。A diffraction grating for stabilizing the oscillation wavelength is formed below the current blocking layer. As a diffraction grating, a) one having periodic irregularities formed at an interface (one or both of a lower interface and an upper interface) of a current blocking layer,
b) A grating layer formed between the active layer-side interface and the active layer can be used.
【0012】ここで、電流ブロック層の下部に形成され
た周期的凹凸の周期Λ、あるいはグレーティング層の幅
が変化する周期Λが、次式(1)を満足するように設定
する。Here, the period の of the periodic unevenness formed below the current block layer or the period す る in which the width of the grating layer changes 設定 is set so as to satisfy the following equation (1).
【0013】 Λ = m・λo /(2・nr) …(1) 但し、mは1以上の整数(1、2、3、…)、nr は光
導波路の屈折率、λoは発振波長である。この回折条件
を満たすことによって、波長λo の光のみが選択されて
単一モード発振が得られる。Λ = m · λo / (2 · nr) (1) where m is an integer of 1 or more (1, 2, 3,...), Nr is the refractive index of the optical waveguide, and λo is the oscillation wavelength. . By satisfying this diffraction condition, only light having the wavelength λo is selected, and a single mode oscillation is obtained.
【0014】さらに、本発明では回折格子をストライプ
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。Further, according to the present invention, the diffraction grating is formed only in the region excluding the stripe-shaped window. Since the diffraction grating does not exist in the current injection region through which the current passes, crystal defects occur in this region. Not. Therefore, the possibility that problems such as an increase in the oscillation threshold value and a decrease in the oscillation efficiency are extremely reduced. In addition, a decrease in reliability due to growth of crystal defects can be suppressed.
【0015】また本発明は、活性層の片面側または両面
側に、該活性層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する光導
波層が設けられ、活性層および光導波層を挟むように、
該光導波層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対のク
ラッド層がそれぞれ設けられ、前記クラッド層の少なく
とも一方にストライプ状の窓を有する電流ブロック層が
埋め込まれた自己整合型の半導体レーザ装置において、
前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置である。Further, according to the present invention, an optical waveguide layer having a forbidden band width equal to or larger than the forbidden band width of the active layer is provided on one side or both sides of the active layer, and the active layer and the optical waveguide layer are sandwiched therebetween.
A self-aligned semiconductor laser in which a pair of cladding layers each having a forbidden band width equal to or larger than the forbidden band width of the optical waveguide layer is provided, and a current blocking layer having a stripe-shaped window is embedded in at least one of the cladding layers. In the device,
A semiconductor laser, wherein a diffraction grating for controlling an oscillation wavelength is formed in an interface of the current blocking layer or between the interface and the active layer and excluding a stripe-shaped window. Device.
【0016】本発明に従えば、活性層の片面側または両
面側に光導波層を設けることによって、活性層で発生し
た光が光導波層によって案内されるため、活性層での光
集中を回避でき、レーザの高出力化、長寿命化が図られ
る。According to the present invention, by providing an optical waveguide layer on one side or both sides of the active layer, light generated in the active layer is guided by the optical waveguide layer, so that light concentration on the active layer is avoided. As a result, higher output and longer life of the laser can be achieved.
【0017】さらに、本発明では回折格子をストライプ
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。Further, according to the present invention, the diffraction grating is formed only in the region excluding the stripe-shaped window. Since the diffraction grating does not exist in the current injection region through which the current passes, crystal defects occur in this region. Not. Therefore, the possibility that problems such as an increase in the oscillation threshold value and a decrease in the oscillation efficiency are extremely reduced. In addition, a decrease in reliability due to growth of crystal defects can be suppressed.
【0018】また本発明は、活性層の両面側に、該活性
層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対の光導波層が
それぞれ設けられ、活性層および光導波層を挟むよう
に、該光導波層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する一対
のクラッド層がそれぞれ設けられ、活性層と光導波層と
の間に、該活性層および該光導波層の各禁制帯幅以上の
禁制帯幅を有するキャリアブロック層が設けられ、該光
導波層の少なくとも一方にストライプ状の窓を有する電
流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導体レーザ
装置において、前記電流ブロック層の界面または該界面
と活性層との間であって、ストライプ状の窓を除いた領
域に、発振波長を制御するための回折格子が形成されて
いることを特徴とする半導体レーザ装置である。Further, according to the present invention, a pair of optical waveguide layers each having a forbidden band width equal to or larger than the forbidden band width of the active layer is provided on both sides of the active layer, and the active layer and the optical waveguide layer are sandwiched therebetween. A pair of cladding layers each having a forbidden bandwidth equal to or greater than the forbidden band width of the optical waveguide layer are provided, and between the active layer and the optical waveguide layer, each of the active layer and each of the forbidden bandwidths of the optical waveguide layer or greater. In a self-aligned semiconductor laser device in which a carrier block layer having a forbidden band width is provided and a current block layer having a stripe-shaped window is embedded in at least one of the optical waveguide layers, an interface of the current block layer or the A semiconductor laser device characterized in that a diffraction grating for controlling an oscillation wavelength is formed in a region between an interface and an active layer, excluding a striped window.
【0019】本発明に従えば、半導体レーザに電圧を印
加するとキャリア(電子やホール)が注入され、光導波
層を通過する際に電流ブロック層によって阻止される。
そのため、キャリアは、電流ブロック層の存在しない部
分、すなわちストライプ状の溝の部分のみを通過する。
活性層に注入されたキャリアは再結合して光を輻射し、
注入電流レベルを増加させていくと誘導放出が始まり、
やがてレーザ発振に至る。レーザ光の一部は電流ブロッ
ク層の下部まで浸み出して、導波される。一方、活性層
内のキャリアは、キャリアブロック層の存在によって活
性層内に閉じ込められるため、再結合効率が向上する。According to the present invention, when a voltage is applied to the semiconductor laser, carriers (electrons and holes) are injected and are blocked by the current blocking layer when passing through the optical waveguide layer.
Therefore, the carriers pass only through the portion where the current blocking layer does not exist, that is, only through the stripe-shaped groove portion.
The carriers injected into the active layer recombine and emit light,
As the injection current level increases, stimulated emission begins,
Eventually, laser oscillation occurs. Part of the laser light oozes to the lower part of the current blocking layer and is guided. On the other hand, the carriers in the active layer are confined in the active layer by the presence of the carrier block layer, so that the recombination efficiency is improved.
【0020】電流ブロック層の下部には発振波長を安定
化するための回折格子を形成している。回折格子とし
て、a)電流ブロック層の界面(下側界面および上側界
面の一方または両方)に周期的凹凸を形成したものや、
b)この活性層側界面と活性層との間にグレーティング
層を形成したもの、等が可能である。ここで、周期的凹
凸の周期Λあるいはグレーティング層の幅が変化する周
期Λが、上記式(1)を満足するように設定することに
よって、単一モード発振が得られる。A diffraction grating for stabilizing the oscillation wavelength is formed below the current block layer. As a diffraction grating, a) one having periodic irregularities formed at an interface (one or both of a lower interface and an upper interface) of a current blocking layer,
b) A grating layer formed between the active layer-side interface and the active layer can be used. Here, a single mode oscillation can be obtained by setting the period of the periodic unevenness {or the period at which the width of the grating layer changes} so as to satisfy the above equation (1).
【0021】さらに、本発明では回折格子をストライプ
状の窓を除いた領域のみに形成しており、電流が通過す
る電流注入領域には回折格子が存在しないため、この領
域に結晶欠陥が発生していない。そのため、発振閾値の
増加、発振効率の低下といった問題が生じる可能性は極
めて少なくなる。また結晶欠陥の増殖による信頼性の低
下も抑制できる。Further, in the present invention, the diffraction grating is formed only in the region excluding the stripe-shaped window. Since the diffraction grating does not exist in the current injection region through which the current passes, crystal defects occur in this region. Not. Therefore, the possibility that problems such as an increase in the oscillation threshold value and a decrease in the oscillation efficiency are extremely reduced. In addition, a decrease in reliability due to growth of crystal defects can be suppressed.
【0022】このように活性層と光導波層との間にキャ
リアブロック層を設けることによって、活性層へのキャ
リア閉じ込めとは独立して、素子内の導波機構の設計を
自由に行うことができるため、広い光導波層の採用によ
って導波モードを理想的なガウス型に近づけることが可
能になる。これによって回折格子の屈折率や厚さを広い
範囲で選択できるため、設計自由度が増し、しかも製造
マージンが広くなり、、半導体レーザの製造歩留まりが
向上する。これに対して、活性層と光導波層との間にキ
ャリアブロック層を設けない構造である場合、導波モー
ドは急峻なピークを持つ富士山型となる。一方、活性層
と光導波層との間にキャリアブロック層を設けた場合、
導波モードは富士山型と比べて肩が張り出した形状を持
つガウス型となり、電場強度が大きい部分では電場強度
の変化がより緩やかになる。したがって、ガウス型の導
波モードを持つ半導体レーザにおいて、波長を制御する
ための回折格子を活性層から離れた位置に形成した場合
であっても、回折格子が充分機能するとともに、電場強
度変化が緩やかであることに起因して、活性層と回折格
子との間の距離や屈折率分布が製造プロセスで多少変動
しても、その影響が小さくて済み、素子の製造歩留まり
を向上させることができる。By providing the carrier block layer between the active layer and the optical waveguide layer, the waveguide mechanism in the device can be freely designed independently of the confinement of carriers in the active layer. Therefore, the adoption of a wide optical waveguide layer makes it possible to make the waveguide mode closer to an ideal Gaussian type. As a result, the refractive index and thickness of the diffraction grating can be selected in a wide range, so that the degree of freedom in design is increased, the manufacturing margin is widened, and the manufacturing yield of the semiconductor laser is improved. On the other hand, in the case where the carrier block layer is not provided between the active layer and the optical waveguide layer, the waveguide mode becomes a Mt. Fuji type having a sharp peak. On the other hand, when a carrier block layer is provided between the active layer and the optical waveguide layer,
The waveguide mode is a Gaussian type having a shape in which the shoulder is overhanged compared to the Mt. Fuji type, and changes in the electric field intensity become more gradual in a portion where the electric field intensity is large. Therefore, in a semiconductor laser having a Gaussian waveguide mode, even if a diffraction grating for controlling the wavelength is formed at a position distant from the active layer, the diffraction grating functions sufficiently and the electric field intensity changes. Even if the distance and the refractive index distribution between the active layer and the diffraction grating are slightly changed in the manufacturing process due to the gradual effect, the influence can be reduced and the manufacturing yield of the element can be improved. .
【0023】また本発明は、光導波層を形成する半導体
材料を、GaAsもしくはAl組成が0.3以下のAl
GaAs、またはInGaP、InGaAsPのいずれ
かとすることを特徴とする。Further, according to the present invention, the semiconductor material forming the optical waveguide layer is made of GaAs or Al having an Al composition of 0.3 or less.
It is characterized by being made of GaAs, InGaP, or InGaAsP.
【0024】本発明によれば、発振波長を安定化する回
折格子を形成するためのプロセスにおいて、大気に曝さ
れる光導波層を酸化劣化の小さい材料、すなわちAl組
成比の低い材料あるいはAlを含まない材料で形成して
いる。したがって、回折格子を形成する領域やストライ
プ部で大気に曝される面の酸化が抑えられて、再成長す
る各層の結晶性が向上し、信頼性の高い半導体レーザが
得られる。ここで、InGaPとInGaAsPのそれ
ぞれの元素の組成比は基板と格子整合がとれるものであ
ればよい。According to the present invention, in a process for forming a diffraction grating for stabilizing an oscillation wavelength, an optical waveguide layer exposed to the atmosphere is made of a material having a small oxidation deterioration, that is, a material having a low Al composition ratio or Al. It is formed of a material that does not contain. Therefore, oxidation of the region where the diffraction grating is formed or the surface exposed to the atmosphere in the stripe portion is suppressed, the crystallinity of each layer to be regrown is improved, and a highly reliable semiconductor laser can be obtained. Here, the composition ratios of the respective elements of InGaP and InGaAsP may be any as long as they can achieve lattice matching with the substrate.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下の実施形態ではいずれも回折
格子は、周知の方法である干渉露光法によりグレーティ
ングを作り込んだレジストをマスクとして、回折格子を
形成する層をエッチングすることにより作製した。すな
わち回折格子を形成する層を成長させたところで、レジ
ストを塗布し、レーザ光の干渉露光によりレジストをグ
レーティング状に露光した後現像し、そのレジストをマ
スクにして下の層を所定の深さエッチングして、マスク
のレジストを除去した後、上の層を引き続いて成長させ
た。この工程で回折格子を形成する層は大気に曝される
ことになる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following embodiments, a diffraction grating is manufactured by etching a layer forming a diffraction grating by using a resist in which a grating is formed by a well-known interference exposure method as a mask. . That is, when a layer for forming a diffraction grating is grown, a resist is applied, the resist is exposed to a grating shape by interference exposure of a laser beam, developed, and the lower layer is etched to a predetermined depth using the resist as a mask. After removing the mask resist, the upper layer was subsequently grown. In this step, the layer forming the diffraction grating is exposed to the atmosphere.
【0026】(第1実施形態)図1は本発明の第1実施
形態を示し、図1(a)は全体斜視図、図1(b)は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、DFBレーザとして構成され、n−GaAs
から成る基板1の上に順次、n−GaAs(厚さt=
0.5μm)から成るバッファ層2、n−AlGaAs
(Al組成比x=0.4、t=1.5μm)から成るク
ラッド層3、ノンドープGaAs井戸層(t=0.00
8μm)/ノンドープAlGaAsバリア層(x=0.
2、t=0.005μm)から成る二重量子井戸活性層
4、p−AlGaAs(x=0.4、t=1.6μm)
から成るクラッド層6、p−GaAs(t=1.0μ
m)から成るコンタクト層7がMOCVD(有機金属化
学気相成長法)等を用いて形成され、さらにクラッド層
6の中にストライプ状の窓を有するn−AlGaAs
(x=0.5、t=0.1μm)から成る電流ブロック
層5が埋め込まれている。基板1の下面およびコンタク
ト層7の上面には、電極9、8がそれぞれ形成されてい
る。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an overall perspective view, and FIG. 1 (b) is a partial perspective view showing the shape of a diffraction grating. This semiconductor laser device is configured as a DFB laser and has n-GaAs
N-GaAs (thickness t =
0.5 μm), n-AlGaAs
(Al composition ratio x = 0.4, t = 1.5 μm) clad layer 3, non-doped GaAs well layer (t = 0.00
8 μm) / non-doped AlGaAs barrier layer (x = 0.
2, t = 0.005 μm) double quantum well active layer 4, p-AlGaAs (x = 0.4, t = 1.6 μm)
Clad layer 6 made of p-GaAs (t = 1.0 μm)
m) is formed using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or the like, and n-AlGaAs having a stripe-shaped window in the cladding layer 6 is formed.
The current block layer 5 (x = 0.5, t = 0.1 μm) is embedded. Electrodes 9 and 8 are formed on the lower surface of the substrate 1 and the upper surface of the contact layer 7, respectively.
【0027】AlGaAs系材料は、Al組成が増加す
るにつれて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態
では、活性層4の禁制帯幅よりもクラッド層の禁制帯幅
の方が大きくなる。The AlGaAs-based material tends to increase the forbidden band width as the Al composition increases. In the present embodiment, the forbidden band width of the cladding layer is larger than the forbidden band width of the active layer 4.
【0028】図1(b)に示すように、電流ブロック層
5の活性層側界面には、周期的な凹凸形状から成る回折
格子10が形成されており、電流ブロック層5が存在し
ないストライプ状の窓部11、すなわち電流注入領域に
は回折格子は存在しない。回折格子10の上には電流ブ
ロック層5が形成され、さらに窓部11を埋めるように
クラッド層6が形成される。As shown in FIG. 1B, a diffraction grating 10 having a periodic uneven shape is formed at the interface of the current blocking layer 5 on the active layer side, and is formed in a stripe shape without the current blocking layer 5. No diffraction grating exists in the window portion 11, ie, the current injection region. The current blocking layer 5 is formed on the diffraction grating 10, and the cladding layer 6 is formed so as to fill the window 11.
【0029】次に動作を説明する。コンタクト層7の電
極8に正、基板1の電極9に負のバイアス電圧を印加す
ると、コンタクト層7から基板1に向かって電流が流
れ、電流ブロック層5が存在しない領域、すなわちスト
ライプ状の窓部11のみを通過することによって、電流
密度が増加する。Next, the operation will be described. When a positive bias voltage is applied to the electrode 8 of the contact layer 7 and a negative bias voltage is applied to the electrode 9 of the substrate 1, a current flows from the contact layer 7 toward the substrate 1, and a region where the current blocking layer 5 does not exist, that is, a stripe-shaped window By passing only the part 11, the current density increases.
【0030】電流はキャリアとして活性層4に注入さ
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層4の両側にある
クラッド層3、6に浸み出し、電流ブロック層5の下部
にも浸み出して、導波される。A current is injected into the active layer 4 as a carrier, and radiates light by carrier recombination. Furthermore, as the amount of injected current is increased, stimulated emission starts, and eventually leads to laser oscillation. The laser light oozes into the cladding layers 3 and 6 on both sides of the active layer 4, oozes out into the lower part of the current blocking layer 5, and is guided.
【0031】ここで、回折格子10の周期Λが式(1)
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部11において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いDFB半導体レーザを実現できる。Here, the period Λ of the diffraction grating 10 is given by the following equation (1).
Is satisfied so that only the wavelength λo selectively oscillates, and as a result, a single mode oscillation is obtained. At this time, in the window 11 which is a current injection region,
Since there is no deterioration in crystallinity, a DFB semiconductor laser having a low oscillation threshold, high efficiency, and long life can be realized.
【0032】(第2実施形態)図2は、本発明の第2実
施形態を示す斜視図である。この半導体レーザ装置は、
DFBレーザとして構成され、n−GaAsから成る基
板21の上に順次、n−GaAs(厚さt=0.5μ
m)から成るバッファ層22、n−AlGaAs(Al
組成比x=0.45、t=1.5μm)から成るクラッ
ド層23、ノンドープAlGaAs井戸層(x=0.
1、t=0.006μm)/AlGaAsバリア層(x
=0.3、t=0.005μm)から成る二重量子井戸
活性層24、p−AlGaAs(x=0.3、t=0.
15μm)から成る第1クラッド層25、p−AlGa
As(x=0.55、t=1.0μm)から成る第2ク
ラッド層27、p−GaAsから成るコンタクト層28
がMOCVD(有機金属化学気相成長法)等を用いて形
成され、さらに第1クラッド層25と第2クラッド層2
7との間には、ストライプ状の窓を有するn−AlGa
As(x=0.58、t=0.1μm)から成る電流ブ
ロック層26が埋め込まれている。基板21の下面およ
びコンタクト層28の上面には、電極30、29がそれ
ぞれ形成されている。(Second Embodiment) FIG. 2 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention. This semiconductor laser device
It is configured as a DFB laser, and n-GaAs (thickness t = 0.5 μm) is sequentially formed on a substrate 21 made of n-GaAs.
m), n-AlGaAs (Al
A cladding layer 23 having a composition ratio x = 0.45, t = 1.5 μm) and a non-doped AlGaAs well layer (x = 0.
1, t = 0.006 μm) / AlGaAs barrier layer (x
= 0.3, t = 0.005 μm), the p-AlGaAs (x = 0.3, t = 0.
15 μm), the first cladding layer 25 comprising p-AlGa
Second cladding layer 27 made of As (x = 0.55, t = 1.0 μm), contact layer 28 made of p-GaAs
Is formed using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or the like, and the first clad layer 25 and the second clad layer 2 are formed.
7, n-AlGa having a striped window
A current blocking layer 26 made of As (x = 0.58, t = 0.1 μm) is embedded. Electrodes 30 and 29 are formed on the lower surface of the substrate 21 and the upper surface of the contact layer 28, respectively.
【0033】ここで、第1クラッド層25は、活性層2
4で発生した光を案内する光導波層として機能する。ま
た、AlGaAs系材料はAl組成が増加するにつれて
禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、活性
層24の禁制帯幅よりも第1クラッド層25の禁制帯幅
の方が大きく、さらに第1クラッド層25よりも下側の
クラッド層23および上側の第2クラッド層27の禁制
帯幅の方が大きくなる。Here, the first cladding layer 25 is formed of the active layer 2
4 functions as an optical waveguide layer for guiding the light generated. In addition, the band gap of AlGaAs-based materials tends to increase as the Al composition increases. In the present embodiment, the forbidden band width of the first cladding layer 25 is larger than the forbidden band width of the active layer 24, and the cladding layer 23 and the second cladding layer 27 above the first cladding layer 25 are lower than the first cladding layer 25. The forbidden band is larger.
【0034】電流ブロック層26の活性層側界面には、
周期的な凹凸形状から成る回折格子31が形成されてお
り、電流ブロック層26が存在しないストライプ状の窓
部11、すなわち電流注入領域には回折格子は存在しな
い。At the interface of the current blocking layer 26 on the active layer side,
A diffraction grating 31 having a periodic uneven shape is formed, and the diffraction grating does not exist in the striped window portion 11 where the current blocking layer 26 does not exist, that is, in the current injection region.
【0035】次に動作を説明する。コンタクト層28の
電極29に正、基板21の電極30に負のバイアス電圧
を印加すると、コンタクト層28から基板21に向かっ
て電流が流れ、電流ブロック層26が存在しない領域、
すなわちストライプ状の窓部11のみを通過することに
よって、電流密度が増加する。Next, the operation will be described. When a positive bias voltage is applied to the electrode 29 of the contact layer 28 and a negative bias voltage is applied to the electrode 30 of the substrate 21, a current flows from the contact layer 28 toward the substrate 21, a region where the current blocking layer 26 does not exist,
That is, the current density is increased by passing through only the striped window 11.
【0036】電流はキャリアとして活性層24に注入さ
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層24の両側にあ
るクラッド層23や第1クラッド層25に浸み出し、電
流ブロック層26の下部にも浸み出して、導波される。A current is injected into the active layer 24 as a carrier, and radiates light by carrier recombination. Furthermore, as the amount of injected current is increased, stimulated emission starts, and eventually leads to laser oscillation. The laser light oozes into the cladding layer 23 and the first cladding layer 25 on both sides of the active layer 24 and also oozes out below the current blocking layer 26 and is guided.
【0037】ここで、回折格子31の周期Λが式(1)
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部11において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いDFB半導体レーザを実現できる。Here, the period Λ of the diffraction grating 31 is given by the following equation (1).
Is satisfied so that only the wavelength λo selectively oscillates, and as a result, a single mode oscillation is obtained. At this time, in the window 11 which is a current injection region,
Since there is no deterioration in crystallinity, a DFB semiconductor laser having a low oscillation threshold, high efficiency, and long life can be realized.
【0038】(第3実施形態)図3は、本発明の第3実
施形態を示す斜視図である。この半導体レーザ装置は、
DFBレーザとして構成され、n−GaAsから成る基
板41の上に順次、n−GaAs(厚さt=0.5μ
m)から成るバッファ層42、n−AlGaAs(Al
組成比x=0.24、t=1.1μm)から成るクラッ
ド層43、n−AlGaAs(x=0.2、t=0.8
8μm)から成る光導波層44、n−AlGaAs(x
=0.5、t=0.02μm)から成るキャリアブロッ
ク層45、ノンドープInGaAs井戸層(In組成比
y=0.2、t=0.008μm)/ノンドープAlG
aAsバリア層(Al組成比x=0.2、t=0.00
6μm)から成る二重量子井戸活性層46、p−AlG
aAs(x=0.5、t=0.02μm)から成るキャ
リアブロック層47、p−AlGaAs(x=0.2、
t=0.88μm)から成る光導波層48、p−AlG
aAs(Al組成=0.24、t=1.1μm)から成
るクラッド層50、p−GaAsから成るコンタクト層
51がMOCVD(有機金属化学気相成長法)等を用い
て形成され、さらに光導波層48の中にストライプ状の
窓を有するn−AlGaAs(Al組成比x=0.3
3、t=0.1μm)から成る電流ブロック層49が埋
め込まれている。基板41の下面およびコンタクト層5
1の上面には、電極53、52がそれぞれ形成されてい
る。(Third Embodiment) FIG. 3 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention. This semiconductor laser device
The substrate is configured as a DFB laser, and n-GaAs (thickness t = 0.5 μm) is sequentially formed on a substrate 41 made of n-GaAs.
m), n-AlGaAs (Al
A cladding layer 43 having a composition ratio x = 0.24, t = 1.1 μm, n-AlGaAs (x = 0.2, t = 0.8)
8 μm), n-AlGaAs (x
= 0.5, t = 0.02 μm), non-doped InGaAs well layer (In composition ratio y = 0.2, t = 0.008 μm) / non-doped AlG
aAs barrier layer (Al composition ratio x = 0.2, t = 0.00
6 μm), a double quantum well active layer 46 of p-AlG
The carrier block layer 47 made of aAs (x = 0.5, t = 0.02 μm), p-AlGaAs (x = 0.2,
t = 0.88 μm), optical waveguide layer 48, p-AlG
A cladding layer 50 made of aAs (Al composition = 0.24, t = 1.1 μm) and a contact layer 51 made of p-GaAs are formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or the like, and furthermore, optical waveguides are formed. N-AlGaAs having a stripe-shaped window in the layer 48 (Al composition ratio x = 0.3
(3, t = 0.1 μm) is buried. Lower surface of substrate 41 and contact layer 5
Electrodes 53 and 52 are respectively formed on the upper surface of 1.
【0039】AlGaAs系材料はInGaAs系材料
よりも禁制帯幅が大きく、またAl組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層46の禁制帯幅よりも光導波層44、48の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層44、48よりもク
ラッド層43、50の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層44、48よりもキャリアブロック層45、47
の各禁制帯幅の方が大きくなる。The AlGaAs-based material has a larger bandgap than the InGaAs-based material, and the bandgap tends to increase as the Al composition increases. In this embodiment,
The forbidden band width of the optical waveguide layers 44 and 48 is larger than the forbidden band width of the active layer 46, and the forbidden band width of each of the cladding layers 43 and 50 is larger than that of the optical waveguide layers 44 and 48. Carrier block layers 45, 47 rather than wave layers 44, 48
Each forbidden band is larger.
【0040】電流ブロック層49の活性層側界面には、
周期的な凹凸形状から成る回折格子61が形成されてお
り、電流ブロック層49が存在しないストライプ状の窓
部11、すなわち電流注入領域には回折格子は存在しな
い。At the interface of the current blocking layer 49 on the active layer side,
A diffraction grating 61 having a periodic uneven shape is formed, and no diffraction grating exists in the striped window portion 11 where the current blocking layer 49 does not exist, that is, in the current injection region.
【0041】次に動作を説明する。コンタクト層51の
電極52に正、基板41の電極53に負のバイアス電圧
を印加すると、コンタクト層51から基板41に向かっ
て電流が流れ、電流ブロック層49が存在しない領域、
すなわちストライプ状の窓部11のみを通過することに
よって、電流密度が増加する。Next, the operation will be described. When a positive bias voltage is applied to the electrode 52 of the contact layer 51 and a negative bias voltage is applied to the electrode 53 of the substrate 41, a current flows from the contact layer 51 toward the substrate 41, and a region where the current blocking layer 49 does not exist,
That is, the current density is increased by passing through only the striped window 11.
【0042】電流はキャリアとして活性層46に注入さ
れ、キャリア再結合によって光を輻射する。さらに、注
入電流量を増加させていくと誘導放射が始まり、やがて
レーザ発振に至る。レーザ光は、活性層46の両側にあ
る光導波層44、48に浸み出し、電流ブロック層49
の下部にも浸み出して、導波される。一方、活性層46
内のキャリアは、キャリアブロック層45、47の存在
によって活性層内に閉じ込められるため、再結合効率が
向上する。A current is injected into the active layer 46 as a carrier, and radiates light by carrier recombination. Furthermore, as the amount of injected current is increased, stimulated emission starts, and eventually leads to laser oscillation. The laser light seeps into the optical waveguide layers 44 and 48 on both sides of the active layer 46, and the current blocking layer 49
Also seeps out and is guided. On the other hand, the active layer 46
The carriers inside are confined in the active layer by the presence of the carrier block layers 45 and 47, so that the recombination efficiency is improved.
【0043】ここで、回折格子61の周期Λが式(1)
を満足するように設定することによって、波長λo のみ
が選択的に発振し、その結果、単一モード発振が得られ
る。このとき、電流注入領域である窓部11において、
結晶性の劣化がないため、低発振閾値、高効率で、しか
も寿命の長いDFB半導体レーザを実現できる。Here, the period Λ of the diffraction grating 61 is given by the following equation (1).
Is satisfied so that only the wavelength λo selectively oscillates, and as a result, a single mode oscillation is obtained. At this time, in the window 11 which is a current injection region,
Since there is no deterioration in crystallinity, a DFB semiconductor laser having a low oscillation threshold, high efficiency, and long life can be realized.
【0044】なお、本実施形態では電流ブロック層49
の活性層側界面に回折格子61を形成する場合を説明し
たが、電流ブロック層49のコンタクト層側界面に同様
な回折格子を形成してもよい。In this embodiment, the current blocking layer 49 is used.
Although the case where the diffraction grating 61 is formed at the interface on the active layer side has been described, a similar diffraction grating may be formed at the interface on the contact layer side of the current blocking layer 49.
【0045】(第4実施形態)図4は本発明の第4実施
形態を示し、図4(a)は全体斜視図、図4(b)は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、DFBレーザとして構成され、n−GaAs
から成る基板71の上に順次、n−GaAs(厚さt=
0.5μm)から成るバッファ層72、n−AlGaA
s(Al組成比x=0.24、t=1.1μm)から成
るクラッド層73、n−AlGaAs(x=0.2、t
=0.83μm)から成る光導波層74、n−AlGa
As(x=0.5、t=0.02μm)から成るキャリ
アブロック層75、ノンドープInGaAs井戸層(I
n組成比y=0.2、t=0.008μm)/ノンドー
プAlGaAsバリア層(Al組成比x=0.2、t=
0.006μm)から成る二重量子井戸活性層76、p
−AlGaAs(x=0.5、t=0.02μm)から
成るキャリアブロック層77、p−AlGaAs(x=
0.2、t=0.83μm)から成る光導波層78、p
−AlGaAs(Al組成=0.24、t=1.1μ
m)から成るクラッド層80、p−GaAsから成るコ
ンタクト層81がMOCVD(有機金属化学気相成長
法)等を用いて形成され、さらに光導波層78の中にス
トライプ状の窓を有するn−AlGaAs(Al組成比
x=0.24、t=0.1μm)から成る電流ブロック
層79が埋め込まれている。基板71の下面およびコン
タクト層81の上面には、電極83、82がそれぞれ形
成されている。(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is an overall perspective view, and FIG. 4 (b) is a partial perspective view showing the shape of a diffraction grating. This semiconductor laser device is configured as a DFB laser and has n-GaAs
N-GaAs (thickness t =
0.5 μm), n-AlGaAs
s (Al composition ratio x = 0.24, t = 1.1 μm) cladding layer 73, n-AlGaAs (x = 0.2, t
= 0.83 μm), n-AlGa
As (x = 0.5, t = 0.02 μm) carrier block layer 75, undoped InGaAs well layer (I
n composition ratio y = 0.2, t = 0.008 μm) / non-doped AlGaAs barrier layer (Al composition ratio x = 0.2, t =
0.006 μm) double quantum well active layer 76, p
Carrier block layer 77 made of -AlGaAs (x = 0.5, t = 0.02 μm), p-AlGaAs (x = 0.5
0.2, t = 0.83 μm).
-AlGaAs (Al composition = 0.24, t = 1.1 μm)
m), a contact layer 81 made of p-GaAs is formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or the like, and an n- layer having a stripe-shaped window in the optical waveguide layer 78 is formed. A current blocking layer 79 made of AlGaAs (Al composition ratio x = 0.24, t = 0.1 μm) is embedded. Electrodes 83 and 82 are formed on the lower surface of the substrate 71 and the upper surface of the contact layer 81, respectively.
【0046】AlGaAs系材料はInGaAs系材料
よりも禁制帯幅が大きく、またAl組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層76の禁制帯幅よりも光導波層74、78の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層74、78よりもク
ラッド層73、80の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層74、78よりもキャリアブロック層75、77
の各禁制帯幅の方が大きくなる。The AlGaAs-based material has a larger forbidden band width than the InGaAs-based material, and the forbidden band width tends to increase as the Al composition increases. In this embodiment,
The forbidden band width of the optical waveguide layers 74 and 78 is larger than the forbidden band width of the active layer 76, and the forbidden band width of each of the cladding layers 73 and 80 is larger than that of the optical waveguide layers 74 and 78. Carrier block layers 75, 77 rather than wave layers 74, 78
Each forbidden band is larger.
【0047】また本実施形態は、図3に示した波長制御
用の回折格子61の代わりに同等な機能を持つグレーテ
ィング層91を設けている。In this embodiment, a grating layer 91 having an equivalent function is provided instead of the wavelength control diffraction grating 61 shown in FIG.
【0048】グレーティング層91は、光導波層78の
中にp−GaAs(厚さt=0.05μm)を周期的パ
ターンとなるように作製させたものであり、電流ブロッ
ク層79の活性層側界面と活性層76の間に位置し、窓
部11では均一な厚さに形成され、窓部11の両側では
周期的な凹凸形状に形成され、周期Λの回折格子の機能
を果たす。この周期Λが式(1)を満足するように設定
することによって、波長λo のみが選択的に発振し、そ
の結果、単一モード発振が得られる。このとき、電流注
入領域である窓部11は、グレーティング層91によっ
て保護されるので、結晶性の劣化がなくなり、低発振閾
値、高効率で、しかも寿命の長いDFB半導体レーザを
実現できる。The grating layer 91 is formed of p-GaAs (thickness t = 0.05 μm) in the optical waveguide layer 78 so as to form a periodic pattern, and is formed on the active layer side of the current blocking layer 79. It is located between the interface and the active layer 76, is formed to have a uniform thickness in the window portion 11, and is formed in a periodic uneven shape on both sides of the window portion 11, and functions as a diffraction grating having a period Λ. By setting the period Λ to satisfy the expression (1), only the wavelength λo is selectively oscillated, and as a result, a single mode oscillation is obtained. At this time, the window portion 11, which is a current injection region, is protected by the grating layer 91, so that crystallinity is not deteriorated, and a DFB semiconductor laser having a low oscillation threshold, high efficiency, and a long life can be realized.
【0049】(第5実施形態)図5は本発明の第5実施
形態を示し、図5(a)は全体斜視図、図5(b)は回
折格子の形状を示す部分斜視図である。この半導体レー
ザ装置は、DFBレーザとして構成され、n−GaAs
から成る基板71の上に順次、n−GaAs(厚さt=
0.5μm)から成るバッファ層72、n−AlGaA
s(Al組成比x=0.24、t=1.1μm)から成
るクラッド層73、n−AlGaAs(x=0.2、t
=0.83μm)から成る光導波層74、n−AlGa
As(x=0.5、t=0.02μm)から成るキャリ
アブロック層75、ノンドープInGaAs井戸層(I
n組成比y=0.2、t=0.008μm)/ノンドー
プAlGaAsバリア層(Al組成比x=0.2、t=
0.006μm)から成る二重量子井戸活性層76、p
−AlGaAs(x=0.5、t=0.02μm)から
成るキャリアブロック層77、p−AlGaAs(x=
0.2、t=0.83μm)から成る光導波層78、p
−AlGaAs(Al組成=0.24、t=1.1μ
m)から成るクラッド層80、p−GaAsから成るコ
ンタクト層81がMOCVD(有機金属化学気相成長
法)等を用いて形成され、さらに光導波層78の中にス
トライプ状の窓を有するn−AlGaAs(Al組成比
x=0.24、t=0.1μm)から成る電流ブロック
層79が埋め込まれている。基板71の下面およびコン
タクト層81の上面には、電極53、52がそれぞれ形
成されている。(Fifth Embodiment) FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention. FIG. 5 (a) is an overall perspective view, and FIG. 5 (b) is a partial perspective view showing the shape of a diffraction grating. This semiconductor laser device is configured as a DFB laser and has n-GaAs
N-GaAs (thickness t =
0.5 μm), n-AlGaAs
s (Al composition ratio x = 0.24, t = 1.1 μm) cladding layer 73, n-AlGaAs (x = 0.2, t
= 0.83 μm), n-AlGa
As (x = 0.5, t = 0.02 μm) carrier block layer 75, undoped InGaAs well layer (I
n composition ratio y = 0.2, t = 0.008 μm) / non-doped AlGaAs barrier layer (Al composition ratio x = 0.2, t =
0.006 μm) double quantum well active layer 76, p
Carrier block layer 77 made of -AlGaAs (x = 0.5, t = 0.02 μm), p-AlGaAs (x = 0.5
0.2, t = 0.83 μm).
-AlGaAs (Al composition = 0.24, t = 1.1 μm)
m), a contact layer 81 made of p-GaAs is formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or the like, and an n- layer having a stripe-shaped window in the optical waveguide layer 78 is formed. A current blocking layer 79 made of AlGaAs (Al composition ratio x = 0.24, t = 0.1 μm) is embedded. Electrodes 53 and 52 are formed on the lower surface of the substrate 71 and the upper surface of the contact layer 81, respectively.
【0050】AlGaAs系材料はInGaAs系材料
よりも禁制帯幅が大きく、またAl組成が増加するにつ
れて禁制帯幅も増加する傾向がある。本実施形態では、
活性層76の禁制帯幅よりも光導波層74、78の禁制
帯幅の方が大きく、さらに光導波層74、78よりもク
ラッド層73、80の各禁制帯幅の方が大きく、また光
導波層74、78よりもキャリアブロック層75、77
の各禁制帯幅の方が大きくなる。The AlGaAs-based material has a larger bandgap than the InGaAs-based material, and the bandgap tends to increase as the Al composition increases. In this embodiment,
The forbidden band width of the optical waveguide layers 74 and 78 is larger than the forbidden band width of the active layer 76, and the forbidden band width of each of the cladding layers 73 and 80 is larger than that of the optical waveguide layers 74 and 78. Carrier block layers 75, 77 rather than wave layers 74, 78
Each forbidden band is larger.
【0051】また本実施形態は、図3に示した波長制御
用の回折格子61の代わりに同等な機能を持つグレーテ
ィング層91を設けている。In this embodiment, a grating layer 91 having an equivalent function is provided in place of the wavelength control diffraction grating 61 shown in FIG.
【0052】グレーティング層91は、光導波層78の
中にp−GaAs(厚さt=0.05μm)を周期的パ
ターンとなるように作製させたものであり、電流ブロッ
ク層79の活性層側界面と活性層76の間に位置し、窓
部11の両側で周期的な凹凸形状に形成され、周期Λの
回折格子の機能を果たす。窓部11ではグレーティング
層91は形成されていない。窓部の両側にグレーティン
グ層を形成する方法としては、グレーティング層の選択
成長を利用する方法や、または窓部も含めて成長させた
グレーティング層を窓部だけエッチングして除去する方
法などがある。The grating layer 91 is formed by forming p-GaAs (thickness t = 0.05 μm) in the optical waveguide layer 78 so as to form a periodic pattern, and is formed on the active layer side of the current blocking layer 79. It is located between the interface and the active layer 76, and is formed in a periodic uneven shape on both sides of the window portion 11, and functions as a diffraction grating with a period Λ. The grating layer 91 is not formed in the window 11. As a method of forming the grating layers on both sides of the window, there is a method utilizing selective growth of the grating layer, or a method of etching and removing the grating layer including the window only by the window.
【0053】この周期Λが式(1)を満足するように設
定することによって、波長λo のみが選択的に発振し、
その結果、単一モード発振が得られる。このとき、電流
注入領域である窓部11は、グレーティング層91が無
く、ストライプ状の窓部11に屈折率の異なる層が存在
しなくなるので、発振するレーザ光のモードを乱さない
という利点が生まれる。By setting the period Λ to satisfy the equation (1), only the wavelength λo selectively oscillates,
As a result, a single mode oscillation is obtained. At this time, the window portion 11 serving as the current injection region does not have the grating layer 91, and no layer having a different refractive index exists in the stripe-shaped window portion 11, so that there is an advantage that the mode of the oscillating laser light is not disturbed. .
【0054】以上の実施形態では導波層はAlGaAs
としたが、これらの構造では導波層はInGaP、In
GaAsPまたはAlGaAs(Al組成xが0≦x≦
0.3)のようにAlが少ないかAlを含まない組成が
好ましい。導波層をこのような組成にすることにより回
折格子を形成する際の酸化によるダメージを抑制する効
果がさらに高くなり、より高い信頼性を得ることができ
る。In the above embodiment, the waveguide layer is made of AlGaAs.
However, in these structures, the waveguide layer is made of InGaP, InGaP.
GaAsP or AlGaAs (Al composition x is 0 ≦ x ≦
A composition containing little or no Al, such as 0.3), is preferable. By setting the waveguide layer to such a composition, the effect of suppressing damage due to oxidation when forming a diffraction grating is further enhanced, and higher reliability can be obtained.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、電
流ブロック層の界面または該界面と活性層との間に、発
振波長を制御するための回折格子を形成することによっ
て、周期的構造に基づく波長選択性が付与され、回折条
件を満たす波長のみが選択的に発振するようになり、安
定した単一モード発振が得られる。As described above, according to the present invention, the periodic structure is formed by forming a diffraction grating for controlling the oscillation wavelength at the interface of the current blocking layer or between the interface and the active layer. Is provided, and only wavelengths satisfying the diffraction condition are selectively oscillated, and stable single mode oscillation is obtained.
【0056】さらに、こうした回折格子を電流注入領域
には形成していないため、この領域における結晶欠陥が
格段に少なくなり、その結果、低い発振閾値で高い発振
効率、高い信頼性、長寿命を持つ半導体レーザ装置を実
現できる。Furthermore, since such a diffraction grating is not formed in the current injection region, crystal defects in this region are remarkably reduced. As a result, high oscillation efficiency, high reliability and long life are obtained at a low oscillation threshold. A semiconductor laser device can be realized.
【図1】本発明の第1実施形態を示し、図1(a)は全
体斜視図、図1(b)は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall perspective view, and FIG. 1B is a partial perspective view showing a shape of a diffraction grating.
【図2】本発明の第2実施形態を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3実施形態を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第4実施形態を示し、図4(a)は全
体斜視図、図4(b)は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。4A and 4B show a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4A is an overall perspective view, and FIG. 4B is a partial perspective view showing a shape of a diffraction grating.
【図5】本発明の第5実施形態を示し、図5(a)は全
体斜視図、図5(b)は回折格子の形状を示す部分斜視
図である。5A and 5B show a fifth embodiment of the present invention. FIG. 5A is an overall perspective view, and FIG. 5B is a partial perspective view showing a shape of a diffraction grating.
【図6】従来のDFBレーザの一例を示し、図6(a)
は全体斜視図、図6(b)は回折格子の形状を示す部分
斜視図である。FIG. 6 shows an example of a conventional DFB laser, and FIG.
Is an overall perspective view, and FIG. 6B is a partial perspective view showing the shape of the diffraction grating.
1、21、41、71 基板 2、22、42、72 バッファ層 3、6、23、43、50、73、80 クラッド層 4、24、46、76 活性層 5、26、49、79 電流ブロック層 7、28、51、81 コンタクト層 8、9、29、30、52、53、82、83 電極 10、31、61 回折格子 11 窓部 25 第1クラッド層 27 第2クラッド層 44、48、74、78 光導波層 45、47、75、77 キャリアブロック層 91 グレーティング層 1, 21, 41, 71 Substrate 2, 22, 42, 72 Buffer layer 3, 6, 23, 43, 50, 73, 80 Cladding layer 4, 24, 46, 76 Active layer 5, 26, 49, 79 Current block Layer 7, 28, 51, 81 Contact layer 8, 9, 29, 30, 52, 53, 82, 83 Electrode 10, 31, 61 Diffraction grating 11 Window 25 First cladding layer 27 Second cladding layer 44, 48, 74, 78 Optical waveguide layer 45, 47, 75, 77 Carrier block layer 91 Grating layer
Claims (4)
以上の禁制帯幅を有する一対のクラッド層がそれぞれ設
けられ、 前記クラッド層の少なくとも一方にストライプ状の窓を
有する電流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導
体レーザ装置において、 前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置。1. A current block comprising: a pair of cladding layers each having a forbidden band width equal to or greater than a forbidden band width of an active layer on both sides of an active layer; and a stripe-shaped window on at least one of the cladding layers. In a self-aligned semiconductor laser device in which a layer is embedded, an interface for controlling an oscillation wavelength in an area of the current blocking layer or between the interface and the active layer, excluding a stripe-shaped window. A semiconductor laser device comprising a diffraction grating.
層の禁制帯幅以上の禁制帯幅を有する光導波層が設けら
れ、 活性層および光導波層を挟むように、該光導波層の禁制
帯幅以上の禁制帯幅を有する一対のクラッド層がそれぞ
れ設けられ、 前記クラッド層の少なくとも一方にストライプ状の窓を
有する電流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導
体レーザ装置において、 前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置。2. An optical waveguide layer having a forbidden band width equal to or greater than the forbidden band width of the active layer is provided on one side or both sides of the active layer, and the optical waveguide is sandwiched between the active layer and the optical waveguide layer. A self-aligned semiconductor laser device in which a pair of cladding layers each having a forbidden bandwidth equal to or greater than the forbidden bandwidth of the layer is provided, and a current blocking layer having a stripe-shaped window is embedded in at least one of the cladding layers. A semiconductor laser, wherein a diffraction grating for controlling an oscillation wavelength is formed in an interface of the current blocking layer or between the interface and the active layer and excluding a stripe-shaped window. apparatus.
以上の禁制帯幅を有する一対の光導波層がそれぞれ設け
られ、 活性層および光導波層を挟むように、該光導波層の禁制
帯幅以上の禁制帯幅を有する一対のクラッド層がそれぞ
れ設けられ、 活性層と光導波層との間に、該活性層および該光導波層
の各禁制帯幅以上の禁制帯幅を有するキャリアブロック
層が設けられ、 該光導波層の少なくとも一方にストライプ状の窓を有す
る電流ブロック層が埋め込まれた自己整合型の半導体レ
ーザ装置において、 前記電流ブロック層の界面または該界面と活性層との間
であって、ストライプ状の窓を除いた領域に、発振波長
を制御するための回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置。3. A pair of optical waveguide layers each having a forbidden band width greater than or equal to the forbidden band width of the active layer are provided on both sides of the active layer, and the optical waveguide is sandwiched between the active layer and the optical waveguide layer. A pair of cladding layers each having a forbidden bandwidth equal to or greater than the forbidden bandwidth of the layer are provided, and a forbidden bandwidth equal to or greater than each forbidden bandwidth of the active layer and the optical waveguide layer is provided between the active layer and the optical waveguide layer. A self-aligned semiconductor laser device in which a carrier block layer having: a current blocking layer having a stripe-shaped window is embedded in at least one of the optical waveguide layers; A semiconductor laser device, wherein a diffraction grating for controlling an oscillation wavelength is formed in a region between a layer and a region excluding a stripe-shaped window.
AsもしくはAl組成が0.3以下のAlGaAs、ま
たはInGaP、InGaAsPのいずれかとすること
を特徴とする請求項2または3記載の半導体レーザ装
置。4. The semiconductor material forming the optical waveguide layer is Ga
4. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the semiconductor laser device is made of AlGaAs having an As or Al composition of 0.3 or less, or one of InGaP and InGaAsP.
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JP26683097 | 1997-09-30 | ||
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JPH11168261A true JPH11168261A (en) | 1999-06-22 |
JP3875799B2 JP3875799B2 (en) | 2007-01-31 |
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JP (1) | JP3875799B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003055020A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-03 | Bookham Technology Plc | Hybrid confinement layers of buried heterostructure semiconductor laser |
JPWO2003073570A1 (en) * | 2002-02-27 | 2005-06-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Quantum nanostructure semiconductor laser and quantum nanostructure array |
JP2006202935A (en) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Nec Corp | Semiconductor laser and its manufacturing method |
-
1998
- 1998-09-29 JP JP27577398A patent/JP3875799B2/en not_active Expired - Lifetime
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US6829275B2 (en) | 2001-12-20 | 2004-12-07 | Bookham Technology, Plc | Hybrid confinement layers of buried heterostructure semiconductor laser |
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JP2006202935A (en) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Nec Corp | Semiconductor laser and its manufacturing method |
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