JP2700312B2 - 分布帰還型半導体レーザ装置 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザ装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、単一縦モードで発振する分布帰還型半導
体レーザ装置の構成に関する。 ［従来の技術］ 単一モード光ファイバにおける1.5〜1.6μｍ帯を用い
た大容量長波長光伝送システムにおいては、高速直接変
調時にも単一モード動作を離持することが可能なレーザ
光源が使用される。このようなレーザは動的単一モード
レーザと呼ばれ、たとえば分布反射型レーザ（DBRレー
ザ）や分布帰還型レーザ（DFBレーザ）などがある。 一般にファブリベロー共振器型レーザでは、位相条件
を満足する多数の縦モードが存在し、しかも各縦モード
間には損失差がないため、一時的に単一モード動作が得
られても、高速直接変調を行なった場合に利得分布が激
しく変動し、多モード動作やモードのホッピングが生じ
る。多モード動作が生じると伝搬速度の異なる複数の波
長の光が同時に光ファイバ内を伝送されるため、信号の
分解能が低下し、また一方、モードホッピングが生じる
と、モード分配雑音となって伝送帯域が制限される結果
となる。 上述のような問題点を解消するために、単一縦モード
発振が可能な分布反射型（DBR）レーザや分布帰還型（D
FB）レーザが開発されている。 第２図は従来の分布反射型レーザの共振器近傍の概略
構成を示す断面図である。第２図の分布反射型レーザに
おいては、増幅領域（活性層）４の両側にその表面に形
成された周期的な凹凸パターンにより屈折率を周期的に
変化させた回折格子を備える光導波路５が設けられてい
る。この活性領域４上に電流供給領域が設けられ、レー
ザ光は光導波路５に形成された回折格子の周期および実
効屈折率に規定された発振波長のレーザ光を導出する。 第３図は従来の分布帰還型レーザの光共振器領域近傍
の構成を概略的に示す断面図である。この分布帰還型レ
ーザは、活性領域（増幅領域）４上に、その表面に周期
的に形成された凹凸パターンに従った屈折率変化を与え
る光導波路層５が設けられている。この分布帰還型レー
ザにおいても、光導波路層５に形成された回折格子の周
期および光導波路層５の実効屈折率に規定される発振波
長のレーザ光を導出する構成となっている。これらの分
布反射型レーザや分布帰還型レーザは共に第２図および
第３図にそれぞれ示されるように、コルゲーション（波
形）構造すなわち回折格子型の導波路を備えているた
め、光損失が波長に依存し、回折格子の周期（格子間
隔）の大きさおよび光導波路の実効屈折率に基づいて定
まる特定の波長で動的に安定な動作特性を得ることがで
きる。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、半導体レーザの縦モードを制御するために素
子内部に回折格子をつくりつけた従来の分布帰還型レー
ザでは本質的に２モード動作が生じる。すなわち、理想
的なブラッグ波長が得られる回折格子の格子位置におけ
る隣接格子間で生じる位相差がπ/2の位置においては動
作モードが存在せず、その前後の±πの位置に２つの等
しい利得しきい値を持つ動作モードが存在する。実際の
発振においてはこのうちのいずれかのモードで発振する
ことになる。このため、素子製造工程における各種パラ
メータのばらつき（たとえば回折格子の凹凸パターンの
ずれ、膜厚分布におけるずれ）などから単一モード発振
を再現性良く実現することは困難である。 上述のようなDFBレーザにおける２つの縦モード発振
を抑制するための方法として、第４図に示すように回折
格子を形成した導波路５の中央部で左右格子間にたとえ
ばπ/2の位相長（1/4波長相当の位相シフト）を付加し
た回折格子を用いてレーザ発振波長をブラッグ波長に一
致させる方法や、第５図に示されるように回折格子を形
成した導波路５の中央部に軸方向に対称に変化する等価
屈折Neqの分布をたとえば組成変化により形成して一方
の動作モードのみを選択する方法が考えられている。こ
れらの方法のうち、位相シフト回折格子を用いた方法で
は、回折格子により形成される共振器によりブラッグ波
長における発振が可能なことが理論的に導かれている。
しかし、回折格子の凹凸パターンを形成するために、フ
ォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜に対す
るレーザ光の干渉による露光を基本とし、このレーザ光
干渉パターンに直接位相シフトを付加する方法はまだ実
現されていない。これは山→谷→谷→山→谷と周期的に
変化するパターンを有する回折格子に対し、たとえば山
→山→谷→山と1/4波長位相シフトさせるための山部を
設けることは、回折格子周期が極めて小さく、かつ山部
の幅も極めて小さいため、技術的に1/4波長の位相シフ
トを直接干渉パターンに設けることは困難なことによ
る。現在知られている方法としては、ポジおよびネガの
２種類のレジストを使い分け、レーザ光干渉パターンを
それぞれポジおよびネガのレジスト膜上に形成しこれに
よりこれらの露光領域の位相を反転させることにより1/
4波長相当分の位相シフトを生じさせる方法が考えられ
ている。この方法も上述と同様の理由により技術的な困
難性を伴なっている。また、等価屈折Neqの分布を形成
する場合、対称的に等価屈折分布を形成する必要上、製
造方法が複雑化するという問題点がある。 この他に、光導波路層厚を変化させて有効屈折率を変
化させ、これによりブラッグ波長を共振器内でシフトさ
せてDFBレーザの２つの縦モードのうち１つのモードの
みを選択的に強調させる方法も考えられている。しかし
この方法においても、有効屈折率を変化させるために層
厚を変化させ、この上に回折格子を形成するため、回折
格子を形成する際の下地表面が平坦ではなく、正確な回
折格子パターンを形成することが困難であるという問題
点を有している。 それゆえ、この発明の目的は上述の従来の半導体レー
ザの有する問題点を除去し、レーザ干渉露光法を利用し
て容易に製造することができ、かつ安定して単一縦モー
ドで発振することのできる位相シフト方式の分布帰還型
半導体レーザ装置を提供することである。 ［問題点を解決するための手段］ この発明に係る分布帰還型半導体レーザ装置は、回折
格子の位相はレーザ全面にわたって単一の整合されたも
のとし、回折格子の空間的な位相は変化させず、共振器
方向内でブラッグ波長を変化させずに光学的に位相シフ
トさせるものである。すなわち、本願発明の分布帰還型
半導体レーザ装置は、周期的凹凸からなる回折格子を挟
むクラッド層および光ガイド層を含む多層光導波路にお
いて、少なくとも２以上の領域にわたって個々の領域に
おいて互いに独立に決定されるブラッグ波長が互いに等
しくなるようにこれら２つ以上の領域各々にわたる有効
屈折率を互いに等しくなるようにしたものである。 ［作用］ 共振器方向に沿って少なくとも２つ以上の複数の領域
にわたって有効屈折率が同一にされているので、この方
向においてブラッグ波長は変化せず一定であり、かつ少
なくとも２つ以上の領域で回折格子の山部と谷部の屈折
率が相違しているのでその領域において共振器方向（光
の進行方向）に対してブラッグ波長を変化させずに光学
的に実効的に位相シフトを生じさせ、これによりDFBレ
ーザにおいて生じる２つの動作モードのうち一方のみを
選択的に強調する。 ［発明の実施例］ 第1A図ないし第1F図はこの発明の一実施例である分布
帰還型半導体レーザ装置の製造工程を示す断面模式図で
ある。以下、第1A図ないし第1F図を参照してこの発明の
一実施例である分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法
および構成について説明する。 まずｐ型ガリウムヒ素（GaAs）基板１の（100）面上
にｎ型電流阻止層２をエピタキシャル成長させる。次
に、この電流阻止層２の表面よりフォトリソグラフィ技
術およびケミカルエッチング技法を用いて電流阻止層２
表面から基板１に達するＶ字形溝を形成する。このよう
にして形成されたＶ字形溝を有する基板１および電流阻
止層２表面上にｐ型ガリウム・アルミニウム・ヒ素（Ga
1-XAlXAs）層（但しＸ＝0.5〜0.6）のクラッド層３、層
厚0.1μｍのｐ型Ga1-XAlXAs活性層４（Ｘ＝0.13）、層
厚0.2μｍのｎ型In1-XGaXP1-YAsY（Ｘ＝0.68、Ｙ＝0.3
6）光ガイド層５を順次周知の液相成長法を用いてエピ
タキシャル成長させる。 第1B図において、ｎ型InGaPAs光ガイド層５の表面に
プラズマCVD法を用いてシリコン窒化膜（Si3N4膜）10を
堆積した後Si3N4膜10表面上にフォトレジスト層11を形
成する。次にフォトリソグラフィ技法を用いて領域IIの
フォトレジスト膜11を除去し、領域IIをケミカルエッチ
ング技法を用いて電流阻止層２によるＶ字形溝を備えた
GaAs基板１までエッチングする。ここでSi3N4膜10を除
去するためには緩衝フッ酸をエッチャントとして用い、
InGaPAs層５を除去するためには飽和臭素水（SBW）系エ
ッチャントを用い、GaAlAs活性層４を除去するためには
フッ酸をエッチャントとして用いる。 第1C図において、領域Ｉに形成されたレジスト膜11を
除去しSi3N4膜10を残したまま、領域IIにｐ型Ga1-XAlXA
s層（Ｘ＝0.5〜0.6）のクラッド層３′、層厚0.1μｍの
ｐ型Ga1-XAlXAs層（Ｘ＝0.13）の活性層４′、層厚0.2
μｍのｎ型In1-XGaXP1-YAsY（Ｘ＝0.66、Ｙ＝0.3）から
なる光ガイド層５′を順次周知の液相成長法を用いてエ
ピタキシャル成長させる。 第1D図において、同一膜厚のｎ型InGaPAs光ガイド層
5,5′の表面上にフォトレジスト層（図示せず）を形成
し、レーザ光を用いた干渉露光法により周期的凹凸パタ
ーンをフォトレジスト層に露光現像する。前述のフォト
レジスト層をマスクとして飽和臭素水、リン酸、水の混
液よりなるエッチャントを用いてｎ型InGaPAs層5,5′の
表面をエッチングし、これらの光ガイド層5,5′表面に
周期的凹凸パターンを形成する。この周期は本実施例に
おいては2300Å、溝の深さは約800Åである。この周期
的凹凸パターンを形成した後、ｎ型Ga1-XAlXAs（Ｘ＝0.
8）層からなるクラッド層６、ｐ型GaAsキャップ層７を
順次周知の液相成長法を用いてエピタキシャル成長させ
る。 第1E図において、ｐ型GaAsキャップ層７の表面にプラ
ズマCVD法を用いてSi3N4膜12を堆積し、このSi3N4膜12
表面上にフォトレジスト層13を形成する。次にフォトリ
ソグラフィ技法を用いて領域IIのレジスト膜13を除去
し、残ったレジスト膜13をマスクとして領域IIをケミカ
ルエッチングすることにより光ガイド層５′表面を露出
させる。ここでSi3N4層12のエッチング除去には緩衝フ
ッ酸が用いられ、GaAs層７の除去にはアンモニア系のエ
ッチャントが用いられ、GaAlAs層６の除去にはフッ酸
（HF）が用いられる。 第1F図において、領域Ｉのレジスト膜13を除去し、Si
3N4膜12を残したまま領域IIに、ｎ系Ga1-XAlXAs（Ｘ＝
0.5）からなるクラッド層６′、ｐ型GaAsキャップ層
７′を順次周知の液相成長法を用いてエピタキシャル成
長させる。その後、領域ＩのSi3N4膜12を除去し、ｐ型G
aAsキャップ層７上およびｐ型GaAs基板１裏面上にそれ
ぞれ電極8,9を形成した後、素子に分離する。これによ
り分布帰還型半導体レーザ装置が得られる。 上述のような製造工程を経ることにより、領域I,IIに
おいては、光ガイド層5,5′表面に形成された回折格子
となる周期的凹凸パターンの周期および深さは同一であ
り、かつこれらの光ガイド層5,5′の膜厚も同一であ
り、またこれらの光ガイド層5,5′の組成が異なりかつ
上層のクラッド層６および６′の組成も異なっており、
それらの屈折率が異なり、これによりこれらの領域の有
効屈折率は変化せず、かつ領域ＩとIIとの境界において
は、光ガイド層５と光ガイド層５′の組成が異なり屈折
率が異なるため実効的に位相シフトが生じる。 以上の構造により、回折格子の空間的な位相は変化せ
ず、共振器の光の進行方向に対してブラッグ波長を変化
させずに光学的に位相シフトを生じさせることが可能と
なる。 なお、上記実施例においては、GaAs−InGaPAs系の分
布帰還型半導体レーザ装置について説明したが、InP−I
nGaAsP系のレーザ等の化合物半導体レーザにおいても本
願発明の構造を広く適用することが可能である。さら
に、上記実施例においては、光導波領域は光ガイド層５
と光ガイド層５′の２つの領域により構成されているが
この光導波領域はさらに多くの数の領域に分割しても上
記実施例と同様の効果を得ることが可能である。 ［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、回折格子を形成する
凹凸が周期的にその表面に形成された光導波路層を、膜
厚および凹凸周期が同一でありかつ互いに屈折率の異な
る少なくとも２つの光導波領域で構成したので、製造工
程における素子のばらつきによる位相シフトに対する影
響を受けることもなく、また、位相シフトを干渉パター
ンに付加する構成となっていないので、位相変位領域の
損失も少なくてすみ、再現性良く単一縦モード発振が可
能な分布帰還型半導体レーザ装置を実現することが可能
である。
体レーザ装置の構成に関する。 ［従来の技術］ 単一モード光ファイバにおける1.5〜1.6μｍ帯を用い
た大容量長波長光伝送システムにおいては、高速直接変
調時にも単一モード動作を離持することが可能なレーザ
光源が使用される。このようなレーザは動的単一モード
レーザと呼ばれ、たとえば分布反射型レーザ（DBRレー
ザ）や分布帰還型レーザ（DFBレーザ）などがある。 一般にファブリベロー共振器型レーザでは、位相条件
を満足する多数の縦モードが存在し、しかも各縦モード
間には損失差がないため、一時的に単一モード動作が得
られても、高速直接変調を行なった場合に利得分布が激
しく変動し、多モード動作やモードのホッピングが生じ
る。多モード動作が生じると伝搬速度の異なる複数の波
長の光が同時に光ファイバ内を伝送されるため、信号の
分解能が低下し、また一方、モードホッピングが生じる
と、モード分配雑音となって伝送帯域が制限される結果
となる。 上述のような問題点を解消するために、単一縦モード
発振が可能な分布反射型（DBR）レーザや分布帰還型（D
FB）レーザが開発されている。 第２図は従来の分布反射型レーザの共振器近傍の概略
構成を示す断面図である。第２図の分布反射型レーザに
おいては、増幅領域（活性層）４の両側にその表面に形
成された周期的な凹凸パターンにより屈折率を周期的に
変化させた回折格子を備える光導波路５が設けられてい
る。この活性領域４上に電流供給領域が設けられ、レー
ザ光は光導波路５に形成された回折格子の周期および実
効屈折率に規定された発振波長のレーザ光を導出する。 第３図は従来の分布帰還型レーザの光共振器領域近傍
の構成を概略的に示す断面図である。この分布帰還型レ
ーザは、活性領域（増幅領域）４上に、その表面に周期
的に形成された凹凸パターンに従った屈折率変化を与え
る光導波路層５が設けられている。この分布帰還型レー
ザにおいても、光導波路層５に形成された回折格子の周
期および光導波路層５の実効屈折率に規定される発振波
長のレーザ光を導出する構成となっている。これらの分
布反射型レーザや分布帰還型レーザは共に第２図および
第３図にそれぞれ示されるように、コルゲーション（波
形）構造すなわち回折格子型の導波路を備えているた
め、光損失が波長に依存し、回折格子の周期（格子間
隔）の大きさおよび光導波路の実効屈折率に基づいて定
まる特定の波長で動的に安定な動作特性を得ることがで
きる。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、半導体レーザの縦モードを制御するために素
子内部に回折格子をつくりつけた従来の分布帰還型レー
ザでは本質的に２モード動作が生じる。すなわち、理想
的なブラッグ波長が得られる回折格子の格子位置におけ
る隣接格子間で生じる位相差がπ/2の位置においては動
作モードが存在せず、その前後の±πの位置に２つの等
しい利得しきい値を持つ動作モードが存在する。実際の
発振においてはこのうちのいずれかのモードで発振する
ことになる。このため、素子製造工程における各種パラ
メータのばらつき（たとえば回折格子の凹凸パターンの
ずれ、膜厚分布におけるずれ）などから単一モード発振
を再現性良く実現することは困難である。 上述のようなDFBレーザにおける２つの縦モード発振
を抑制するための方法として、第４図に示すように回折
格子を形成した導波路５の中央部で左右格子間にたとえ
ばπ/2の位相長（1/4波長相当の位相シフト）を付加し
た回折格子を用いてレーザ発振波長をブラッグ波長に一
致させる方法や、第５図に示されるように回折格子を形
成した導波路５の中央部に軸方向に対称に変化する等価
屈折Neqの分布をたとえば組成変化により形成して一方
の動作モードのみを選択する方法が考えられている。こ
れらの方法のうち、位相シフト回折格子を用いた方法で
は、回折格子により形成される共振器によりブラッグ波
長における発振が可能なことが理論的に導かれている。
しかし、回折格子の凹凸パターンを形成するために、フ
ォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜に対す
るレーザ光の干渉による露光を基本とし、このレーザ光
干渉パターンに直接位相シフトを付加する方法はまだ実
現されていない。これは山→谷→谷→山→谷と周期的に
変化するパターンを有する回折格子に対し、たとえば山
→山→谷→山と1/4波長位相シフトさせるための山部を
設けることは、回折格子周期が極めて小さく、かつ山部
の幅も極めて小さいため、技術的に1/4波長の位相シフ
トを直接干渉パターンに設けることは困難なことによ
る。現在知られている方法としては、ポジおよびネガの
２種類のレジストを使い分け、レーザ光干渉パターンを
それぞれポジおよびネガのレジスト膜上に形成しこれに
よりこれらの露光領域の位相を反転させることにより1/
4波長相当分の位相シフトを生じさせる方法が考えられ
ている。この方法も上述と同様の理由により技術的な困
難性を伴なっている。また、等価屈折Neqの分布を形成
する場合、対称的に等価屈折分布を形成する必要上、製
造方法が複雑化するという問題点がある。 この他に、光導波路層厚を変化させて有効屈折率を変
化させ、これによりブラッグ波長を共振器内でシフトさ
せてDFBレーザの２つの縦モードのうち１つのモードの
みを選択的に強調させる方法も考えられている。しかし
この方法においても、有効屈折率を変化させるために層
厚を変化させ、この上に回折格子を形成するため、回折
格子を形成する際の下地表面が平坦ではなく、正確な回
折格子パターンを形成することが困難であるという問題
点を有している。 それゆえ、この発明の目的は上述の従来の半導体レー
ザの有する問題点を除去し、レーザ干渉露光法を利用し
て容易に製造することができ、かつ安定して単一縦モー
ドで発振することのできる位相シフト方式の分布帰還型
半導体レーザ装置を提供することである。 ［問題点を解決するための手段］ この発明に係る分布帰還型半導体レーザ装置は、回折
格子の位相はレーザ全面にわたって単一の整合されたも
のとし、回折格子の空間的な位相は変化させず、共振器
方向内でブラッグ波長を変化させずに光学的に位相シフ
トさせるものである。すなわち、本願発明の分布帰還型
半導体レーザ装置は、周期的凹凸からなる回折格子を挟
むクラッド層および光ガイド層を含む多層光導波路にお
いて、少なくとも２以上の領域にわたって個々の領域に
おいて互いに独立に決定されるブラッグ波長が互いに等
しくなるようにこれら２つ以上の領域各々にわたる有効
屈折率を互いに等しくなるようにしたものである。 ［作用］ 共振器方向に沿って少なくとも２つ以上の複数の領域
にわたって有効屈折率が同一にされているので、この方
向においてブラッグ波長は変化せず一定であり、かつ少
なくとも２つ以上の領域で回折格子の山部と谷部の屈折
率が相違しているのでその領域において共振器方向（光
の進行方向）に対してブラッグ波長を変化させずに光学
的に実効的に位相シフトを生じさせ、これによりDFBレ
ーザにおいて生じる２つの動作モードのうち一方のみを
選択的に強調する。 ［発明の実施例］ 第1A図ないし第1F図はこの発明の一実施例である分布
帰還型半導体レーザ装置の製造工程を示す断面模式図で
ある。以下、第1A図ないし第1F図を参照してこの発明の
一実施例である分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法
および構成について説明する。 まずｐ型ガリウムヒ素（GaAs）基板１の（100）面上
にｎ型電流阻止層２をエピタキシャル成長させる。次
に、この電流阻止層２の表面よりフォトリソグラフィ技
術およびケミカルエッチング技法を用いて電流阻止層２
表面から基板１に達するＶ字形溝を形成する。このよう
にして形成されたＶ字形溝を有する基板１および電流阻
止層２表面上にｐ型ガリウム・アルミニウム・ヒ素（Ga
1-XAlXAs）層（但しＸ＝0.5〜0.6）のクラッド層３、層
厚0.1μｍのｐ型Ga1-XAlXAs活性層４（Ｘ＝0.13）、層
厚0.2μｍのｎ型In1-XGaXP1-YAsY（Ｘ＝0.68、Ｙ＝0.3
6）光ガイド層５を順次周知の液相成長法を用いてエピ
タキシャル成長させる。 第1B図において、ｎ型InGaPAs光ガイド層５の表面に
プラズマCVD法を用いてシリコン窒化膜（Si3N4膜）10を
堆積した後Si3N4膜10表面上にフォトレジスト層11を形
成する。次にフォトリソグラフィ技法を用いて領域IIの
フォトレジスト膜11を除去し、領域IIをケミカルエッチ
ング技法を用いて電流阻止層２によるＶ字形溝を備えた
GaAs基板１までエッチングする。ここでSi3N4膜10を除
去するためには緩衝フッ酸をエッチャントとして用い、
InGaPAs層５を除去するためには飽和臭素水（SBW）系エ
ッチャントを用い、GaAlAs活性層４を除去するためには
フッ酸をエッチャントとして用いる。 第1C図において、領域Ｉに形成されたレジスト膜11を
除去しSi3N4膜10を残したまま、領域IIにｐ型Ga1-XAlXA
s層（Ｘ＝0.5〜0.6）のクラッド層３′、層厚0.1μｍの
ｐ型Ga1-XAlXAs層（Ｘ＝0.13）の活性層４′、層厚0.2
μｍのｎ型In1-XGaXP1-YAsY（Ｘ＝0.66、Ｙ＝0.3）から
なる光ガイド層５′を順次周知の液相成長法を用いてエ
ピタキシャル成長させる。 第1D図において、同一膜厚のｎ型InGaPAs光ガイド層
5,5′の表面上にフォトレジスト層（図示せず）を形成
し、レーザ光を用いた干渉露光法により周期的凹凸パタ
ーンをフォトレジスト層に露光現像する。前述のフォト
レジスト層をマスクとして飽和臭素水、リン酸、水の混
液よりなるエッチャントを用いてｎ型InGaPAs層5,5′の
表面をエッチングし、これらの光ガイド層5,5′表面に
周期的凹凸パターンを形成する。この周期は本実施例に
おいては2300Å、溝の深さは約800Åである。この周期
的凹凸パターンを形成した後、ｎ型Ga1-XAlXAs（Ｘ＝0.
8）層からなるクラッド層６、ｐ型GaAsキャップ層７を
順次周知の液相成長法を用いてエピタキシャル成長させ
る。 第1E図において、ｐ型GaAsキャップ層７の表面にプラ
ズマCVD法を用いてSi3N4膜12を堆積し、このSi3N4膜12
表面上にフォトレジスト層13を形成する。次にフォトリ
ソグラフィ技法を用いて領域IIのレジスト膜13を除去
し、残ったレジスト膜13をマスクとして領域IIをケミカ
ルエッチングすることにより光ガイド層５′表面を露出
させる。ここでSi3N4層12のエッチング除去には緩衝フ
ッ酸が用いられ、GaAs層７の除去にはアンモニア系のエ
ッチャントが用いられ、GaAlAs層６の除去にはフッ酸
（HF）が用いられる。 第1F図において、領域Ｉのレジスト膜13を除去し、Si
3N4膜12を残したまま領域IIに、ｎ系Ga1-XAlXAs（Ｘ＝
0.5）からなるクラッド層６′、ｐ型GaAsキャップ層
７′を順次周知の液相成長法を用いてエピタキシャル成
長させる。その後、領域ＩのSi3N4膜12を除去し、ｐ型G
aAsキャップ層７上およびｐ型GaAs基板１裏面上にそれ
ぞれ電極8,9を形成した後、素子に分離する。これによ
り分布帰還型半導体レーザ装置が得られる。 上述のような製造工程を経ることにより、領域I,IIに
おいては、光ガイド層5,5′表面に形成された回折格子
となる周期的凹凸パターンの周期および深さは同一であ
り、かつこれらの光ガイド層5,5′の膜厚も同一であ
り、またこれらの光ガイド層5,5′の組成が異なりかつ
上層のクラッド層６および６′の組成も異なっており、
それらの屈折率が異なり、これによりこれらの領域の有
効屈折率は変化せず、かつ領域ＩとIIとの境界において
は、光ガイド層５と光ガイド層５′の組成が異なり屈折
率が異なるため実効的に位相シフトが生じる。 以上の構造により、回折格子の空間的な位相は変化せ
ず、共振器の光の進行方向に対してブラッグ波長を変化
させずに光学的に位相シフトを生じさせることが可能と
なる。 なお、上記実施例においては、GaAs−InGaPAs系の分
布帰還型半導体レーザ装置について説明したが、InP−I
nGaAsP系のレーザ等の化合物半導体レーザにおいても本
願発明の構造を広く適用することが可能である。さら
に、上記実施例においては、光導波領域は光ガイド層５
と光ガイド層５′の２つの領域により構成されているが
この光導波領域はさらに多くの数の領域に分割しても上
記実施例と同様の効果を得ることが可能である。 ［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、回折格子を形成する
凹凸が周期的にその表面に形成された光導波路層を、膜
厚および凹凸周期が同一でありかつ互いに屈折率の異な
る少なくとも２つの光導波領域で構成したので、製造工
程における素子のばらつきによる位相シフトに対する影
響を受けることもなく、また、位相シフトを干渉パター
ンに付加する構成となっていないので、位相変位領域の
損失も少なくてすみ、再現性良く単一縦モード発振が可
能な分布帰還型半導体レーザ装置を実現することが可能
である。
【図面の簡単な説明】
第1A図ないし第1F図はこの発明の一実施例である分布帰
還型半導体レーザ装置の製造工程を模式的に示す断面構
造図である。第２図は従来の分布反射型レーザの共振器
領域近傍における概略断面構造を示す図である。第３図
は従来の分布帰還型レーザの共振器領域における近傍に
おける断面構造を模式的に示す図である。第４図は従来
の単一モード発振させるための位相シフト回折格子を備
えるDFBレーザの概略構成を示す図である。第５図は従
来の単一モード発振させるための対称的な等価屈折分布
を有するDFBレーザの概略構成を示す図である。 図において、１はGaAs基板、２は電流阻止層、3,3′は
クラッド層、4,4′は活性層、5,5′は光ガイド層、6,
6′はクラッド層、7,7′はキャップ層、8,9は電極であ
る。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
還型半導体レーザ装置の製造工程を模式的に示す断面構
造図である。第２図は従来の分布反射型レーザの共振器
領域近傍における概略断面構造を示す図である。第３図
は従来の分布帰還型レーザの共振器領域における近傍に
おける断面構造を模式的に示す図である。第４図は従来
の単一モード発振させるための位相シフト回折格子を備
えるDFBレーザの概略構成を示す図である。第５図は従
来の単一モード発振させるための対称的な等価屈折分布
を有するDFBレーザの概略構成を示す図である。 図において、１はGaAs基板、２は電流阻止層、3,3′は
クラッド層、4,4′は活性層、5,5′は光ガイド層、6,
6′はクラッド層、7,7′はキャップ層、8,9は電極であ
る。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉田 智彦
大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャー
プ株式会社内
(56)参考文献 特開 昭62−45192（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−92490（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．レーザ光を導出するための光共振器内に周期的に形
成された凹凸パターンにより光帰還を行なう回折格子を
設けた分布帰還型半導体レーザ装置であって、 前記回折格子を挟むクラッド層および光ガイド層を含
み、少なくとも２つ以上の領域で前記回折格子の山部と
谷部の有効屈折率が相違する光学的位相シフト用の多層
光導波路を備え、かつ 前記少なくとも２つ以上の領域にわたって前記回折格子
の空間的位相が均一であり、かつさらに、 前記多層光導波路の前記少なくとも２つ以上の領域各々
において互いに独立に規定される前記共振器方向のブラ
ッグ波長が互いに等しくなるように、前記少なくとも２
つ以上の領域各々にわたる有効屈折率を互いに等しくし
たことを特徴とする、分布帰還型半導体レーザ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62001178A JP2700312B2 (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
| US07/140,465 US4805183A (en) | 1987-01-07 | 1988-01-04 | Distributed feedback semiconductor laser device |
| EP88300110A EP0274441B1 (en) | 1987-01-07 | 1988-01-07 | A distributed feedback semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62001178A JP2700312B2 (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63169784A JPS63169784A (ja) | 1988-07-13 |
| JP2700312B2 true JP2700312B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=11494188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62001178A Expired - Fee Related JP2700312B2 (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4805183A (ja) |
| EP (1) | EP0274441B1 (ja) |
| JP (1) | JP2700312B2 (ja) |
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| JP6183122B2 (ja) * | 2013-10-02 | 2017-08-23 | 富士通株式会社 | 光半導体素子、光半導体素子アレイ、光送信モジュール及び光伝送システム |
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| US4302729A (en) * | 1979-05-15 | 1981-11-24 | Xerox Corporation | Channeled substrate laser with distributed feedback |
| JPS5878488A (ja) * | 1981-11-05 | 1983-05-12 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 分布帰還形半導体レーザの駆動方法 |
| JPH0666509B2 (ja) * | 1983-12-14 | 1994-08-24 | 株式会社日立製作所 | 分布帰還型半導体レ−ザ装置 |
| JPS61216383A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-26 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レ−ザ |
| JPS6245192A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-27 | Toshiba Corp | 分布帰還型半導体レ−ザ |
| JPS6292490A (ja) * | 1985-10-18 | 1987-04-27 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レ−ザ |
-
1987
- 1987-01-07 JP JP62001178A patent/JP2700312B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-01-04 US US07/140,465 patent/US4805183A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-01-07 EP EP88300110A patent/EP0274441B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4805183A (en) | 1989-02-14 |
| EP0274441B1 (en) | 1993-04-21 |
| JPS63169784A (ja) | 1988-07-13 |
| EP0274441A2 (en) | 1988-07-13 |
| EP0274441A3 (en) | 1989-06-07 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |