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JP2008258453A - Distributed feedback semiconductor laser - Google Patents

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JP2008258453A
JP2008258453A JP2007099980A JP2007099980A JP2008258453A JP 2008258453 A JP2008258453 A JP 2008258453A JP 2007099980 A JP2007099980 A JP 2007099980A JP 2007099980 A JP2007099980 A JP 2007099980A JP 2008258453 A JP2008258453 A JP 2008258453A
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JP
Japan
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diffraction grating
layer
active layer
formation region
dfb laser
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Application number
JP2007099980A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Miyamura
悟史 宮村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent reduction of power of output light through spatial hole burning (carrier density decrease) caused in a λ/4 phase shift DFB laser. <P>SOLUTION: The λ/4 phase shift DFB laser includes: an active layer 40 for generating stimulated emission light; a diffraction grating layer 30 formed on or under the active layer 40 for attaining a single longitudinal mode; and upper clad layers 41 and 41a and a lower clad layer 21 laminated with the active layer 40 and the diffraction grating layer 30 in between from the upper and lower directions. In the diffraction grating layer 30, a diffraction grating formation region 31, in which an uneven diffraction grating 33 is formed, and a diffraction grating non-formation region 32, in which the diffraction grating 33 is not formed, are formed by turns periodically in a range affected by an evanescent field of the stimulated emission light, which is subjected to wave guide in the active layer 40. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、分布帰還(Distributed FeedBack)型半導体レーザ(以下単に「DFBレーザ」という。)に関し、特に、誘導放出光を生成するための活性層に隣接して配置され、単一縦モード化を図るための回折格子層において、凹凸(溝)の回折格子(グレーティング)が形成された回折格子形成領域と、回折格子が形成されていない回折格子非形成領域とが、交互に周期的に形成されたDFBレーザに関するものである。   The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser (hereinafter simply referred to as a “DFB laser”), and in particular, is disposed adjacent to an active layer for generating stimulated emission light, and has a single longitudinal mode. In the diffraction grating layer for the purpose, a diffraction grating forming region in which concave and convex (groove) diffraction gratings (gratings) are formed and a diffraction grating non-forming region in which no diffraction grating is formed are alternately and periodically formed. The present invention relates to a DFB laser.

DFBレーザは、活性層で生成された誘導放出光が凹凸の回折格子でブラッグ反射することを利用して縦モードを制御することにより、単一縦モード動作が達成されている。
従来のDFBレーザについては、例えば、下記の文献等に記載されている。
The DFB laser achieves a single longitudinal mode operation by controlling the longitudinal mode by utilizing the Bragg reflection of the stimulated emission light generated in the active layer by the uneven diffraction grating.
A conventional DFB laser is described in, for example, the following documents.

特開平1−231389号公報JP-A-1-231389 特開平8−274406号公報JP-A-8-274406 特開平11−212038号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-212038 米津宏雄著「光通信素子光学一発光・受光素子」第5版(1984)工学図書 p.252−255Hiroo Yonezu “Optical Communication Element Optical One Light-Emitting / Light-Receiving Element” 5th Edition (1984) Engineering Books p. 252-255 栖原敏明著「半導体レーザの基礎」第1版(1998)共立出版 p.123−130Toshiaki Sugawara “Basics of Semiconductor Lasers” 1st edition (1998) Kyoritsu Shuppan p. 123-130 栖原敏明著「半導体レーザの基礎」第1版(2005)共立出版 p.208−217Toshiaki Sugawara “Basics of Semiconductor Lasers” 1st edition (2005) Kyoritsu Shuppan p. 208-217

前記特許文献2、3及び前記非特許文献1には、一般的なDFBレーザの技術が記載され、更に、前記特許文献1及び非特許文献2、3には、位相シフトDFBレーザの技術が記載されている。   Patent Documents 2 and 3 and Non-Patent Document 1 describe general DFB laser technology, and Patent Document 1 and Non-Patent Documents 2 and 3 describe phase-shift DFB laser technology. Has been.

一般に、ブラッグ反射は周期的回折格子によって与えられる。DFBレーザにおいて、回折格子は、通常は、その素子の活性層に隣接した半導体層(クラッド層)に、その素子の光軸に直交する凹凸(例えば、歯又は溝状)の格子として形成される。   In general, the Bragg reflection is given by a periodic diffraction grating. In a DFB laser, the diffraction grating is usually formed as a concave / convex (for example, tooth or groove) grating perpendicular to the optical axis of the element in a semiconductor layer (clad layer) adjacent to the active layer of the element. .

図3(a)、(b)は、前記特許文献2、3及び前記非特許文献1等に記載された従来のDFBレーザを示す概略の構成図であり、同図(a)は一部を切り欠いた全体の構成を示す斜視図、及び、同図(b)は同図(a)中の回折格子層の構成を示す斜視図である。   3 (a) and 3 (b) are schematic configuration diagrams showing conventional DFB lasers described in Patent Documents 2 and 3 and Non-Patent Document 1 and the like. FIG. The perspective view which shows the structure of the whole notch, and the figure (b) are the perspective views which show the structure of the diffraction grating layer in the figure (a).

なお、図3(a)の斜視図において、例えば、水平の横方向をX軸方向、これに対して直交する水平の縦方向をY軸方向、更に、X軸及びY軸に対して直交する垂直方向をZ軸方向とする。DFBレーザの材料としては、AlGaAs系、InGaAsP系、PbSnTe系等が用いられる。InGaAsP系DFBレーザの従来例が図3に示されている。   In the perspective view of FIG. 3A, for example, the horizontal horizontal direction is the X-axis direction, the horizontal vertical direction orthogonal thereto is the Y-axis direction, and is further orthogonal to the X-axis and Y-axis. The vertical direction is the Z-axis direction. As a material for the DFB laser, AlGaAs, InGaAsP, PbSnTe, or the like is used. A conventional example of an InGaAsP DFB laser is shown in FIG.

このDFBレーザは、X軸及びY軸の水平面に広がるほぼ方形のn形InP基板1を有し、この基板1のX軸方向のほぼ中央においてZ軸方向に立ち上がり、且つ、Y軸方向にストライプ状に延びるメサ形(凸形)のn型InP下部クラッド層2が突設されている。下部クラッド層2上には、Z軸の上方向に、導波路層である回折格子層3、InGaAsP活性層4、及びp型InP上部クラッド層5の一部の上部クラッド層5aが順に積層されている。積層されたストライプ状の下部クラッド層2、回折格子層3、活性層4、及び一部の上部クラッド層5aにおいて、Y軸方向に沿った両側面は、p型InPブロック層6及びn型InPブロック層7からなる電流ブロック層により挟み込まれている。ブロック層7及び一部の上部クラッド層5a上には、前記の上部クラッド層5が形成されている。上部クラッド層5上には、p型InGaAsコンタクト層8を介してp型電極9が形成され、更に、基板1の下面にも、n型電極10が形成されている。   This DFB laser has a substantially rectangular n-type InP substrate 1 extending in the horizontal plane of the X axis and the Y axis, rises in the Z axis direction at the approximate center of the substrate 1 in the X axis direction, and stripes in the Y axis direction. A mesa-shaped (convex) n-type InP lower cladding layer 2 extending in a projecting shape is projected. On the lower cladding layer 2, a diffraction grating layer 3 that is a waveguide layer, an InGaAsP active layer 4, and a part of the upper cladding layer 5 a of the p-type InP upper cladding layer 5 are sequentially stacked in the upward direction of the Z axis. ing. In the laminated striped lower cladding layer 2, diffraction grating layer 3, active layer 4, and part of the upper cladding layer 5a, both side surfaces along the Y-axis direction are p-type InP blocking layer 6 and n-type InP. It is sandwiched between current blocking layers made up of the blocking layer 7. The upper clad layer 5 is formed on the block layer 7 and a part of the upper clad layer 5a. A p-type electrode 9 is formed on the upper cladding layer 5 via a p-type InGaAs contact layer 8, and an n-type electrode 10 is also formed on the lower surface of the substrate 1.

なお、図3(a)において、基板1の図中の手前側の1/4程度の面積の面は、実際には他の部分と同じように上部半導体層が存在するが、ここでは、当該上部半導体層の断面を示すため、空間のように描いてある。   In FIG. 3 (a), the surface of the front side of the substrate 1 in FIG. 3A has an upper semiconductor layer in the same manner as other portions, but here, In order to show a cross section of the upper semiconductor layer, it is drawn like a space.

メサ形の回折格子層3内には、Y軸方向に沿って、複数の凹凸の回折格子3aが一定の間隔∧で均一に形成されている。   In the mesa-shaped diffraction grating layer 3, a plurality of concave and convex diffraction gratings 3a are formed uniformly at regular intervals along the Y-axis direction.

このような構成のDFBレーザの製造方法では、例えば、一連の製造工程にいて、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、以下「MOCVD)という。)法により、半導体各層をエピタキシャル結晶成長させる。   In the method of manufacturing a DFB laser having such a configuration, for example, in a series of manufacturing processes, each semiconductor layer is epitaxially grown by metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as “MOCVD”). .

DFBレーザでは、p型電極9に正電圧、n型電極10に負電圧を印加すると、p型電極9には正孔が、n型電極10には電子が注入され、これらが活性層4に向かって移動する。移動した電子・正孔は、活性層4内で再結合し、ほぼ禁制帯幅のエネルギーに相当する波長の光を発生し、誘導放出される。この誘導放出光は、回折格子層3でブラッグ反射され、レーザ発振が生じてコヒーレントな光が出力される。   In the DFB laser, when a positive voltage is applied to the p-type electrode 9 and a negative voltage is applied to the n-type electrode 10, holes are injected into the p-type electrode 9 and electrons are injected into the n-type electrode 10. Move towards. The moved electrons / holes are recombined in the active layer 4 to generate light having a wavelength corresponding to the energy of the almost forbidden band, and are stimulated and emitted. This stimulated emission light is Bragg-reflected by the diffraction grating layer 3 to cause laser oscillation and output coherent light.

発振波長は、活性層4の材料で決まる。DFBレーザは、室温で連続発振し、シングル・モードで発振し、波長選択性に優れ、電流を変えても発振波長は殆ど変化せず、しかも、発振波長の温度依存性は、屈折率の温度依存性で決まるために依存性が小さい。DFBレーザは、導波路の一部がフィードバック部になっているため、一枚の基板上でレーザと導波路との接続が可能であり、光集積回路のおける発光源(レーザ)等として使用できる。   The oscillation wavelength is determined by the material of the active layer 4. The DFB laser oscillates continuously at room temperature, oscillates in a single mode, has excellent wavelength selectivity, the oscillation wavelength hardly changes even when the current is changed, and the temperature dependence of the oscillation wavelength is the temperature of the refractive index. The dependency is small because it depends on the dependency. Since a part of the waveguide of the DFB laser is a feedback unit, the laser and the waveguide can be connected on a single substrate, and can be used as a light source (laser) in an optical integrated circuit. .

DFBレーザの内、回折格子3aの位相を、発振する回折格子層3の主に中央でπ/2シフトさせたλ/4位相シフトDFBレーザと呼ばれる、単一縦モード性の高いレーザがある。   Among the DFB lasers, there is a laser having a high single longitudinal mode property called a λ / 4 phase-shifted DFB laser in which the phase of the diffraction grating 3 a is shifted by π / 2 mainly at the center of the oscillating diffraction grating layer 3.

図4は、前記非特許文献2等に記載された従来のλ/4位相シフトDFBレーザにおける回折格子層を示す概略の斜視図である。   FIG. 4 is a schematic perspective view showing a diffraction grating layer in the conventional λ / 4 phase shift DFB laser described in Non-Patent Document 2 and the like.

この回折格子層3Aでは、Y軸方向のほぼ中央に設けたλ/4位相シフト構成部の回折格子3bにより、位相を∧/2(=π/2)だけシフトさせている。このようなλ/4位相シフトDFBレーザは、低閾値で、しかもブラッグ波長における安定な単一波長発振が可能であるという利点がある。   In this diffraction grating layer 3 </ b> A, the phase is shifted by ∧ / 2 (= π / 2) by the diffraction grating 3 b of the λ / 4 phase shift component provided in the approximate center in the Y-axis direction. Such a λ / 4 phase-shifted DFB laser has an advantage that a stable single wavelength oscillation at a Bragg wavelength is possible with a low threshold.

しかしながら、従来の図4に示すようなλ/4位相シフトDFBレーザでは、λ/4位相シフト構成部の回折格子3bにおいて、電界集中が起こり、バイアス電圧を高くするにつれて電界強度分布が不均一となり、電界強度が大きな部分において空間的なホールバーニング(spatial hole burning;キャリア密度低下)を引き起こし、出力光のパワーが小さくなるという課題があった。   However, in the conventional λ / 4 phase shift DFB laser as shown in FIG. 4, electric field concentration occurs in the diffraction grating 3b of the λ / 4 phase shift component, and the electric field strength distribution becomes non-uniform as the bias voltage is increased. However, there is a problem that spatial hole burning (spatial density reduction) is caused in a portion where the electric field strength is large, and the power of the output light is reduced.

本発明のDFBレーザは、誘導放出光を生成するための活性層と、前記活性層の下又は上に積層され、単一縦モード化を図るための回折格子層と、前記活性層及び前記回折格子層を上下の方向から挟み込むように積層された上部クラッド層及び下部クラッド層とを有している。そして、前記回折格子層において、前記活性層を導波される前記誘導放出光のエバネセント場(evanescent、光の伝搬する範囲)の及ぶ範囲内に、凹凸の回折格子が形成された回折格子形成領域と、前記回折格子が形成されていない回折格子非形成領域とが、交互に周期的に形成されている。   The DFB laser according to the present invention includes an active layer for generating stimulated emission light, a diffraction grating layer that is laminated below or on the active layer, and for achieving a single longitudinal mode, the active layer, and the diffraction An upper cladding layer and a lower cladding layer are stacked so as to sandwich the lattice layer from above and below. In the diffraction grating layer, a diffraction grating formation region in which an uneven diffraction grating is formed within a range covered by an evanescent field of the stimulated emission light guided through the active layer. And diffraction grating non-formation regions where the diffraction grating is not formed are alternately and periodically formed.

本発明のDFBレーザによれば、単一縦モード化を図るための回折格子層内に、回折格子が形成されていない回折格子非形成領域を周期的に離散させているので、λ/4位相シフト構成部において電界強度分布が平坦化され、出力光パワーを増大することができる。   According to the DFB laser of the present invention, since the diffraction grating non-formation region where the diffraction grating is not formed is periodically dispersed in the diffraction grating layer for achieving the single longitudinal mode, the λ / 4 phase The electric field intensity distribution is flattened in the shift component, and the output optical power can be increased.

DFBレーザは、誘導放出光を生成するための活性層と、前記活性層の下又は上に積層され、単一縦モード化を図るための回折格子層と、前記活性層及び前記回折格子層を上下の方向から挟み込むように積層された上部クラッド層及び下部クラッド層とを有している。そして、前記回折格子層において、前記活性層を導波される前記誘導放出光のエバネセント場の及ぶ範囲内に、凹凸の回折格子が形成された回折格子形成領域と、前記回折格子が形成されていない回折格子非形成領域とが、交互に周期的に形成されている。   The DFB laser includes an active layer for generating stimulated emission light, a diffraction grating layer for forming a single longitudinal mode, which is laminated below or on the active layer, and the active layer and the diffraction grating layer. An upper clad layer and a lower clad layer are stacked so as to be sandwiched from above and below. In the diffraction grating layer, a diffraction grating forming region in which an uneven diffraction grating is formed, and the diffraction grating are formed within a range covered by an evanescent field of the stimulated emission light guided through the active layer. Non-diffraction grating non-formation regions are alternately and periodically formed.

前記回折格子形成領域と前記回折格子非形成領域とは、
間隔∧が次式(1)
∧=m・λc/2Neff ・・・(1)
但し、m;任意の正の整数
λc;回折格子層における発光波長
Neff;回折格子層における実効屈折率
を満たす周期で離散されて形成され 且つ、前記回折格子非形成領域の幅Laの和Ltlが、次式(2)
δβ・Ltl≒π/2 ・・・(2)
但し、δβ;回折格子層において、回折格子形成領域と回折格子非形成領
域における光の伝播定数の差
を満たしている。
The diffraction grating formation region and the diffraction grating non-formation region,
Interval ∧ is the following formula (1)
∧ = m · λc / 2Neff (1)
Where m is any positive integer
λc: emission wavelength in the diffraction grating layer
Neff: The sum Ltl of the width La of the diffraction grating non-formation region formed discretely with a period satisfying the effective refractive index in the diffraction grating layer is expressed by the following equation (2)
δβ · Ltl≈π / 2 (2)
However, in the diffraction grating layer, the diffraction grating formation region and the diffraction grating non-formation region
The difference in light propagation constant in the region is satisfied.

(実施例1の構成)
図1(a)、(b)は、本発明の実施例1を示すDFBレーザの概略の構成図であり、同図(a)は一部を切り欠いた全体の構成を示す斜視図、及び、同図(b)は同図(a)中の回折格子層の構成を示す斜視図である。
(Configuration of Example 1)
FIGS. 1A and 1B are schematic configuration diagrams of a DFB laser showing Example 1 of the present invention, and FIG. 1A is a perspective view showing an overall configuration with a part cut away; FIG. 2B is a perspective view showing the configuration of the diffraction grating layer in FIG.

なお、図1(a)の斜視図において、従来の図3(a)と同様に、例えば、水平の横方向をX軸方向、これに対して直交する水平の縦方向をY軸方向、更に、X軸及びY軸に対して直交する垂直方向をZ軸方向とする。DFBレーザの材料としては、AlGaAs系、InGaAsP系、PbSnTe系等が用いられる。InGaAsP系DFBレーザの構成例が図1に示されている。   In the perspective view of FIG. 1A, as in the conventional FIG. 3A, for example, the horizontal horizontal direction is the X-axis direction, the horizontal vertical direction perpendicular thereto is the Y-axis direction, and further A vertical direction perpendicular to the X axis and the Y axis is taken as a Z axis direction. As a material for the DFB laser, AlGaAs, InGaAsP, PbSnTe, or the like is used. A configuration example of an InGaAsP DFB laser is shown in FIG.

DFBレーザは、図1(a)に示すように、例えば、活性層にInGaAsPの多重量子井戸(Multiquantum Well、以下「MQW」という。)を用いた、回折格子形成領域と回折格子非形成領域を周期的に構成したInGaAsP系DFBレーザであり、X軸及びY軸の水平面に広がるほぼ方形の平行平板状のn形InP基板20を有し、この基板表面のX軸方向のほぼ中央においてZ軸方向に一体的に突出し、且つ、Y軸方向にストライプ状に延びるメサ形(凸形)のn型InP下部クラッド層21が突設されている。これらの基板20と下部クラッド層21とを合わせて、メサ基板部と称する。   As shown in FIG. 1A, the DFB laser includes, for example, a diffraction grating formation region and a diffraction grating non-formation region using an InGaAsP multiquantum well (hereinafter referred to as “MQW”) as an active layer. This is an InGaAsP-based DFB laser that is configured periodically, and has an approximately rectangular parallel plate-shaped n-type InP substrate 20 extending in the horizontal planes of the X-axis and Y-axis. A mesa-shaped (convex) n-type InP lower cladding layer 21 that protrudes integrally in the direction and extends in a stripe shape in the Y-axis direction is provided. The substrate 20 and the lower cladding layer 21 are collectively referred to as a mesa substrate portion.

下部クラッド層21上には、Z軸の上方向に、ストライプ状の導波路層である回折格子層30が形成されている。回折格子層30の上面には、Y軸の長手方向の全域に亘って、且つ、この上面の幅と同一幅で、誘導放出光を生成するためのInGaAsP活性層40が均一の膜厚で設けられている。活性層40の上面には、この上面のY軸の長手方向の全域に亘って、且つ、この上面の幅と同一幅で、p型InP上部クラッド層41の一部からなるメサクラッド層である上部クラッド層41aが設けられている。このように、活性層40は、下側が回折格子層30を介して下部クラッド層21と、上側が上部クラッド層41aとに挟まれ、この活性層40中において生成された光が、下部クラッド層21と上部クラッド層41aとによって活性層中に閉じこめられるので、これらの下部クラッド層21、活性層40、及び上部クラッド層41aにより、積層体が形成されている。   On the lower clad layer 21, a diffraction grating layer 30, which is a striped waveguide layer, is formed in the upward direction of the Z axis. On the upper surface of the diffraction grating layer 30, an InGaAsP active layer 40 for generating stimulated emission light having a uniform thickness is provided over the entire area in the longitudinal direction of the Y axis and with the same width as the upper surface. It has been. The upper surface of the active layer 40 is a mesa clad layer formed of a part of the p-type InP upper clad layer 41 over the entire area of the upper surface in the longitudinal direction of the Y axis and the same width as the upper surface. A clad layer 41a is provided. Thus, the active layer 40 is sandwiched between the lower clad layer 21 and the upper clad layer 41a on the lower side via the diffraction grating layer 30, and the light generated in the active layer 40 is transmitted to the lower clad layer. 21 and the upper clad layer 41a are confined in the active layer, and the lower clad layer 21, the active layer 40, and the upper clad layer 41a form a laminate.

この積層体及び回折格子層30の両側の基板20の上面上には、電流ブロック層が設けられている。電流ブロック層は、基板側から、p型InPブロック層42、及びn型InPブロック層43が順次積層されて形成されている。つまり、積層されたストライプ状の下部クラッド層21、回折格子層30、活性層40、及び一部の上部クラッド層41aにおいて、Y軸方向に沿った両側面は、p型InPブロック層42及びn型InPブロック層43からなる電流ブロック層により挟み込まれている。   On the upper surface of the substrate 20 on both sides of the laminate and the diffraction grating layer 30, a current blocking layer is provided. The current block layer is formed by sequentially stacking a p-type InP block layer 42 and an n-type InP block layer 43 from the substrate side. That is, in the laminated lower clad layer 21, diffraction grating layer 30, active layer 40, and part of the upper clad layer 41a, both side surfaces along the Y-axis direction are p-type InP block layers 42 and n. It is sandwiched between current blocking layers made of type InP blocking layer 43.

ブロック層43及び一部の上部クラッド層41a上には、前記の上部クラッド層41が形成されている。上部クラッド層41上には、電極取り出し用のp型InGaAsコンタクト層44を介して金(Au)等のp型電極45が形成され、更に、基板20の下面にも、Au等のn型電極46が形成されている。   The upper clad layer 41 is formed on the block layer 43 and a part of the upper clad layer 41a. A p-type electrode 45 such as gold (Au) is formed on the upper clad layer 41 via a p-type InGaAs contact layer 44 for taking out the electrode, and an n-type electrode such as Au is also formed on the lower surface of the substrate 20. 46 is formed.

なお、図1(a)では、従来の図3(a)と同様に、基板20の図中の手前側の1/4程度の面積の面は、実際には他の部分と同じように上部半導体層が存在するが、ここでは、当該上部半導体層の断面を示すため、空間のように描いてある。   In FIG. 1 (a), as in the conventional case of FIG. 3 (a), the front surface of the substrate 20 having a surface area of about 1/4 is actually the same as the other portions. Although there is a semiconductor layer, here it is drawn like a space in order to show a cross section of the upper semiconductor layer.

回折格子層30は、図1(b)に示すように、下部クラッド層21の上面上に、この上面の幅と同一幅で、Y軸の長手方向に設けられている。回折格子層30には、単一縦モード化を図り電界強度分布を平坦化させるための回折格子形成領域31と幅Laの回折格子非形成領域32とを備え、その回折格子形成領域31がY軸の長手方向に周期的に離散されて(即ち、幅Laを隔てて)設けられている。各回折格子形成領域31内には、Y軸方向に沿って、複数の凹凸の回折格子33が一定の間隔∧で均一に形成されている。   As shown in FIG. 1B, the diffraction grating layer 30 is provided on the upper surface of the lower cladding layer 21 in the longitudinal direction of the Y axis with the same width as the upper surface. The diffraction grating layer 30 includes a diffraction grating forming region 31 for flattening the electric field intensity distribution by making a single longitudinal mode and a diffraction grating non-forming region 32 having a width La, and the diffraction grating forming region 31 is Y It is provided in such a manner that it is periodically dispersed in the longitudinal direction of the shaft (that is, separated by a width La). In each diffraction grating formation region 31, a plurality of concave and convex diffraction gratings 33 are formed uniformly at regular intervals along the Y-axis direction.

(実施例1の製造方法例)
図2−1〜図2−3の(a)〜(g)は、本実施例1におけるInGaAsP系DFBレーザの製造方法例を示す概略の製造工程図である。
(Example of production method of Example 1)
FIGS. 2A to 2G are schematic manufacturing process diagrams illustrating an example of a method of manufacturing the InGaAsP DFB laser in the first embodiment.

本実施例1のInGaAsP系DFBレーザは、例えば、次の(a)〜(g)のような工程1〜7により製造される。   The InGaAsP DFB laser according to the first embodiment is manufactured by, for example, steps 1 to 7 such as the following (a) to (g).

図2−1(a)の工程1
n型InP基板20の表面に、例えば、化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition、以下「CVD」という。)法によって図示しない酸化シリコン膜(SiO2膜)を形成し、このSiO2膜上に、フォトリソグラフィにより、図示しないレジストパターンを形成する。レジストパターンを用いて、SiO2膜を周期的にストライプ状にパターニングを行う。レジストパターンを除去した後、パターニングされたSiO2膜50をマスクに、例えば、反応性イオンエッチング(以下「RIE」という。)法を用いてドライエッチングを行い、幅Laの回折格子非形成領域32を形成する。
Step 1 in FIG.
A silicon oxide film (SiO 2 film) (not shown) is formed on the surface of the n-type InP substrate 20 by, for example, a chemical vapor deposition (hereinafter referred to as “CVD”) method. A resist pattern (not shown) is formed by lithography. Using the resist pattern, the SiO2 film is periodically patterned in a stripe shape. After the resist pattern is removed, dry etching is performed using, for example, reactive ion etching (hereinafter referred to as “RIE”) using the patterned SiO 2 film 50 as a mask, and the diffraction grating non-formation region 32 having a width La is formed. Form.

図2−1(b)の工程2
例えば、二光束干渉露光法によるフォトリソグラフィ、及びウェットエッチングにより、図示しないレジストをマスクにして回折格子形成領域31を形成する。
Step 2 in FIG.
For example, the diffraction grating formation region 31 is formed using a resist (not shown) as a mask by photolithography using a two-beam interference exposure method and wet etching.

図2−1(c)、及び図2−2(d)の工程3
SiO2膜50を除去し、例えば、MOCVD法を用いてn型InGaAsP下側光ガイド層34をエピタキシャル成長させる。これにより、回折格子形成領域31、回折格子非形成領域32、及び下側光ガイド層34からなる回折格子層30が形成される。更に、例えば、MOCVD法を用い、10周期の多重量子井戸構造及びInGaAsP上側光ガイド層からなる活性層40と、p型InP上部クラッド層41とを、連続的にエピタキシャル結晶成長させる。
Step 3 in FIGS. 2-1 (c) and 2-2 (d)
The SiO 2 film 50 is removed, and the n-type InGaAsP lower light guide layer 34 is epitaxially grown using, for example, the MOCVD method. Thereby, the diffraction grating layer 30 including the diffraction grating formation region 31, the diffraction grating non-formation region 32, and the lower light guide layer 34 is formed. Further, for example, by using the MOCVD method, the active layer 40 including the 10-cycle multiple quantum well structure and the InGaAsP upper optical guide layer and the p-type InP upper cladding layer 41 are continuously epitaxially grown.

図2−2(e)の工程4
上部クラッド層41の表面に、例えば、CVD法により、図示しないSi02膜をストライプ状にパターニングを行い、このSiO2膜のパターニングに使用したレジストパターンを除去した後、このパターニングされたSiO2膜52をマスクに、p型InP上部クラッド層41、InGaAsP活性層40、回折格子層30、n型InP基板20をメサエッチングする。このメサエッチングは、例えば、RIE法を用いたドライエッチング法及びウェットエッチング法により行う。
Step 4 in FIG. 2-2 (e)
The surface of the upper clad layer 41 is patterned by, for example, a CVD method using a Si02 film (not shown) in a stripe pattern, and after removing the resist pattern used for patterning the SiO2 film, the patterned SiO2 film 52 is masked. Then, the p-type InP upper cladding layer 41, the InGaAsP active layer 40, the diffraction grating layer 30, and the n-type InP substrate 20 are mesa-etched. This mesa etching is performed by, for example, a dry etching method using a RIE method and a wet etching method.

図2−2(f)の工程5
SiO2膜52をマスクにして、例えば、MOCVD法により、p型InPブロック層42、及びn型InPブロック層43を連続的に埋め込み、エピタキシャル結晶成長させる。
Step 5 in FIG. 2-2 (f)
Using the SiO2 film 52 as a mask, the p-type InP block layer 42 and the n-type InP block layer 43 are successively embedded by, for example, MOCVD, and epitaxial crystal growth is performed.

図2−3(g)の工程6
SiO2膜52を除去した後、露出したメサ状の上部クラッド層41a上及びn型InPブロック層43上に、例えば、MOCVD法により、p型InP上部クラッド層41、及びp型InGaAsコンタクト層44を連続的にエピタキシャル結晶成長させる。この時、SiO2膜52の直下層にあったメサ上のp型InP上部クラッド層41aと、新たにMOCVD法により結晶成長させたp型In上部クラッド層41とは同一材料であるので、両者は一体化し、新しいp型InP上部クラッド層となる。
Step 6 in FIG. 2-3 (g)
After removing the SiO 2 film 52, the p-type InP upper clad layer 41 and the p-type InGaAs contact layer 44 are formed on the exposed mesa-like upper clad layer 41a and the n-type InP block layer 43 by, for example, MOCVD. Epitaxial crystal growth is performed continuously. At this time, the p-type InP upper clad layer 41a on the mesa that is immediately below the SiO2 film 52 and the p-type In upper clad layer 41 newly grown by MOCVD are made of the same material. It becomes a new p-type InP upper cladding layer.

その後、p型InGaAsコンタクト層44上にp型電極45を形成し、n型InP基板20の下面を研磨し、この研磨した面の下側にn型電極46を形成すれば、図1のDFBレーザが完成する。   After that, if the p-type electrode 45 is formed on the p-type InGaAs contact layer 44, the lower surface of the n-type InP substrate 20 is polished, and the n-type electrode 46 is formed below the polished surface, the DFB shown in FIG. The laser is complete.

(実施例1の動作)
DFBレーザは、従来とほぼ同様に、p型電極45に正電圧、n型電極46に負電圧を印加すると、p型電極45には正孔が、n型電極46には電子が注入され、これらが活性層40に向かって移動する。移動した電子・正孔は、活性層40内で再結合し、ほぼ禁制帯幅のエネルギーに相当する波長の光を発生し、誘導放出される。この誘導放出光は、回折格子層30でブラッグ反射され、レーザ発振が生じてコヒーレントな光が出力される。
(Operation of Example 1)
In the DFB laser, when a positive voltage is applied to the p-type electrode 45 and a negative voltage is applied to the n-type electrode 46, holes are injected into the p-type electrode 45 and electrons are injected into the n-type electrode 46, as in the conventional case. These move toward the active layer 40. The moved electrons / holes are recombined in the active layer 40 to generate light having a wavelength corresponding to the energy of the almost forbidden band, and are stimulated and emitted. This stimulated emission light is Bragg-reflected by the diffraction grating layer 30, and laser oscillation is generated to output coherent light.

次に、図1(b)を参照して本実施例1の特徴な動作を説明する。
媒質中の光の伝搬定数βは、媒質の実効屈折率Neffと真空中の光の波長λcにより、一般的に次式(3)で表される。
β=2πNeff/λc ・・・(3)
Next, the characteristic operation of the first embodiment will be described with reference to FIG.
The propagation constant β of light in the medium is generally expressed by the following equation (3) by the effective refractive index Neff of the medium and the wavelength λc of light in vacuum.
β = 2πNeff / λc (3)

本実施例1におけるDFBレーザにおいて、回折格子層30内の回折格子形成領域31と回折格子非形成領域32では、実効屈折率が僅かに異なるために、伝搬定数も僅かに異なる。この伝搬定数の差をδβとし、当該DFBレーザ1個当たりの全回折格子非形成領域32の幅Laの和をLtlとすると、この積δβ・Ltlが光波に対する位相シフト量となる。そこで、次式(2)
δβ・Ltl≒π/2 ・・・(2)
を満たすように、幅Laを形成することによって、本実施例1により作製したDFBレーザにおいて、λ/4位相シフトDFBレーザの回折格子と等価的な回折格子が形成できる。
In the DFB laser according to the first embodiment, since the effective refractive index is slightly different between the diffraction grating forming region 31 and the diffraction grating non-forming region 32 in the diffraction grating layer 30, the propagation constants are also slightly different. If the difference between the propagation constants is δβ and the sum of the widths La of all the diffraction grating non-formation regions 32 per DFB laser is Ltl, this product δβ · Ltl is the phase shift amount with respect to the light wave. Therefore, the following equation (2)
δβ · Ltl≈π / 2 (2)
By forming the width La so as to satisfy the above, a diffraction grating equivalent to the diffraction grating of the λ / 4 phase shift DFB laser can be formed in the DFB laser manufactured according to the first embodiment.

ここで、回折格子形成領域31と回折格子非形成領域32の合わさった回折格子層30において、周期的に離散した回折格子33の間隔∧は、回折した光の位相が離散した回折格子間で連続性が保たれるように、回折格子33を形成する。   Here, in the diffraction grating layer 30 in which the diffraction grating formation region 31 and the diffraction grating non-formation region 32 are combined, the interval between the periodically separated diffraction gratings 33 is continuous between the diffraction gratings in which the phase of the diffracted light is discrete. The diffraction grating 33 is formed so that the property is maintained.

(実施例1の効果)
本実施例1によれば、回折格子層30内において回折格子非形成領域32を周期的に離散させることによって、共振する回折格子層内部の電界分布が平坦化され、式(2)を満たすように、回折格子非形成領域32の幅Laを形成することによって、λ/4位相シフト型等価的な回折格子が形成できる。このような離散的に回折格子33を形成したDFBレーザにおいては、回折格子形成領域31と回折格子非形成領域32を同一の回折格子層30内に併せ持つことにより、λ/4位相シフト構成部において電界集中が起こりにくい構造を構成することができる。
(Effect of Example 1)
According to the first embodiment, by periodically separating the diffraction grating non-formation regions 32 in the diffraction grating layer 30, the electric field distribution inside the resonating diffraction grating layer is flattened, so that the formula (2) is satisfied. In addition, by forming the width La of the diffraction grating non-formation region 32, a λ / 4 phase shift equivalent diffraction grating can be formed. In such a DFB laser in which the diffraction grating 33 is formed discretely, the diffraction grating formation region 31 and the diffraction grating non-formation region 32 are combined in the same diffraction grating layer 30, so that A structure in which electric field concentration hardly occurs can be configured.

(変形例)
本発明は、上記実施例1に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(A)〜(D)のようなものがある。
(Modification)
The present invention is not limited to the first embodiment, and various usage forms and modifications are possible. For example, the following forms (A) to (D) are available as usage forms and modifications.

(A) 図1(a)において、活性層40の上面に回折格子層30を設けても、ほぼ同様の作用効果が得られる。   (A) In FIG. 1A, even if the diffraction grating layer 30 is provided on the upper surface of the active layer 40, substantially the same function and effect can be obtained.

(B) 実施例1では、活性層40にInGaAsPのMQWを用いた、回折格子形成領域31と回折格子非形成領域32を周期的に構成したDFBレーザについて説明したが、InGaAsPバルクを用いて、実施例1のDFBレーザを構成することもできる。   (B) In the first embodiment, the DFB laser in which the diffraction grating formation region 31 and the diffraction grating non-formation region 32 are periodically formed using InGaAsP MQW for the active layer 40 has been described, but using an InGaAsP bulk, The DFB laser of Example 1 can also be configured.

(C) 本実施例1では、InPを基板20とし、InGaAsPを活性層40としたInGaAsP系DFBレーザについて説明したが、本発明は、他のDFBレーザの材料としてAlGaAs系、PbSnTe系等を用いた全てのDFBレーザに適用可能である。   (C) In the first embodiment, the InGaAsP DFB laser using InP as the substrate 20 and InGaAsP as the active layer 40 has been described. However, the present invention uses AlGaAs, PbSnTe, etc. as other DFB laser materials. It can be applied to all DFB lasers.

(D) 本発明のDFBレーザは、図示以外の構造、形状、材料、製造方法等に変更が可能である。   (D) The DFB laser of the present invention can be changed to structures, shapes, materials, manufacturing methods, etc. other than those shown in the drawings.

本発明の実施例1を示すDFBレーザの概略の構成図である。It is a schematic block diagram of the DFB laser which shows Example 1 of this invention. 本実施例1におけるInGaAsP系DFBレーザの製造方法例を示す概略の製造工程図である。FIG. 5 is a schematic manufacturing process diagram showing an example of a method for manufacturing an InGaAsP-based DFB laser in Example 1. 本実施例1におけるInGaAsP系DFBレーザの製造方法例を示す概略の製造工程図である。FIG. 5 is a schematic manufacturing process diagram showing an example of a method for manufacturing an InGaAsP-based DFB laser in Example 1. 本実施例1におけるInGaAsP系DFBレーザの製造方法例を示す概略の製造工程図である。FIG. 5 is a schematic manufacturing process diagram showing an example of a method for manufacturing an InGaAsP-based DFB laser in Example 1. 従来のDFBレーザを示す概略の構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional DFB laser. 従来のλ/4位相シフトDFBレーザにおける回折格子層を示す概略の斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the diffraction grating layer in the conventional (lambda) / 4 phase shift DFB laser.

符号の説明Explanation of symbols

20 n型InP基板
21 n型InP下部クラッド層
30 回折格子層
31 回折格子形成領域
32 回折格子非形成領域
33 回折格子
40 活性層
41,41a p型InP上部クラッド層
42 p型InPブロック層
43 n型InPブロック層
44 p型InGaAsコンタクト層
20 n-type InP substrate 21 n-type InP lower clad layer 30 diffraction grating layer 31 diffraction grating formation region 32 diffraction grating non-formation region 33 diffraction grating 40 active layer 41, 41a p-type InP upper clad layer 42 p-type InP block layer 43 n Type InP block layer 44 p type InGaAs contact layer

Claims (2)

誘導放出光を生成するための活性層と、
前記活性層の下又は上に積層され、単一縦モード化を図るための回折格子層と、
前記活性層及び前記回折格子層を上下の方向から挟み込むように積層された上部クラッド層及び下部クラッド層とを有し、
前記回折格子層において、前記活性層を導波される前記誘導放出光のエバネセント場の及ぶ範囲内に、凹凸の回折格子が形成された回折格子形成領域と、前記回折格子が形成されていない回折格子非形成領域とが、交互に周期的に形成されていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
An active layer for generating stimulated emission light;
A diffraction grating layer that is laminated under or on the active layer to achieve a single longitudinal mode;
An upper clad layer and a lower clad layer laminated so as to sandwich the active layer and the diffraction grating layer from above and below,
In the diffraction grating layer, a diffraction grating forming region in which an uneven diffraction grating is formed within a range covered by an evanescent field of the stimulated emission light guided through the active layer, and a diffraction in which the diffraction grating is not formed A distributed feedback semiconductor laser characterized in that the lattice non-formation regions are alternately and periodically formed.
前記回折格子形成領域と前記回折格子非形成領域とは、
間隔∧が次式(1)
∧=m・λc/2Neff ・・・(1)
但し、m;任意の正の整数
λc;回折格子層における発光波長
Neff;回折格子層における実効屈折率
を満たす周期で離散されて形成され且つ、前記回折格子非形成領域の幅Laの和Ltlが、次式(2)
δβ・Ltl≒π/2 ・・・(2)
但し、δβ;回折格子層において、回折格子形成領域と回折格子非形成領
域における光の伝播定数の差
を満たすことを特徴とする請求項1記載の分布帰還型半導体レーザ。
The diffraction grating formation region and the diffraction grating non-formation region,
Interval ∧ is the following formula (1)
∧ = m · λc / 2Neff (1)
Where m is any positive integer
λc: emission wavelength in the diffraction grating layer
Neff; the sum Ltl of the widths La of the diffraction grating non-formation regions formed discretely with a period satisfying the effective refractive index in the diffraction grating layer is expressed by the following equation (2)
δβ · Ltl≈π / 2 (2)
However, in the diffraction grating layer, the diffraction grating formation region and the diffraction grating non-formation region
2. The distributed feedback semiconductor laser according to claim 1, wherein a difference in propagation constant of light in the region is satisfied.
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