JPH06283802A - Semiconductor laser device and fabrication thereof - Google Patents
Semiconductor laser device and fabrication thereofInfo
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- JPH06283802A JPH06283802A JP6652693A JP6652693A JPH06283802A JP H06283802 A JPH06283802 A JP H06283802A JP 6652693 A JP6652693 A JP 6652693A JP 6652693 A JP6652693 A JP 6652693A JP H06283802 A JPH06283802 A JP H06283802A
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- 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
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- H01S5/106—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying thickness along the optical axis
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、波長多重あるいは光周
波数多重光通信方式(WDMあるいはFDM)における
集積化光源として利用される半導体レーザ装置及びその
製造方法に関し、光通信や光情報処理のための基本的な
光デバイスである波長可変光源あるいは波長変換素子と
しても用いられる。また、光通信分野での光波長(周波
数)多重通信システムにおける送信用光源や同期検波用
可同調光源、及び光計測用光源として好適な波長掃引機
能付き半導体レーザに用いるための半導体分布反射器の
製造方法としても適用できるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device used as an integrated light source in a wavelength division multiplexing or optical frequency division multiplexing optical communication system (WDM or FDM) and a manufacturing method thereof, for optical communication and optical information processing. It is also used as a wavelength tunable light source or a wavelength conversion element which is a basic optical device of. In addition, a semiconductor distributed reflector for use in a semiconductor laser with a wavelength sweep function suitable as a light source for transmission and a tunable light source for synchronous detection in an optical wavelength (frequency) multiplex communication system in the optical communication field, and a light source for optical measurement. It can also be applied as a manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】これまでの多波長レーザとしては一般に
アレイ型が考えられてきた。例えば、均一な組成の結晶
構造をもつウェハに回折格子の周期を変化させることに
よって、その発振波長を変化させる方法がある(電子情
報通信学会論文誌J73−C−1巻、No.5、p.2
91(1990)、中尾等)。しかし、この方法ではレ
ーザの発振可能な波長域は、いわゆるゲイン幅によって
決まるために波長変化量としてはせいぜい100nm程
度であり、またレーザの発振特性も波長域によって変化
するものであった。2. Description of the Related Art An array type has been generally considered as a multi-wavelength laser until now. For example, there is a method of changing the oscillation wavelength of a wafer having a crystal structure of uniform composition by changing the period of the diffraction grating (Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, J73-C-1, Volume 5, No. 5, p. .2
91 (1990), Nakao et al.). However, in this method, the wavelength range in which the laser can oscillate is determined by the so-called gain width, and therefore the amount of change in wavelength is at most about 100 nm, and the oscillation characteristics of the laser also change depending on the wavelength range.
【0003】また半導体のバンドギャップの温度特性を
利用して、発振波長を温度によって変化させる方法もあ
るが、これは応答が遅いこと、集積化には適さないこ
と、他のレーザ特性も変化してしまう等の欠点がある。
また広範囲に波長掃引のできる半導体レーザとしては分
布反射型レーザ(distributed bragg reflecter lase
r:DBRレーザ)が開発されているが、波長掃引幅は
前述のようにゲイン幅で決まる限界があり、また同時に
複数のレーザ光を放射できない等の欠点がある。There is also a method of changing the oscillation wavelength according to the temperature by utilizing the temperature characteristic of the semiconductor band gap, but this has a slow response, is not suitable for integration, and changes other laser characteristics. There are drawbacks such as being lost.
Also, as a semiconductor laser capable of sweeping a wavelength over a wide range, a distributed bragg reflecter laser
r: DBR laser) has been developed, but there are drawbacks such that the wavelength sweep width is limited by the gain width as described above, and a plurality of laser beams cannot be emitted at the same time.
【0004】従来の通信情報量の増大に対して、光波長
(周波数)多重通信システムの研究が行われているが、
送信用光源及び同期検波用可同調光源として広範囲な波
長掃引機能が要求されてきており、また、光計測の分野
からも広域波長帯をカバーする可変波長光源の実現が望
まれている。For the conventional increase in the amount of communication information, research has been conducted on an optical wavelength (frequency) multiplex communication system.
A wide range of wavelength sweeping function is required as a transmission light source and a synchronous detection tunable light source, and also in the field of optical measurement, realization of a variable wavelength light source covering a wide wavelength band is desired.
【0005】可変波長光源としては、電流注入により簡
単に波長を掃引することができる分布反射型半導体レー
ザが数多く研究されている。これらは分布反射器領域の
回折格子ピッチは一様であるため、λ=2Λneq(Λ:
回折格子のピッチ、neq:等価屈折率)で決まるブラッ
ク波長λ近傍の発振波長は、非活性導波路領域の等価屈
折率neqの電気的な等価屈折率変化量Δneqで決まって
いた。よって、通常電流注入による半導体の最大屈折率
変化量Δn/nは1%程度であるため、上記従来例の分
布反射型半導体レーザの波長掃引幅は100Å程度に留
まり、光波長多重通信システム用光源としては不十分で
あるという問題があった。As a variable wavelength light source, a number of distributed reflection type semiconductor lasers, which can easily sweep the wavelength by injecting current, have been studied. Since the diffraction grating pitch in these distributed reflector regions is uniform, λ = 2Λn eq (Λ:
The oscillation wavelength near the black wavelength λ, which is determined by the pitch of the diffraction grating, n eq : equivalent refractive index), is determined by the electrical equivalent refractive index change Δn eq of the equivalent refractive index n eq of the inactive waveguide region. Therefore, since the maximum refractive index change Δn / n of the semiconductor due to the normal current injection is about 1%, the wavelength sweep width of the distributed reflection type semiconductor laser of the above-mentioned conventional example stays at about 100 Å, and the light source for the optical wavelength division multiplexing communication system. As a result, there was a problem of being insufficient.
【0006】それに対して半導体基板上に形成された前
記半導体基板より光学的に屈折率の大きい光導波路層を
一層以上含む光導波路において、前記光導波路上に形成
された回折格子のピッチがΛaからΛbまで連続的もしく
は断続的に変化する領域が周期Mf(ただし、Mf>
Λa,Λb)で繰り返し形成されている半導体分布反射器
の反射特性が、波長λa=2Λaneqから波長λb=2Λ
bneqまでの間に、波長間隔Δλf=λ0 2/2neqM
f(λ0=neq(Λa+Λb) )で周期的に反射ピークを持
つ特性をとることにより、その反射鏡を有する波長可変
レーザは従来より1桁大きい波長可変範囲が得られるよ
うになった(特願平4−222718号)。On the other hand, in an optical waveguide including one or more optical waveguide layers having a refractive index larger than that of the semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate, the pitch of the diffraction grating formed on the optical waveguide is Λ a. From Λ b to a region that changes continuously or intermittently has a period M f (where M f >
From the wavelength λ a = 2Λ a n eq to the wavelength λ b = 2Λ, the reflection characteristics of the semiconductor distributed reflector repeatedly formed by Λ a , Λ b ).
Wavelength interval Δλ f = λ 0 2 / 2n eq M up to b n eq
By taking the characteristic that the reflection peaks are periodically obtained at f (λ 0 = n eq (Λ a + Λ b )), the wavelength tunable laser having the reflecting mirror can obtain a wavelength tunable range that is one digit larger than the conventional one. (Japanese Patent Application No. 4-222718).
【0007】上記の回折格子と対して同等の効果を得ら
れる構造として、均一回折格子上への異なる屈折率の媒
質を形成することにより複数の高反射率ピークを有する
反射器が得られ、それを有する波長可変レーザの提案も
行われた(特願平4−213084号)。As a structure having the same effect as the above diffraction grating, a medium having different refractive indexes is formed on a uniform diffraction grating to obtain a reflector having a plurality of high reflectance peaks. A wavelength tunable laser having the above has been proposed (Japanese Patent Application No. 4-213084).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑みて成されたものであり、非平坦基板上への結晶
成長を利用して、広帯域な発光特性をもち、高密度に集
積化された、同一の出射面から発光するレーザ光源を実
現することを主な目的としている。本発明の他の目的
は、その異なる屈折率変化を有する半導体導波路を一回
の結晶成長で生ぜしめるための製造方法を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and utilizes crystal growth on a non-flat substrate to have a broad band emission characteristic and a high density integration. The main purpose is to realize a laser light source that emits light from the same emission surface. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method for producing a semiconductor waveguide having different refractive index changes by a single crystal growth.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の半導体レーザ装置の構成は半導体上にあらかじめ形
成するリッジの幅及び隣接するリッジとの間隔(溝
幅)、及びリッジの高さを所定の範囲に設定し、有機金
属気相成長(MOVPE)法により活性層を歪多重量子
井戸(MQW)構造からなる半導体多層膜を形成し、必
要に応じてリッジ上部に光のガイド層を有することを特
徴とする。The structure of the semiconductor laser device of the present invention which solves the above-mentioned problems is such that the width of a ridge formed in advance on a semiconductor, the distance between adjacent ridges (groove width), and the height of the ridge are set. A semiconductor multilayer film having a strained multiple quantum well (MQW) structure is formed as an active layer by a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method within a predetermined range, and a light guide layer is provided on the ridge as needed. It is characterized by
【0010】上記課題を解決する本発明の半導体レーザ
装置の製造方法に係る構成は均一ピッチΛ0で、均一深
さの回折格子が形成された半導体基板上に、2本の溝を
それらに挾まれた領域の幅が一定で、かつ両方の溝幅も
しくは溝の深さが溝の方向に対して対称で、かつその溝
幅もしくは溝の深さが溝の方向に対して連続的もしくは
断続的に変化する領域が大きい周期Λsで繰り返される
ように形成し、その上に量子井戸導波路構造を結晶成長
することにより、2本の溝で挾まれた領域に前記溝幅も
しくは溝の深さの異なる領域に異なるバンドギャップ組
成の導波路層を生ぜしめ、溝の方向に対して屈折率をn
aからnbまで連続的もしくは断続的に変化する領域が前
記周期Λaで繰り返されている量子井戸導波路層を成長
せしめ、前記屈折率変化によって少なくともλa(=2
naΛ0)からλb(=2nbΛ0)までに1つ以上の反射
率ピークを有する分布反射器を形成せしめることを特徴
とする。或いは、前記均一ピッチΛ0及び均一深さの回
折格子は、半導体基板ではなく、量子井戸導波路上に形
成することを特徴とする。The structure according to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, which solves the above problems, has two grooves formed on a semiconductor substrate on which a diffraction grating having a uniform pitch Λ 0 and a uniform depth is formed. The width of the encircled area is constant, both groove widths or groove depths are symmetrical with respect to the groove direction, and the groove widths or groove depths are continuous or intermittent with respect to the groove direction. Of the groove width or the depth of the groove is formed in a region sandwiched by two grooves by forming a region in which the width changes to a cycle with a large period Λ s and crystal-growing a quantum well waveguide structure on the region. Of the waveguide layers having different bandgap compositions in different regions of the
A quantum well waveguide layer in which a region that continuously or intermittently changes from a to n b is repeated with the period Λ a is grown, and at least λ a (= 2
The present invention is characterized in that a distributed reflector having one or more reflectance peaks is formed from n a Λ 0 ) to λ b (= 2n b Λ 0 ). Alternatively, the diffraction grating having the uniform pitch Λ 0 and the uniform depth is formed not on the semiconductor substrate but on the quantum well waveguide.
【0011】[0011]
【作用】あらかじめリッジ幅、溝幅、及びリッジの高さ
が設定されたパタンを有する半導体基板上にMOVPE
法により、歪量子井戸構造の半導体多層膜を形成する
と、結晶成長の固有の特性により、結晶面による半導体
構成元素の移動速度に差を生じ、リッジ上でn歪多重量
子井戸膜の組成にわずかながら変化を生じる。このた
め、複数のリッジの上に活性層の厚さと組成がわずかに
異なる光機能素子が形成でき、その波長特性は広い範囲
で制御することができる。MOVPE is formed on a semiconductor substrate having a pattern in which the ridge width, the groove width, and the ridge height are preset.
When a semiconductor multi-layer film having a strained quantum well structure is formed by the method, a difference in the moving speed of semiconductor constituent elements depending on the crystal plane is caused due to the characteristic of crystal growth, and the composition of the n-strained multiple quantum well film on the ridge is slightly different. While making changes. Therefore, an optical functional element having a slightly different thickness and composition of the active layer can be formed on the plurality of ridges, and its wavelength characteristic can be controlled in a wide range.
【0012】この波長特性の制御において、その変化の
主要因は量子井戸層の組成の変化によるものである。図
1は、リッジ形状基板に形成した引っ張り歪みが0.5
%入った井戸層の厚さ17ÅのIn1-xGaxAs/InGa
AsP(λg=1.1μm)よりなる量子井戸層の発光
波長のシフト量を示したものである。尚、平坦な基板上
に本発明と同様の歪み量子井戸層を結晶成長した後、所
定の活性層幅をドライエッチングで形成し、再度、半導
体薄膜層で埋め込んだ発光素子の発光波長は1.27μ
mである。In controlling the wavelength characteristics, the main cause of the change is the change in the composition of the quantum well layer. FIG. 1 shows that the tensile strain formed on the ridge-shaped substrate is 0.5.
% Well layer with a thickness of 17 Å In 1-x Ga x As / InGa
It shows the shift amount of the emission wavelength of the quantum well layer made of AsP (λg = 1.1 μm). After the strained quantum well layer similar to that of the present invention was crystal-grown on a flat substrate, a predetermined active layer width was formed by dry etching, and the light emitting element filled with the semiconductor thin film layer again had an emission wavelength of 1. 27μ
m.
【0013】図1(A)は、リッジの高さhを2μmと
一定として、リッジ幅dwを1μmから6μmまで変化
させた時の発光波長の変化量との関係について、溝幅d
gをパラメータとした特性を示したものである。図から
わかるように、溝幅dgが3μm以下ではリッジ幅dw
に対して発光波長のシフト量が顕著に増加している。リ
ッジ幅dwが4μm以上では、発光波長のシフト量はき
わめて少ない。FIG. 1A shows the relationship between the height h of the ridge and the constant amount of 2 μm, and the variation of the emission wavelength when the ridge width dw is changed from 1 μm to 6 μm.
The characteristic is shown with g as a parameter. As can be seen from the figure, when the groove width dg is 3 μm or less, the ridge width dw
On the other hand, the shift amount of the emission wavelength is remarkably increased. When the ridge width dw is 4 μm or more, the shift amount of the emission wavelength is extremely small.
【0014】図1(B)は、リッジの高さhを2μmと
一定として、溝幅dgを1μmから10μmまで変化さ
せた時の発光波長の変化量との関係について、リッジ幅
dwをパラメータとした特性を示したものである。図か
らわかるように、リッジ幅dwが2μm以下では、溝幅
dgの変化に対して発光波長のシフト量が大幅に変化
し、とくに溝幅dgが6μm以下で顕著である。In FIG. 1B, the ridge width dw is used as a parameter for the relationship with the amount of change in the emission wavelength when the groove width dg is changed from 1 μm to 10 μm with the height h of the ridge being constant at 2 μm. It shows the characteristics of the above. As can be seen from the figure, when the ridge width dw is 2 μm or less, the shift amount of the emission wavelength changes significantly with respect to the change of the groove width dg, and particularly when the groove width dg is 6 μm or less.
【0015】図1(C)は、溝幅dgを1.5μmと一
定として、リッジの高さhを1.2μmから2.2μm
まで変化させた時の発光波長の変化量との関係につい
て、リッジ幅dwをパラメータとした特性を示したもの
である。発光波長のシフト量はリッジの高さhに対して
も顕著であることがわかる。即ち、図2の特性から、リ
ッジ幅dw、高さh、溝幅dgを10μm以下の微小な
寸法では、発光波長の変化量がきわめて大きく、しか
も、リッジなどの加工技術により発光波長が制御できる
ことを示している。また、発光特性はリッジ幅dwが狭
いほど、また溝幅dgも狭いほど、長波長側にシフトす
る。平板上の成長を利用した従来技術による発光波長は
1.27μmであり、本発明により最大発光波長が1.
6μmという300nmの最大シフト量のものが実現で
きる。In FIG. 1C, the height h of the ridge is 1.2 μm to 2.2 μm with the groove width dg being constant at 1.5 μm.
It shows the characteristics with the ridge width dw as a parameter with respect to the relationship with the amount of change in the emission wavelength when it is changed to. It can be seen that the shift amount of the emission wavelength is remarkable with respect to the height h of the ridge. That is, from the characteristics of FIG. 2, when the ridge width dw, the height h, and the groove width dg are small dimensions of 10 μm or less, the amount of change in the emission wavelength is extremely large, and the emission wavelength can be controlled by a processing technique such as a ridge. Is shown. Further, the emission characteristics shift to the longer wavelength side as the ridge width dw is narrower and the groove width dg is narrower. The emission wavelength according to the prior art utilizing the growth on a flat plate is 1.27 μm, and the maximum emission wavelength according to the present invention is 1.27 μm.
A maximum shift amount of 6 μm of 300 nm can be realized.
【0016】ある狭い結晶表面に結晶成長する場合、そ
の結晶成長速度、結晶組成は前記結晶面に対して一部も
しくは全部を接する領域の形状、表面状態、もしくは表
面の材質によって異なる。特に量子井戸構造を前記結晶
表面に形成した場合、成長速度の違いから量子井戸の井
戸幅の違いが生じ、見かけ上の組成が大きく変化する効
果が見られる。例えば、図7(a)に示すSiO2絶縁膜
で挟まれた領域に成長したバルク結晶の成長膜厚、組成
は、図7(c)に示すように、その絶縁膜の幅(マスク
幅Wm)によって変化し、図7(d)に示すように量子
井戸導波路を成長したときには、その絶縁膜の幅(マス
ク幅Wm)によって変化し、発振波長のシフトが発生す
る(1991年電子通信学会全国大会C−131、佐々
木等)。When a crystal is grown on a certain narrow crystal surface, the crystal growth rate and crystal composition differ depending on the shape, surface state, or surface material of the region which is in contact with a part or all of the crystal plane. In particular, when a quantum well structure is formed on the crystal surface, a difference in the growth rate causes a difference in the well width of the quantum well, which has the effect of significantly changing the apparent composition. For example, as shown in FIG. 7C, the growth film thickness and composition of the bulk crystal grown in the region sandwiched by the SiO 2 insulating films shown in FIG. 7A are as shown in FIG. 7C. ), And when the quantum well waveguide is grown as shown in FIG. 7D, it changes depending on the width of the insulating film (mask width Wm), and the oscillation wavelength shifts (1991 IEICE). National Convention C-131, Sasaki, etc.).
【0017】従って、図8(a),(b)に示すよう
に、均一なピッチΛ0で形成されている回折格子15上
に形成した絶縁膜マスク16を用い、その真ん中に量子
井戸構造を選択成長した場合、上述した図7に示す効果
によりその絶縁膜マスク16の形状により真ん中の領域
の結晶組成を変えることができる。同等の効果は、図8
(c)に示す半導体に二つの溝17を形成した構造でも
得られ、二つの溝17の間のリッジ18に残された結晶
面の両側の溝幅dgもしくは溝の深さ(リッジ高さh)
によっても結晶の組成を変えることができる。Therefore, as shown in FIGS. 8A and 8B, an insulating film mask 16 formed on the diffraction grating 15 formed with a uniform pitch Λ 0 is used, and a quantum well structure is formed in the middle thereof. When selectively grown, the crystal composition of the central region can be changed by the shape of the insulating film mask 16 due to the effect shown in FIG. The equivalent effect is shown in FIG.
The structure shown in FIG. 3C, in which two grooves 17 are formed in the semiconductor, is also obtained, and the groove width dg or the groove depth (ridge height h on both sides of the crystal plane left in the ridge 18 between the two grooves 17 is obtained. )
Can also change the composition of crystals.
【0018】このようにして回折格子が均一なピッチΛ
0で形成されている光導波路層のバルブギャップ組成
が、光の導波方向に対して連続的もしくは断続的に変化
する領域が大きな周期で繰り返され(特願平4−213
084号参照)、それによって前記光導波路の等価的な
屈折率が光の導波方向に対してnaからnbまで連続的も
しくは断続的に変化する領域が前記周期Mfで繰り返さ
れており前記屈折率によって波長λa(=2naΛ)から
λb(=2nbΛ)までに少なくとも1つ以上の反射率ピ
ークを有する半導体レーザ装置を形成することができ
る。In this way, the diffraction grating has a uniform pitch Λ.
The region in which the valve gap composition of the optical waveguide layer formed of 0 changes continuously or intermittently in the light guiding direction is repeated with a large cycle (Japanese Patent Application No. 4-213).
No. 084), whereby a region in which the equivalent refractive index of the optical waveguide changes continuously or intermittently from n a to n b in the light guiding direction is repeated at the period M f. A semiconductor laser device having at least one reflectance peak from the wavelength λ a (= 2n a Λ) to the wavelength λ b (= 2n b Λ) can be formed by the refractive index.
【0019】[0019]
【実施例】(実施例1)溝幅変調型タンデムDFBレー
ザ 本実施例は、リッジ幅dwと高さhは一定にし、て溝幅
dgを5通り変えて5波長半導体レーザを作製したもの
である。図2に、本実施例に係る5波長半導体レーザの
作成手順を示す。EXAMPLES Example 1 Groove Width Modulation Tandem DFB Laser In this example, a ridge width dw and a height h are made constant, and a groove width dg is changed in five ways to manufacture a 5-wavelength semiconductor laser. is there. FIG. 2 shows a procedure for producing the 5-wavelength semiconductor laser according to this embodiment.
【0020】先ず、図2(A)に示すように、InP基
板1に回折格子2を形成する。回折格子2は、幅5μm
で、それぞれ300μmごとに周期が2400Å,23
00Å,2200Å,2100Å,2000Åと変化す
る。電子ビームリソグラフィを用いると、均一な回折格
子はもとよりリッジの形成される部分にリッジ幅や高さ
および溝幅に応じて周期の変化する回折格子も形成され
る。InP基板1には、回折格子形成前に光導波路層、
例えばInGaAsP層を結晶成長させる場合もあり、そ
の場合には以後の結晶成長において相当する光導波路層
の成長過程が省略される。First, as shown in FIG. 2A, a diffraction grating 2 is formed on an InP substrate 1. The diffraction grating 2 has a width of 5 μm
And the cycle is 2400Å, 23 for each 300μm.
It changes to 00Å, 2200Å, 2100Å, 2000Å. When electron beam lithography is used, not only a uniform diffraction grating but also a diffraction grating whose period changes according to the ridge width, height and groove width are formed in the portion where the ridge is formed. The InP substrate 1 has an optical waveguide layer before forming a diffraction grating,
For example, the InGaAsP layer may be crystal-grown, in which case the corresponding optical waveguide layer growth step is omitted in the subsequent crystal growth.
【0021】次に、図2(B)に示すように回折格子2
の形成されたn型InP(100)基板1上に酸化膜も
しくは窒化膜3よりなるパタンをフォトリソグラフィに
より形成する。このパタンはリッジになるストライプ部
分と、それを挾むような一部に階段を有する台地状のマ
スクである。引き続き、図2(C)に示すように、塩素
ガスを用いたドライエッチングにより、リッジ4及び溝
5を有する溝幅変調型の非平坦基板が形成される。ここ
で、リッジ4は、<011>方向(いわゆる逆メサ方
向)に形成され、リッジ幅dwは1.5μmであり、リ
ッジ高さhは2μmである。溝幅dgは、300μmご
とに1.5μm,3.0μm,3.5μm,4.0μ
m,10.0μmに段階的に広がっている。Next, as shown in FIG. 2B, the diffraction grating 2
A pattern made of an oxide film or a nitride film 3 is formed by photolithography on the n-type InP (100) substrate 1 on which the above is formed. This pattern is a plate-shaped mask having a stripe portion that becomes a ridge and a staircase in a part that sandwiches the stripe portion. Subsequently, as shown in FIG. 2C, a groove width modulation type non-flat substrate having ridges 4 and grooves 5 is formed by dry etching using chlorine gas. Here, the ridge 4 is formed in the <011> direction (so-called reverse mesa direction), the ridge width dw is 1.5 μm, and the ridge height h is 2 μm. The groove width dg is 1.5 μm, 3.0 μm, 3.5 μm, 4.0 μ at every 300 μm.
m, 10.0 μm.
【0022】その後、図2(D)に示すように、リッジ
4及び溝5を有する溝幅変調型の非平坦基板上に、In
GaAsPの光導波路層と5周期の30ÅのInGaP井戸
/150ÅのInGaAsPバリアよりなる歪量子井戸構
造の発光層6、p−InPクラッド層7を形成する。発
光層6、クラッド層7は、トリメチルインジウム、トリ
メチルガリウム、アルシン、フォスフィンを半導体用の
原料ガスとしてまたセレン化水素とジエチルジンクをド
ーピング用ガスとして、630℃,0.1気圧で有機金
属気相成長法により形成する。After that, as shown in FIG. 2D, In is formed on a groove width modulation type non-flat substrate having ridges 4 and grooves 5.
A light emitting layer 6 and a p-InP clad layer 7 having a strained quantum well structure composed of an optical waveguide layer of GaAsP and an InGaP barrier of 30 Å / 150 Å of 30 Å of 5 periods are formed. The light emitting layer 6 and the clad layer 7 are formed of a metalorganic vapor phase at 630 ° C. and 0.1 atm using trimethylindium, trimethylgallium, arsine, and phosphine as source gases for semiconductors and hydrogen selenide and diethylzinc as doping gases. It is formed by the growth method.
【0023】フォトルミネスセンス法により観測した平
坦基板上での発光のスペクトルは1.3mmにピークを持
つのに対して、隣接した溝幅1.5μm,3.0μm,
3.5μm,4.0μm,10.0μmとなっているリ
ッジ上からの発光のピークはそれぞれ1.55μm,
1.5μm,1.45μm,1.4μm,1.35μm
になる。更に、図2(E)にしたがって有機金属気相成
長法によりp−InPクラッド層7′を積み増した後、
電流ブロックのためにn−InP層8及びp−InP層9
を成長した後、p−InGaAsPコンタクト層10を形
成する。The emission spectrum on the flat substrate observed by the photoluminescence method has a peak at 1.3 mm, while the adjacent groove widths are 1.5 μm and 3.0 μm.
The peaks of light emission from the ridge at 3.5 μm, 4.0 μm and 10.0 μm are 1.55 μm,
1.5μm, 1.45μm, 1.4μm, 1.35μm
become. Further, according to FIG. 2 (E), after p-InP clad layer 7'is additionally deposited by metalorganic vapor phase epitaxy,
N-InP layer 8 and p-InP layer 9 for current blocking
Then, a p-InGaAsP contact layer 10 is formed.
【0024】図2(D)と(E)の結晶成長は条件によ
り一回で可能であるが、埋め込み層の厚さやドーピング
制御等を正確に行うときは、2ないし3回に分けて成長
を行う。図2(F)のように上下にp電極11とn電極
11′を形成し、リッジ上の組成の変化するそれぞれの
部分を分離するために分離溝12を設ける。このように
して作製された素子をヒートシンク13上にマウント
し、更にワイヤー14をボンデングした後にI1 からI
5 の電流注入を行うと、図2(F)に矢印であらわした
A面からはそれぞれの電流注入に応じて図3に示したよ
うなA1 からA5 のようなレーザ発振特性が得られる。The crystal growth shown in FIGS. 2D and 2E can be performed once depending on the conditions, but when the thickness of the buried layer, the doping control, etc. are accurately performed, the growth can be performed in two or three times. To do. As shown in FIG. 2 (F), a p-electrode 11 and an n-electrode 11 'are formed on the upper and lower sides, and a separation groove 12 is provided to separate respective portions on the ridge where the composition changes. Thus the element manufactured by mounting on the heat sink 13, further I from I 1 after Bondengu wire 14
When current injection of 5 is performed, laser oscillation characteristics such as A 1 to A 5 as shown in FIG. 3 are obtained from the A surface indicated by an arrow in FIG. 2 (F) according to each current injection. .
【0025】発振成波長はフォトルミネスセンス測定結
果と一致した組成に対応した指向性の良い発光である。
また反対の面Bからは図3中にBで示したような1.5
5μmでの発光が主に観察される。これは前面で発光し
た波長の短い光は反対側の領域で吸収されるためであ
る。The oscillation wavelength is a light emission with good directivity corresponding to the composition that is in agreement with the photoluminescence measurement result.
Also, from the opposite surface B, 1.5 as shown by B in FIG.
Emission at 5 μm is mainly observed. This is because light with a short wavelength emitted from the front surface is absorbed in the area on the opposite side.
【0026】(実施例2)リッジ幅変調型タンデムDF
Bレーザ 本実施例は、溝幅dgとリッジ高さhを一定にし、リッ
ジ幅dwを5通り変えた5波長集積型DFBレーザに関
するものである。図4に、本実施例に係る5波長集積型
DFBレーザの作成手順を示す。InP基板1には、予
め、図2(A)に示すように、回折格子2を形成してお
く。(Embodiment 2) Ridge width modulation type tandem DF
B laser This embodiment relates to a 5-wavelength integrated DFB laser in which the groove width dg and the ridge height h are fixed and the ridge width dw is changed in five ways. FIG. 4 shows a procedure for producing the 5-wavelength integrated DFB laser according to this embodiment. A diffraction grating 2 is formed in advance on the InP substrate 1 as shown in FIG.
【0027】先ず、図4(B)に示すように、n型In
P(100)基板1上に酸化膜もしくは窒化膜3よりな
るパタンをフォトリソグラフィにより形成する。このパ
タンは、リッジになる多角形ストライプ部分と、それを
挾むような一部に階段を有する台地状のマスクである。
次いで、図4(C)のように、実施例(1)と同様にし
てリッジ4及び溝5を形成する。リッジ4は、1μm,
2μm,3μm,4μm,10μmの5種類の幅dwを
有し、<011>方向(いわゆる逆メサ方向)に形成さ
れ、リッジ4の高さhと溝幅dgはそれぞれ2μmと
2.5μmになっている。First, as shown in FIG. 4B, n-type In
A pattern made of an oxide film or a nitride film 3 is formed on the P (100) substrate 1 by photolithography. This pattern is a plate-like mask having a polygonal stripe portion which becomes a ridge and a staircase in a part sandwiching the polygonal stripe portion.
Next, as shown in FIG. 4C, the ridge 4 and the groove 5 are formed in the same manner as in Example (1). Ridge 4 is 1 μm,
It has 5 kinds of widths dw of 2 μm, 3 μm, 4 μm, and 10 μm, is formed in the <011> direction (so-called reverse mesa direction), and the height h of the ridge 4 and the groove width dg are 2 μm and 2.5 μm, respectively. ing.
【0028】引き続き、図4(D)に示すように、実施
例(1)と同様にInGaAsPの光導波路層と5周期の
30ÅのInGaP井戸/150ÅのInGaAsPバリア
よりなる歪量子井戸構造の発光層6、p−InPクラッ
ド層7、電流ブロックのためにn−InP層8を形成す
る。リッジ幅1μm,2μm,3μm,4μm,10μ
mのリッジ上に形成された結晶のフォトルミネスセンス
測定により得られる発光スペクトルのピーク波長はそれ
ぞれ1.55μm,1.5μm,1.45μm,1.4
μm,1.35μmになる。Subsequently, as shown in FIG. 4D, a light emitting layer having a strained quantum well structure composed of an InGaAsP optical waveguide layer and five periods of 30Å InGaP well / 150Å InGaAsP barrier as in Example (1). 6, p-InP clad layer 7, and n-InP layer 8 for current blocking. Ridge width 1μm, 2μm, 3μm, 4μm, 10μ
The peak wavelength of the emission spectrum obtained by the photoluminescence measurement of the crystal formed on the ridge of m is 1.55 μm, 1.5 μm, 1.45 μm, and 1.4, respectively.
μm, 1.35 μm.
【0029】その後、埋め込み構造にするために、図4
(B′)のように酸化膜もしくは窒化膜3を形成した後
に、図4(D′)のようにドライエッチングを行う。埋
め込み成長と電極形成は、実施例1の場合と同様とな
り、形状は図2(E)と(F)に類似したものとなる。
レーザ発振特性も図3のようになる。Then, in order to obtain an embedded structure, FIG.
After forming the oxide film or the nitride film 3 as shown in (B '), dry etching is performed as shown in FIG. 4 (D'). The buried growth and the electrode formation are the same as in the case of the first embodiment, and the shapes are similar to those in FIGS. 2 (E) and (F).
The laser oscillation characteristic is also as shown in FIG.
【0030】(実施例3)リッジ高さ変調型タンデムD
FBレーザ 本実施例は、リッジ幅dwと溝幅dgを一定にし、リッ
ジの高さhを5通り変えた変調型タンデムDFBレーザ
に関する。図5は、本実施例の変調型タンデムDFBレ
ーザの作成手順を示すものである。InP基板1には、
予め、図2(A)に示すように、回折格子2を形成して
おく。(Embodiment 3) Ridge height modulation type tandem D
FB laser This embodiment relates to a modulation tandem DFB laser in which the ridge width dw and the groove width dg are made constant and the ridge height h is changed in five ways. FIG. 5 shows a manufacturing procedure of the modulation tandem DFB laser of this embodiment. On the InP substrate 1,
The diffraction grating 2 is formed in advance as shown in FIG.
【0031】先ず、図5(B)に示したようにn型In
P(100)基板1上に酸化膜もしくは窒化膜3よりな
るパタンをフォトリソグラフィにより形成する。このパ
タンは、リッジになる部分を挾むような一部に階段を有
する台地状マスクである。次に、図5(C)のように、
有機金属気相成長法もしくは有機金属分子線エピタキシ
法によりマスクの間にn−InPを選択成長させ、リッ
ジ4及び溝5を形成する。この際、マスクの幅に応じて
成長速度が変化することによって、リッジ4の高さhに
段差が生じる。リッジ5は、1.2μm,1.4μm,
1.6μm,1.8μm,2.0μmの5種類の高さh
を持ち、<011>方向(いわゆる逆メサ方向)に形成
され、リッジ幅dwは1.5μmになっている。First, as shown in FIG. 5B, n-type In
A pattern made of an oxide film or a nitride film 3 is formed on the P (100) substrate 1 by photolithography. This pattern is a plateau-like mask having stairs in a part that sandwiches the part that becomes the ridge. Next, as shown in FIG.
The ridge 4 and the groove 5 are formed by selectively growing n-InP between the masks by a metal organic chemical vapor deposition method or a metal organic molecular beam epitaxy method. At this time, since the growth rate changes according to the width of the mask, a step is formed in the height h of the ridge 4. The ridge 5 is 1.2 μm, 1.4 μm,
Five types of height h of 1.6 μm, 1.8 μm and 2.0 μm
Is formed in the <011> direction (so-called reverse mesa direction), and the ridge width dw is 1.5 μm.
【0032】引き続き、溝幅dgを一定にするために、
図5(B′)のような酸化膜もしくは窒化膜3よりなる
パタンを形成し、図5(A′)に示すように、ドライエ
ッチングによりリッジの高さのみ変化する非平坦基板の
リッジ上に回折格子を形成する。ここでは溝幅dgは
2.5μmとし、回折格子の周期は2400Å,230
0Å,2200Å,2100Å,2000Åとなってい
る。更に、図5(D)に示すように、実施例(1)と同
様にしてInGaAsPの光導波路層と5周期の30Åの
InGaP井戸/150ÅのInGaAsPバリアよりなる
歪量子井戸構造の発光層6、p−InPクラッド層7を
形成する。Subsequently, in order to make the groove width dg constant,
A pattern made of an oxide film or a nitride film 3 as shown in FIG. 5 (B ') is formed, and as shown in FIG. 5 (A'), it is formed on a ridge of a non-flat substrate in which only the height of the ridge is changed by dry etching. Form a diffraction grating. Here, the groove width dg is 2.5 μm, and the period of the diffraction grating is 2400Å, 230
0Å, 2200Å, 2100Å, 2000Å. Further, as shown in FIG. 5D, a light emitting layer 6 having a strained quantum well structure composed of an InGaAsP optical waveguide layer and five periods of 30Å InGaP well / 150Å InGaAsP barrier as in Example (1), A p-InP clad layer 7 is formed.
【0033】高さ1.2μm,1.4μm,1.6μ
m,1.8μm,2.0μmのリッジ上に形成された結
晶のフォトルミネスセンス測定により得られる発光スペ
クトルのピーク波長はそれぞれ1.35μm,1.4μ
m,1.45μm,1.5μm,1.55μmになる。
その後、埋め込み成長と電極形成は実施例1と同様に、
図2(E)と(F)に示すように行う。レーザ発振特性
も図3と類似のものになる。Height 1.2 μm, 1.4 μm, 1.6 μ
The peak wavelengths of the emission spectra obtained by the photoluminescence measurement of the crystals formed on the ridges of m, 1.8 μm, and 2.0 μm are 1.35 μm and 1.4 μm, respectively.
m, 1.45 μm, 1.5 μm, 1.55 μm.
After that, the buried growth and the electrode formation are the same as in the first embodiment.
This is performed as shown in FIGS. 2 (E) and (F). The laser oscillation characteristics are similar to those in FIG.
【0034】図6にはリッジの高さhにより変調させる
別の変形例を示す。この変形例は、図6(B)に示すよ
うに、図5(B)に示すマスクを左右入れ換えたもので
あり、選択成長の結果、図6(C)に示すように、リッ
ジ幅dwと高さhの変化する非平坦基板図が形成され
る。リッジ幅dwを一定にするために図6(B′)のよ
うな酸化膜もしくは窒化膜3よりなるパタンを形成し、
ドライエッチングによりリッジの高さのみ変化する非平
坦基板を得る。以下、上述した手順とと同様な手順を行
うものである。FIG. 6 shows another modification in which modulation is performed by the height h of the ridge. In this modified example, as shown in FIG. 6B, the mask shown in FIG. 5B is left-right interchanged, and as a result of selective growth, as shown in FIG. 6C, the ridge width dw A non-planar substrate view with varying height h is formed. In order to make the ridge width dw constant, a pattern made of an oxide film or a nitride film 3 as shown in FIG. 6B 'is formed,
By dry etching, a non-flat substrate in which only the height of the ridge changes is obtained. Hereinafter, a procedure similar to the procedure described above is performed.
【0035】(実施例4)本発明の実施例4を図12に
示す。図12に示すように、InP半導体導波路上には
均一ピッチ(Λ0=2389Å)で、均一深さ(500
Å)の回折格子15が形成されると共に一定のパターン
を有する二つの溝17が形成されている。二つの溝17
は、半導体基板上にストライプ状に形成されると共にス
トライプ方向に対して回折格子15の均一ピッチよりも
大きな周期(Λs=75μm)で連続的に変化させたも
のである。従って、二つの溝17の溝幅dgは、2μm
から5μmの間で周期的に変化する。尚、二つの溝17
の溝幅の変化は階段状でも良い。二つの溝17の深さ、
即ち、二つの溝17に挟まれるリッジ18の高さhは、
3μmで一定である。引続き、このような二つの溝17
及びリッジ18の形成された上に、通常の半導体基板上
に成長した場合のバンドギャップ組成が1.5μmである
量子井戸構造を中央のストライプ領域に選択的に成長す
る。(Embodiment 4) Embodiment 4 of the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 12, on the InP semiconductor waveguide, a uniform pitch (Λ 0 = 2389Å) and a uniform depth (500
The diffraction grating 15 of Å) is formed and two grooves 17 having a certain pattern are formed. Two grooves 17
Is formed in a stripe shape on the semiconductor substrate and continuously changed with a period (Λ s = 75 μm) larger than the uniform pitch of the diffraction grating 15 in the stripe direction. Therefore, the groove width dg of the two grooves 17 is 2 μm.
To 5 μm periodically. The two grooves 17
The groove width may change stepwise. The depth of the two grooves 17,
That is, the height h of the ridge 18 sandwiched between the two grooves 17 is
It is constant at 3 μm. Continuing, two such grooves 17
A quantum well structure having a bandgap composition of 1.5 μm when grown on a normal semiconductor substrate is selectively grown on the central stripe region on which the ridge 18 is formed.
【0036】それによって、二つの溝17で挟まれたリ
ッジ18内の屈折率は、図9(c)に示されるように、
溝17の周期(75μm)と等しい周期で、屈折率na
=3.20から屈折率nb=3.29まで周期的に周期
的に変化する。その後、全面にInPクラッド層を1μ
m形成する。これによって、リッジ18のみに、量子井
戸およびクラッド層は成長し、自己整合的にリッジ型の
導波路が形成される。尚、回折格子15は、導波路上に
形成しても良い。このリッジ導波路は分布反射器として
作用し、その透過特性は図11のように、波長λa(=
2naΛ0=1.52896μm)から波長λb(=2nb
Λ0=1.571962μm)までに1つ以上の反射率
ピークを有する、複数の高反射率ピークを持つ反射器が
得られる。As a result, the refractive index in the ridge 18 sandwiched by the two grooves 17 is as shown in FIG. 9 (c).
With a period equal to the period (75 μm) of the groove 17, the refractive index n a
= 3.20 to the refractive index n b = 3.29. After that, 1 μm of InP clad layer is formed on the entire surface.
m. As a result, the quantum well and the cladding layer grow only in the ridge 18, and a ridge-type waveguide is formed in a self-aligned manner. The diffraction grating 15 may be formed on the waveguide. This ridge waveguide acts as a distributed reflector, and its transmission characteristic has a wavelength λ a (=
2n a Λ 0 = 1.52896 μm) to the wavelength λ b (= 2n b
A reflector with a plurality of high reflectance peaks is obtained, with one or more reflectance peaks by Λ 0 = 1.571962 μm).
【0037】(実施例5)本発明の実施例5を図9
(a)(b)に示す。図9(a),(b)に示すよう
に、InP半導体導波路上に均一ピッチ(Λ0=2389
Å)で、均一深さ500Åの回折格子15を形成すると
共に一定のパターンを有する絶縁膜マスク16を形成す
る。図9(a)に示す絶縁膜マスク16は、半導体基板
上に全面形成された絶縁膜の一部をストライプ状に除去
し、ストライプ方向に対して回折格子15の均一ピッチ
よりも大きな周期(Λs=75μm)の連続的な変化さ
せたものである。また、図9(b)に示す絶縁膜マスク
16は、半導体基板上にストライプ状に形成されると共
にストライプ方向に対して回折格子15の均一ピッチよ
りも大きな周期(Λs=75μm)の連続的に変化させ
たものである。絶縁膜マスク16のストライプ状の変化
は階段状でも良い。このように回折格子15及び絶縁膜
マスク16の形成された上に、通常の半導体基板上に成
長した場合のバンドギャップ組成が1.5μmである量子
井戸構造を、中央のストライプ領域に選択成長層19と
して選択的に成長する(図10(a),(b)参照)。
それによって、その領域内の屈折率(図中X−X′方
向)は、図9(c)に示されるように、絶縁膜マスク1
6の周期(7.5μm)と等しい周期で、屈折率na=
3.20から屈折率nb=3.29まで周期的に変化す
る。(Fifth Embodiment) FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention.
Shown in (a) and (b). As shown in FIGS. 9A and 9B, a uniform pitch (Λ 0 = 2389) is formed on the InP semiconductor waveguide.
In step Å), the diffraction grating 15 having a uniform depth of 500 Å is formed and the insulating film mask 16 having a constant pattern is formed. The insulating film mask 16 shown in FIG. 9A removes a part of the insulating film formed over the entire surface of the semiconductor substrate in a stripe shape, and has a period (Λ) larger than the uniform pitch of the diffraction grating 15 in the stripe direction. s = 75 μm). Further, the insulating film mask 16 shown in FIG. 9B is formed in a stripe shape on the semiconductor substrate and has a continuous period (Λ s = 75 μm) larger than the uniform pitch of the diffraction grating 15 in the stripe direction. It has been changed to. The stripe-shaped change of the insulating film mask 16 may be stepwise. A quantum well structure having a bandgap composition of 1.5 μm when grown on a normal semiconductor substrate is formed on the stripe region in the center of the selective growth layer on the diffraction grating 15 and the insulating film mask 16 thus formed. It selectively grows as 19 (see FIGS. 10A and 10B).
As a result, the refractive index (X-X 'direction in the figure) in that region is set to the insulating film mask 1 as shown in FIG. 9 (c).
With a period equal to the period of 6 (7.5 μm), the refractive index n a =
It changes periodically from 3.20 to the refractive index n b = 3.29.
【0038】その後、図10(a),(b)に示すよう
に、絶縁膜マスク16を取り除き、全面にInPクラッ
ド層20を1μm形成し、図10(c)に示すように、
全体を組成が変化している領域をリッジ導波路状に加工
する。このリッジ導波路は分布反射器として作用し、そ
の透過特性は図11のように、波長λa(=2naΛ0=
1.52896μm)から波長λb(=2nbΛ0=1.
571962μm)までに1つ以上の反射率ピークを有
する、複数の高反射率ピークを持つ反射器が得られる。After that, as shown in FIGS. 10A and 10B, the insulating film mask 16 is removed, and the InP clad layer 20 is formed to a thickness of 1 μm on the entire surface. As shown in FIG.
A region where the composition is changed is processed into a ridge waveguide shape. This ridge waveguide functions as a distributed reflector, and its transmission characteristic has a wavelength λ a (= 2n a Λ 0 =
1.52896 μm) to the wavelength λ b (= 2n b Λ 0 = 1.
Reflectors with a plurality of high reflectance peaks, with one or more reflectance peaks up to 571962 μm) are obtained.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上、実施例に基づいて、具体的に説明
したように、本発明により高密度に集積化したDFBレ
ーザが実現され、波長の高帯域性を活かした通信や光測
定等に飛躍的な発展が期待される。更に、本発明を用い
れば複数の反射ピークを有する半導体レーザ装置の導波
路部分を、均一ピッチ、及び深さを有する回折格子が形
成された基板を用いて1回の結晶成長で得ることができ
る。As described above in detail based on the embodiments, a DFB laser integrated at high density is realized by the present invention, which is suitable for communication and optical measurement utilizing the high wavelength band property. A dramatic development is expected. Further, according to the present invention, the waveguide portion of the semiconductor laser device having a plurality of reflection peaks can be obtained by performing the crystal growth once by using the substrate on which the diffraction grating having the uniform pitch and the depth is formed. .
【図1】非平坦基板上に形成されたIn1-xGaxAs/In
GaAsP(λg=1.1μm)MQW層の発光波長のシ
フト量に関し、(A)は種々の溝幅における発光波長の
シフト量のリッジ幅依存性、(B)は種々のリッジ幅に
おける発光波長のシフト量の溝幅依存性、(C)は種々
のリッジ幅における発光波長のシフト量のリッジ高さ依
存性をそれぞれ示すグラフである。FIG. 1 is an In 1-x Ga x As / In formed on a non-planar substrate.
Regarding the shift amount of the emission wavelength of the GaAsP (λg = 1.1 μm) MQW layer, (A) shows the ridge width dependence of the shift amount of the emission wavelength at various groove widths, and (B) shows the emission wavelength at various ridge widths. FIG. 3C is a graph showing the groove width dependence of the shift amount, and FIG. 6C is a graph showing the ridge height dependence of the emission wavelength shift amount at various ridge widths.
【図2】本発明の実施例1に係る5波集積DFBレーザ
の作製法(溝幅変調方式)に関し、(A)は回折格子形
成、(B)はマスク形成(エッチング用)、(C)は非
平坦基板(溝幅変調型)、(D)は結晶成長(発光層の
形成)、(E)は結晶成長(埋め込み成長)、(F)は
電極形成の手順を示す工程図である。FIG. 2 relates to a method of manufacturing a 5-wave integrated DFB laser (groove width modulation method) according to Example 1 of the present invention, (A) is a diffraction grating formation, (B) is a mask formation (for etching), (C). Is a non-flat substrate (groove width modulation type), (D) is crystal growth (formation of light emitting layer), (E) is crystal growth (embedded growth), and (F) is a process chart showing an electrode formation procedure.
【図3】5波集積DFBレーザの発振特性を示すグラフ
である。FIG. 3 is a graph showing oscillation characteristics of a 5-wave integrated DFB laser.
【図4】本発明の実施例2に係る5波集積DFBレーザ
の作製法(リッジ幅変調方式)に関し、(B)はマスク
形成(エッチング用)、(C)は非平坦基板(リッジ幅
変調型)、(D)は結晶成長(発光層の形成)、
(B)′はマスク形成(エッチング用)、(D′)は埋
め込み前の非平坦基板の形成の手順を示す工程図であ
る。FIG. 4 relates to a method of manufacturing a 5-wave integrated DFB laser (ridge width modulation method) according to a second embodiment of the present invention, (B) is mask formation (for etching), and (C) is a non-flat substrate (ridge width modulation). Type), (D) is crystal growth (formation of light emitting layer),
(B) 'is a process diagram showing a procedure for forming a mask (for etching) and (D') for forming a non-flat substrate before embedding.
【図5】本発明の実施例3に係る5波集積DFBレーザ
の作製法(リッジ高さ変調方式1)に関し、(B)はマ
スク形成(選択成長用)、(C)は非平坦基板(マスク
除去後)、(B′)はマスク形成(エッチング用)、
(A′)は回折格子付き非平坦基板(リッジ高さ変調
型)、(D)は結晶成長(発光層の形成)の手順を示す
工程図である。FIG. 5 relates to a method of manufacturing a 5-wave integrated DFB laser (ridge height modulation method 1) according to a third embodiment of the present invention, (B) is mask formation (for selective growth), and (C) is a non-flat substrate ( (After removing the mask), (B ') is for mask formation (for etching),
(A ') is a process chart showing a procedure of a non-flat substrate with a diffraction grating (ridge height modulation type), and (D) crystal growth (formation of a light emitting layer).
【図6】本発明の実施例3の変形例に係る5波集積DF
Bレーザの作製法(リッジ高さ変調方式2)に関し、
(B)はマスク形成(選択成長用)、(C)は非平坦基
板(マスク除去後)、(B′)はマスク形成(エッチン
グ用)の手順を示す工程図である。FIG. 6 is a five-wave integrated DF according to a modification of the third embodiment of the present invention.
Regarding the manufacturing method of the B laser (ridge height modulation method 2),
(B) is a process diagram showing a procedure for mask formation (for selective growth), (C) a non-flat substrate (after mask removal), and (B ') for mask formation (for etching).
【図7】(a)は従来例の絶縁マスクを有する半導体基
板に選択成長した模式図、(b)は選択成長された領域
のバンドギャップ波長と絶縁膜マスクの幅の関係を示す
グラフ、(c)は成長速度と絶縁膜マスクの幅の関係を
示すグラフである。FIG. 7A is a schematic diagram of selective growth on a semiconductor substrate having an insulating mask of a conventional example, and FIG. 7B is a graph showing the relationship between the bandgap wavelength of the selectively grown region and the width of the insulating film mask. c) is a graph showing the relationship between the growth rate and the width of the insulating film mask.
【図8】(a),(b)は回折格子上に形成された絶縁
膜マスクパターンを示す説明図、(c)は基板に形成さ
れた溝のパターンを示す説明図である。8A and 8B are explanatory diagrams showing an insulating film mask pattern formed on a diffraction grating, and FIG. 8C is an explanatory diagram showing a groove pattern formed on a substrate.
【図9】本発明の実施例5に関し、(a),(b)は回
折格子上に形成された絶縁膜マスクパターンを示す説明
図、(c)は選択成長後に形成されるX−X′の屈折率
変化を示すグラフである。FIG. 9 relates to Example 5 of the present invention, (a) and (b) are explanatory views showing an insulating film mask pattern formed on a diffraction grating, and (c) is XX ′ formed after selective growth. 5 is a graph showing the change in the refractive index of
【図10】本発明の実施例5に関し、(a),(b)は
絶縁膜マスク除去後に全面にInPクラッド層を成長し
た状態を示す説明図、(c)はリッジ型の分布反射型レ
ーザの説明図である。FIG. 10 relates to Example 5 of the present invention, (a) and (b) are explanatory views showing a state in which an InP clad layer is grown over the entire surface after removing the insulating film mask, and (c) is a ridge type distributed reflection laser. FIG.
【図11】リッジ型の分布反射器の反射器特性を示すグ
ラフである。FIG. 11 is a graph showing a reflector characteristic of a ridge type distributed reflector.
【図12】本発明の実施例4に関し、溝構造を用いたも
のであり、成長前の形状を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory view showing a shape before growth, which uses a groove structure in Example 4 of the present invention.
1 基板 2 回折格子 3 酸化膜もしくは窒化膜 4 リッジ 5 溝 6 InGaAs/InGaAsP発光層及び光導波層 7,7′ p−InPクラッド層 8 n−InP層 9 p−InP層 10 コンタクト層 11,11′ 電極 12 素子分離溝 13 ヒートシンク 14 リード線 15 回折格子 16 絶縁マスク 17 溝 18 リッジ 19 選択成長層 20 InPクラッド層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Diffraction grating 3 Oxide film or nitride film 4 Ridge 5 Groove 6 InGaAs / InGaAsP light emitting layer and optical waveguide layer 7, 7'p-InP clad layer 8 n-InP layer 9 p-InP layer 10 Contact layer 11, 11 ′ Electrode 12 Element isolation groove 13 Heat sink 14 Lead wire 15 Diffraction grating 16 Insulating mask 17 Groove 18 Ridge 19 Selective growth layer 20 InP clad layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永沼 充 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuru Naganuma 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation
Claims (4)
の2つの溝の間にできる幅1〜3μm、高さ1〜3μm
のリッジ上に形成された半導体多層膜の発光特性が変化
することを利用した光素子において、キャビティ方向に
数種類の異なった結晶を成長し、それに合わせた回折格
子を形成することによって、同一出射面から複数の波長
のレーザ光放射することを特徴とする半導体レーザ装
置。1. A width of 1 to 10 μm formed on a semiconductor substrate
Width 1-3 μm, height 1-3 μm between two grooves
In an optical device that utilizes the change in the light emission characteristics of the semiconductor multilayer film formed on the ridge, the same emission surface is formed by growing several different crystals in the cavity direction and forming a diffraction grating to match them. A semiconductor laser device which emits laser light of a plurality of wavelengths from the semiconductor laser device.
ド層を有することを特徴とする半導体レーザ装置。2. A semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a light guide layer on an upper portion of the ridge.
が形成された半導体基板上に、2本の溝をそれらに挾ま
れた領域の幅が一定で、かつ両方の溝幅もしくは溝の深
さが溝の方向に対して対称で、かつその溝幅もしくは溝
の深さが溝の方向に対して連続的もしくは断続的に変化
する領域が大きい周期Λsで繰り返されるように形成さ
れた構造を用いることを特徴とし、その上に量子井戸導
波路構造を結晶成長することにより、2本の溝で挾まれ
た領域に前記溝幅もしくは溝の深さの異なる領域に異な
るバンドギャップ組成の導波路層を生ぜしめ、溝の方向
に対して屈折率をnaからnbまで連続的もしくは断続的
に変化する領域が前記周期Λsで繰り返されている量子
井戸導波路層を成長せしめ、前記屈折率変化によって少
なくとも波長λa(=2naΛ0)から波長λb(=2nb
Λ0)までに1つ以上の反射率ピークを有する分布反射
器を形成せしめる半導体レーザ装置の製造方法。3. A semiconductor substrate on which a diffraction grating having a uniform pitch Λ 0 and a uniform depth is formed, and the width of the region sandwiched between the two grooves is constant, and both groove widths or grooves are formed. Is formed so that the depth of the groove is symmetric with respect to the groove direction and the groove width or the groove depth changes continuously or intermittently with respect to the groove direction and is repeated with a large period Λ s. And a different bandgap composition in regions having different groove widths or groove depths by crystal growth of a quantum well waveguide structure thereon. The quantum well waveguide layer in which a region in which the refractive index changes continuously or intermittently with respect to the groove direction from n a to n b is repeated with the period Λ s. , At least wavelength λ a (= 2 from n a Λ 0 ) to the wavelength λ b (= 2n b
A method for manufacturing a semiconductor laser device, which comprises forming a distributed reflector having one or more reflectance peaks by Λ 0 ).
まれた領域の幅が一定で、かつ両方の溝幅もくしくは溝
の深さが溝の方向に対して対称で、かつその溝幅もしく
は溝の深さが溝の方向に対して連続的もしくは断続的に
変化する領域が大きい周期Λsで繰り返されるように形
成された構造を用いることを特徴とし、その上に量子井
戸導波路構造を結晶成長することにより、前記2本の溝
で挾まれた領域に前記溝幅もしくは溝の深さの異なる領
域に異なるバンドギャップ組成の導波路層を生ぜしめ、
溝の方向に対して屈折率をnaからnbまで連続的もしく
は断続的に変化する領域が前記周期Λsで繰り返されて
いる量子井戸導波路層を成長せしめ、その後に均一ピッ
チΛ0で、均一深さの回折格子を前記2本の溝で挾まれ
た領域の導波路層上に形成し、前記屈折率変化によって
少なくとも波長λ a(=2naΛ0)から波長λb(=2n
bΛ0)までに1つ以上の反射率ピークを有する分布反射
器を形成せしめる半導体レーザ装置の製造方法。4. A semiconductor substrate having two grooves sandwiched between them.
The width of the encircled area is constant, and the width of both grooves is not great
Depth is symmetric with respect to the groove direction, and the groove width is
The groove depth is continuous or intermittent with respect to the groove direction.
Period Λ where the changing region is largesShaped as repeated in
It is characterized by using the formed structure, and on top of that quantum well
The above-mentioned two grooves are formed by crystal-growing the door waveguide structure.
Areas with different groove widths or groove depths
Creates a waveguide layer with a different bandgap composition in the region,
The refractive index is n with respect to the direction of the groove.aTo nbUp to continuous
Is the period ΛsRepeated in
The grown quantum well waveguide layer and then a uniform pitch.
Chi Λ0Then, put a diffraction grating of uniform depth between the two grooves.
Formed on the waveguide layer in the
At least wavelength λ a(= 2naΛ0) From the wavelength λb(= 2n
bΛ0) Distributed reflection with one or more reflectance peaks by
Method for manufacturing a semiconductor laser device that forms a container.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6652693A JPH06283802A (en) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | Semiconductor laser device and fabrication thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6652693A JPH06283802A (en) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | Semiconductor laser device and fabrication thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06283802A true JPH06283802A (en) | 1994-10-07 |
Family
ID=13318411
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6652693A Withdrawn JPH06283802A (en) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | Semiconductor laser device and fabrication thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06283802A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1263099A2 (en) * | 2001-05-17 | 2002-12-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser |
EP1309050A1 (en) * | 2001-11-06 | 2003-05-07 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Laser device and method therefor |
US8236589B2 (en) * | 2007-04-13 | 2012-08-07 | Finisar Corporation | DBR laser with improved thermal tuning efficiency |
CN114696217A (en) * | 2022-03-02 | 2022-07-01 | 无锡市华辰芯光半导体科技有限公司 | Edge-emitting light-emitting device and forming method thereof |
-
1993
- 1993-03-25 JP JP6652693A patent/JPH06283802A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6865205B2 (en) | 2001-05-17 | 2005-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser |
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CN114696217B (en) * | 2022-03-02 | 2023-11-14 | 无锡市华辰芯光半导体科技有限公司 | Edge-emitting light-emitting device and forming method thereof |
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