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JPS63244694A - 分布帰還形半導体レ−ザ - Google Patents

分布帰還形半導体レ−ザ

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Publication number
JPS63244694A
JPS63244694A JP62078763A JP7876387A JPS63244694A JP S63244694 A JPS63244694 A JP S63244694A JP 62078763 A JP62078763 A JP 62078763A JP 7876387 A JP7876387 A JP 7876387A JP S63244694 A JPS63244694 A JP S63244694A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffraction grating
layer
phase shift
region
waveguide
Prior art date
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Pending
Application number
JP62078763A
Other languages
English (en)
Inventor
Shoji Hirata
照二 平田
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Priority to KR88001304A priority patent/KR960009303B1/ko
Priority to US07/171,768 priority patent/US4896331A/en
Priority to DE8888105107T priority patent/DE3875768T2/de
Priority to CA000562757A priority patent/CA1303195C/en
Priority to EP88105107A priority patent/EP0285104B1/en
Publication of JPS63244694A publication Critical patent/JPS63244694A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、分布帰還形半導体レーザに関し、特にｍ−ｍ
モードで発振させるためのλ／４位相シフト構造に関す
る。
（発明の概要） 本発明は、分布帰還形半導体レーザにおいて、導波路方
向における回折格子の実効的なガイド層厚を変化させる
ことによって、導波光の位相を変化させるようにしたも
のである。
（従来の技術〕 分布帰還形半導体レーザは、単−縦モード発振が得られ
易いことから長距離で大容量の光ファイバー通信に用い
る光源として期待されている。
分布帰還形半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザという）は
、例えば第８図に示すように１の導電形例えばｐ形のＧ
ａＡｓよりなる半導体基板（１）に、例えばＡｌＧａ＾
８よりなるクラッド層偉）と、ＧａＡｓよりなる活性層
（３）と、さらにこれの上に他の導電形例えばｎ形のＪ
ｋｌＧａＡｓよりなるガイド層（４が順次形成され、カ
イト層（４には回折格子（５）が形成される。このガイ
ド層（５）上にこれと同導電形の例えばｎ形の＾ｌＧａ
Ａｓよりなるクラ・ド層（６）と・ｎ形のＧａＡａより
りるキャップ層（ηが形成され、キャンプ層（９上から
プロトン、ポロン等のイオンが打ち込まれて高抵抗の電
流制限領域（８）がキャップ層（ηの中央部をストライ
プ状に残して両側に選択形成されてなる。（９）及び（
１０）はキャップ層（７１と半導体基板（１）の裏面に
オーミンクに設けられた対の対向電極である。
ところで、均一な回折格子を有する分布帰還形半導体レ
ーザは、原理的に利得の等しい２つの縦モードが存在し
、２モードで発振する可能性があり、実際２モード発振
、モードホッピングを生じる事が少なくない、この欠点
を回避し、単−縦モード発振を実現する方法としてλ／
４位相シフト構造のＤＦＢレーザが提案されており、様
々な方法でこの実現が行われている０例えば第９図では
回折格子（５）を導波路の中央部分において直接λ／４
位相シフトさせている。第１Ｏ図Ａ及びＢは均一な回折
格子（５）を形成するも平面的にみて先導波ストライプ
幅を中央部で変化（ｗｔ≠ｗ２）させる方法である。又
第１１図は回折格子（５］において中央部の回折格子を
除去して平坦領域（１１）とし、この平坦領域（１１）
で実効的な位相シフトをさせる方法である。
〔発明が解決しようとする問題点３ ７７４位相シフトを実現するための上述の各方法におい
て、第９図の方法は回折格子の形成工程が複雑化し回折
格子の形成が困難であること１回折格子非形成領域ある
いは回折格子乱れ領域が存在すること等の問題点を有し
ている。しかし、λ／４位相シフトの回折格子が形成で
きさえすれば他には何の問題も無い。
第１Ｏ図Ａ及びＢの方法は、Ｘ（水平）方向及びｙ（垂
直）方向の横モード（ａ）及び（ｂ）（第８図参照）で
みたとき、第１２図Ｂに示すようにＸ方向のモード分布
を変化させ（実線が幅Ｗ１の回折格子領域（１３）のモ
ード分布、点線が幅Ｗ２の位相シフト領域（１２）のモ
ード分布）、これで生じる回折格子領域（１３）と位相
シフト領域（１２）との有効屈折率差ΔＮを用い実効的
な位相シフトを得るもので、本質的に屈折率導波型のＤ
ＦＢレーザのみに通用可能な技術である。なお、ｙ方向
のモード分布は第１２図Ａに示すようにほとんど変化が
無い。
第１１図の方法は、第１３図Ａに示すようにｙ方向のモ
ード分布を変化させ（実線が回折格子領域（１３）のモ
ード分布９点線が位相シフト領域（１２）のモード分布
）、これで生じる有効屈折率差ΔＮを用い実効的な位相
シフトを得ている。しかし、回折格子が形成されない平
坦な位相シフト領域が存在するためにカンブリングが弱
くなる。そしてこの方法を一般的な屈折率導波型の構造
（埋め込み型、ｃｓｐ型、リッジ型、リブ型等）に通用
させると、結果的に第１３図Ｂに示すようにＸ方向のモ
ード分布も変化を生じ、横モードが全体的に位相シフト
領域（（１２）の境界部で大きく変化するため反射など
の損失が生ずる。特に第１４図に示すリブ構造のＤＦＢ
レーザに通用した場合には、位相シフト領域（１２）に
おいて両側の平坦部（１４）との商さの差が付けにく（
なる為、位相シフト領域（１２）では導波機構が屈折率
導波型から利得導波型に変化するため、ここでの光散乱
損失が生じやすくなる。
また、この方法では回折格子領域（１３）と位相シフト
領域（１２）間の実効的なガイド層の厚み差りは回折格
子（５）のピッチが決まれば必然的に決まってしまい、
従って実効的屈折率差ΔＮも決まってしまう、従ってΔ
Ｎｘｊｌ−λ／４であることから、位相シフト領域の長
さβを自由に選ぶことができない。
本発明は、上述の問題点を改善したλ／４位相シフト構
造を有するＤＦＢレーザを提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明いは、第１のクラッド層（２）と、活性層（３）
と、回折格子（５）が形成されたガイド層（４）と、第
２のクランドＭ（６）とを有し、導波路がスイライブ状
に形成されてなる分布帰還形半導体レーザにおいて、導
波路方向における上記回折格子（５）のガイド層厚を異
ならせて導波光の位相を変化させるように構成する。
〔作用〕
回折格子（５）の形成部のガイド層（４）の厚みが導波
路方向において異なることによって、ｙ方向の横モード
分布に変化が与えられ、これによって生じ、る有効屈折
率差ΔＮで実効的にλ／４位相シフトが実現し、単−縦
モードの発振が生ずる。
本構成では、位相シフト領域（２１）と他の回折格子領
域（２２）とのガイド層（４）の実効的な厚み差りを任
意に制御することができるので、任意の屈折率差ΔＮが
得られ希望する位相シフト領域長βを自由に設定できる
。
また本構成は屈折率導波型及び利得導波型のいずれのＤ
ＦＢレーザにも通用される０例えばリブ構造の屈折率導
波型ＤＦＢレーザに適用した場合には、第４図で示すよ
うに回折格子（５）鎧と両側の平坦部の段差の関係が位
相シフト領域（２１）及び他の回折格子領域（２２）共
に同じ関係が維持されるため、位相シフト領域（２１）
において屈折率導波性にほとんど変化を与えず、Ｘ方向
の横モード変化がきわめて小さい。
Ｃ実施例〕 第１図乃至第３図を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明によるリブ型のＤＦＢレーザの一例の路
線的拡大断面図、第２図はそのＡ−入線上の断面図、第
３図はその回折格子を示す要部の拡大断面図である。第
１図及び第２図において、第８図と対応する部分には同
一符号を付す。
この例においても、１の導電形の半導体基板（１）例え
ばｎ形のＧａＡｓ基板を用意し、その−主面上に同導電
形即ちｎ形の例えばＡｌＧｍＡｇよりなるクラッド層（
２）と、さらにこれの上に例えば真性ＧａＡａよりなる
活性層（３）と他の導電形の例えばｐ形のＡｌＧａＡｓ
よりなるガイド層（４とを順次エピタキシャル成長し、
ガイド層（４）の表面に幅Ｗ１で均一なピッチを有する
回折格子（５）を形成する。この回折格子（５）は、第
３図に示すように導波路方向のほぼ中央の領域（以上位
相シフト領域という）　　（２１）において長さ１にわ
たり且つ他の回折格子領域（２２）との間で実効的なガ
イド層（４の厚みに！！ｈが生ずるように、即ち位相シ
フト領域（２１）でのガイド層（４の実効的な厚さｄｚ
が他の回折格子領域（２２）での実効的な厚さｄｌより
小（ｄｚ　＜ｄｘ　）となるように形成する。すなわち
、位相シフト領域（２１）も均一なピッチの回折格子（
６）が存在するようになす、又、第４図で示すようにこ
の回折格子（５）の両側の表面は平坦な面として形成し
、位相シフト領域（２１）に対応する平坦部（２３ａ）
と他の回折格子領域（２２）に対応する平坦部（２３ｂ
）とは段差を有して形成される。そして、このような回
折格子（５）を有し、その両側に平坦面を有するガイド
層（匂の全表面上にこれと同導電形を有し、このガイド
層（４）及び活性層（■に比してバンドギャップが大な
る例えばｐ形のＡｌＧａＡｓよりなるクラッド層（６）
と、さらにこれの上にこれと同導電形の例えばｐ形のＧ
ａＡｓよりなるキャップ層（力をエピタキシャル成長す
る。
そしてキャップ層（７）の表向から回折格子（５）が形
成された中央ストライプ部と対向する部分上をストライ
プ状に残し、他部に選択的にプロトンあるいはボロン等
のイオンの打ち込みを行って高比抵抗の電流制限領域（
８）を選択的に形成する。また、この場合においてもキ
ャップ層（９上及び基板（１）の裏面にそれぞれ電極り
９）及び（１０）をオーミックに被着する。
回折格子（５）の製作法としては、例えば第７図に示す
ように、予めガイド層（勾の位相シフト領域に対応する
部分（２４）をエツチングして段差を投けておき（図Ａ
）、この状態で全面に均一に回折格子（５）を形成する
（図Ｂ）方法、または先きに均一な回折格子（５）を形
成し、その後で位相シフト領域の部分を選択エツチング
する（この選択エツチングでも回折格子の形状はほとん
どなまらない）方法等がある。いずれの場合も簡単な工
程で回折格子（５）が製作される。
このような構成において、両電極（９）及び（１０）間
に順方向電圧を印加することによって電流制限領域田）
によって中央ストライプ状に活性層（３）にストライプ
状の電流注入すなわちキリア注入領域が形成され、これ
の上のガイド層（４１の回折格子（旬で選択された単−
縦モード発振が得られる。
すなわち、このような構成によれば、幅ｗ１で導波路の
全長にわたって均一なピッチの回折格子を形成すると共
に、そのほぼ中央の部分、いわゆる位相シフト領域（２
１）においてガイド層（５）のズ如的な厚みを変えるこ
とにより、第５図Ａに示すようにｙ方向の横モード分布
に変化を与えて（実線が回折格子領域（２２）のモード
分布、点線が位相シフト領域（２１）のモード分布）、
これによって生じる有効屈折率差ΔＮで実効的なλ／４
位相シフトが生じる。そして、第４図に示すように位相
シフ＋領域（２１）とその両側の平坦部（２３ａ）との
段差の関係は他の回折格子領域（２２）とその−両側の
平坦部（２３ｂ）との段差の関係と同じであるため、位
相シフト領域（２１）において屈折率導波性にほとんど
変化を与えない、したがって第５図Ｂに示すように一方
向のモード分布はほとんど変化せず横モード（Ｘ方向）
の導波を安定化することができる。また、位相シフト領
域（２１）と他の回折格子領域（２２）のガイド層（５
）の厚み差りは製造工程における簡単な制御で任意に選
定できるので、屈折率差ΔＮを自由に選定でき、従って
位相シフト領域長ｌの最通化ができる０回折格子（５）
としでは均一なピッチの回折格子であるので製作は容易
である。また位相シフト領域（２１）においても回折格
子（５）が設けられているので、カップリングすなわち
所定の波長の波長光に対する反射効果の低下が回避でき
る。
第６図は本発明の回折格子の他の例を示す。上例の第３
図ではλ／４位相シフトを行うための屈折率差を１回で
急激に付けるようにしたが、第６図に示すように位相シ
フト領域（２１）においてガイド層の実効的な厚みを複
数段階、この例では２段階に分けて変化させ、２回（又
はその以上）にわたり、少しづつ屈折率差を付けるよう
にし、位相シフト領域（２１）と他の回折格子領域（２
２）との境界部での不要な反射を減少させるように構成
することもできる。
又、上例では屈折率導波型ＤＦＢレーザに通用したが、
利得導波型ＤＦＢレーザにも通用することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、均一なピッチを有する回折格子部の実
効的なガイド層厚を導波路方向で異ならせることによっ
てλ／４位相シフトを実現することができ、単二縦モー
ド発振のＤＦＢレーザを提供することができる。しかも
この場合、ガイド層厚を異ならせることによって生ずる
屈折率差ΔＮを任意に選定できるので位昶シフト領域長
を自由に選定でき最適長に投定できる。また位相シフト
領域においても回折格子が設けられるめでカップリング
の劣化が回避される。また均一なピッチの１折格子を用
いるので回折格子の形成は容易である。さらに本発明は
屈折率導波型及び利得導波型のいずれのＤＦＢレーザに
も通用でき、特にリブ構造の屈折率導波型ＤＦＢレーザ
に通用したときには横モード（Ｘ方向）の導波を安定化
することができる。
【図面の簡単な説明】
ｔＡｔ図は本発明による分布帰還型半導体レーザの一例
を示す路線的拡大断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線上
の断面図、第゛３図は回折格子の一例を示す要部の拡大
断面図、第４図は回折格子の要部の斜視図、第５図Ａ及
びＢは第１図のレーザのｙ方向及びＸ方向の横モード分
布図、第６図は本発明に係る回折格子の他の例を示す要
部の拡大断面図、第７図は本発明に係る回折格子の製法
例を示す工程図、第８図は従来の分布帰還型半導体レー
ザの例を示す路線的拡大斜視図、第９図、第１０図及び
第１１図は夫々従来のλ／４位相シフトを行う回折格子
の例を示す構成図、第１２図Ａ及びＢは第１０図の場合
のｙ方向及びＸ方向の横モード分布図、・第１３図Ａ及
びＢは第１１図の場合のｙ方向及びＸ方向の横モード分
布図、第１４図は第１１図の回折格子をリブ構造に用い
た場合の斜視図である。 （２）はクラッド層、（３）は活性層、（勾はガイド層
、（５）は回折格子、（６）はクラッド層、（２１）は
位相シフト領域、（２２）は他の回折格子領域である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第１のクラッド層と活性層と回折格子が形成されたガイ
    ド層と第２のクラッド層とを有し、導波路がストライプ
    状に形成されてなる分布帰還形半導体レーザにおいて、 上記導波路方向における上記回折格子のガイド層厚を異
    ならせることによって導波光の位相を変化させることを
    特徴とする分布帰還形半導体レーザ。
JP62078763A 1987-03-30 1987-03-30 分布帰還形半導体レ−ザ Pending JPS63244694A (ja)

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JP62078763A JPS63244694A (ja) 1987-03-30 1987-03-30 分布帰還形半導体レ−ザ
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US07/171,768 US4896331A (en) 1987-03-30 1988-03-22 Distributed feedback semiconductor laser
DE8888105107T DE3875768T2 (de) 1987-03-30 1988-03-29 Halbleiterlaser mit verteilter rueckkopplung.
CA000562757A CA1303195C (en) 1987-03-30 1988-03-29 Distributed feedback semiconductor laser
EP88105107A EP0285104B1 (en) 1987-03-30 1988-03-29 Distributed feedback semiconductor laser

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CA (1) CA1303195C (ja)
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