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JPH0545076B2 - - Google Patents
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JPH0545076B2 - - Google Patents

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JPH0545076B2
JPH0545076B2 JP6510486A JP6510486A JPH0545076B2 JP H0545076 B2 JPH0545076 B2 JP H0545076B2 JP 6510486 A JP6510486 A JP 6510486A JP 6510486 A JP6510486 A JP 6510486A JP H0545076 B2 JPH0545076 B2 JP H0545076B2
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JP
Japan
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layer
waveguide layer
semiconductor
semiconductor substrate
active
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JP6510486A
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Japanese (ja)
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JPS62221176A (en
Inventor
Hirohiko Katsuta
Yasuharu Suematsu
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.)
Fujikura Ltd
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Original Assignee
Fujikura Ltd
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/125Distributed Bragg reflector [DBR] lasers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、光通信の光源等として用いられる
分布反射半導体レーザおよび製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a distributed reflection semiconductor laser used as a light source for optical communication, and a manufacturing method.

「従来の技術」 最近、分布反射半導体レーザの一種として、
BIG(Bundled Integrated Guides)レーザと呼
ばれる新しいタイプの半導体レーザが開発されて
いる。第4図は、このBIGレーザの構成例を示す
断面斜視図である。図において、1はp−InP基
板、2はp−InPバツフア層、3はλg=1.55μm
のInGaAsP活性導波路層、4はλg=1.0〜1.2μm
のn−InGaAsP(またはn−InP)保護層、5は
λg=1.3〜1.4μmのn−InGaAsP外部導波路層、
6はn−InPクラツド層、7はSiO2絶縁膜、8
a,8bは各々金属電極、9は金属電極8a用の
窓部、10は分布ブラツク反射器(回折格子であ
る。また、11〜13は各々埋込層を構成するn
−InP層、P−InPおよびn−InGaAsPである。
また、図に示すXは活性領域、Ya、Ybは外部導
波路領域である。
"Conventional technology" Recently, as a type of distributed reflection semiconductor laser,
A new type of semiconductor laser called a BIG (Bundled Integrated Guides) laser has been developed. FIG. 4 is a cross-sectional perspective view showing an example of the configuration of this BIG laser. In the figure, 1 is a p-InP substrate, 2 is a p-InP buffer layer, and 3 is λg = 1.55 μm
InGaAsP active waveguide layer, 4 is λg = 1.0 ~ 1.2 μm
5 is an n-InGaAsP (or n-InP) protective layer, 5 is an n-InGaAsP outer waveguide layer with λg = 1.3 to 1.4 μm,
6 is n-InP cladding layer, 7 is SiO 2 insulating film, 8 is
a and 8b are metal electrodes, 9 is a window for the metal electrode 8a, 10 is a distributed black reflector (diffraction grating), and 11 to 13 are n which respectively constitute a buried layer.
-InP layer, P-InP and n-InGaAsP.
Moreover, X shown in the figure is an active region, and Ya and Yb are external waveguide regions.

上記構成において、 ns:p−InP基板1およびn−InPクラツド層6
の屈折率 nact:活性導波路層3の屈折率 ncov:保護層4の屈折率 next:外部導波路層5の屈折率 tact:活性導波層3の厚さ tacv:保護層4の厚さ text:外部導波路層5の厚さ とした場合に、 tact>next>ncov≧ ……(1) となるようにし、かつ、この条件のもとで各層の
物質組成および厚さtact、tcov、textを適切に設
定することにより、伝播定数および電界分布の整
合を得ることが可能となる。そして、実験結果に
よれば、活性導波路層3と外部導波路層5との間
の結合効率を90%以上、100%に近い値とするこ
とができた。
In the above configuration, ns: p-InP substrate 1 and n-InP cladding layer 6
refractive index nact: refractive index of active waveguide layer 3 ncov: refractive index of protective layer 4 next: refractive index of outer waveguide layer 5 tact: thickness of active waveguide layer 3 tacv: thickness of protective layer 4 text : When the thickness of the external waveguide layer 5 is set, tact>next>ncov≧...(1), and under this condition, the material composition and thicknesses tact, tcov, and text of each layer are By setting it appropriately, it is possible to match the propagation constant and electric field distribution. According to the experimental results, the coupling efficiency between the active waveguide layer 3 and the external waveguide layer 5 could be set to a value of 90% or more and close to 100%.

このように、第4図に示す構成によれば、活性
導波路層3と外部導波路層5との間の結合を極め
て良好に行うことができるから、反射や散乱等の
発生をほとんどなくすことができ、これによつ
て、高効率で高安定な単一モードのレーザ発振を
行うことができる。なお、第4図に示す構成にお
いて各層の導電性(p型とn型)を反転させて
も、全く同様の効果が得られる。ただし、この場
合にはキヤツプ層とZn拡散領域が必要になる。
As described above, according to the configuration shown in FIG. 4, the coupling between the active waveguide layer 3 and the external waveguide layer 5 can be achieved extremely well, so that the occurrence of reflection, scattering, etc. can be almost eliminated. As a result, highly efficient and highly stable single mode laser oscillation can be performed. Note that even if the conductivity (p-type and n-type) of each layer is reversed in the configuration shown in FIG. 4, exactly the same effect can be obtained. However, in this case, a cap layer and a Zn diffusion region are required.

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上述したBIGレーザにおいては、電
極8bから注入された電流の一部が、第5図に矢
印A1によつて示すように、活性導波路層3に注
入されず、外部導波路領域Ya3Ybを通るリーク
電流として流れてしまい、このため、しきい値電
流が小さくならない問題があつた。
"Problems to be Solved by the Invention" By the way, in the above-mentioned BIG laser, a part of the current injected from the electrode 8b flows into the active waveguide layer 3, as shown by arrow A1 in FIG. It is not injected and instead flows as a leakage current through the external waveguide region Ya3Yb, resulting in the problem that the threshold current is not reduced.

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたも
ので、外部導波路領域を流れるリーク電流を大幅
に低減することができる分布反射半導体レーザを
提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a distributed reflection semiconductor laser that can significantly reduce the leakage current flowing through the external waveguide region.

「問題点を解決するための手段」 この発明は、活性導波路層上の部分を除く外部
導波路層(すなわち、外部導波路領域Ya、Yb内
の外部導波路層)と半導体基板との間に、半導体
基板と反対導電型の第1の半導体層および半導体
基板と同一導電型の第2の半導体層を順次積層し
たことを特徴としている。
"Means for Solving the Problems" The present invention provides a means for solving the problem between an external waveguide layer excluding the portion above the active waveguide layer (i.e., an external waveguide layer in the external waveguide regions Ya and Yb) and a semiconductor substrate. It is characterized in that a first semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate and a second semiconductor layer of the same conductivity type as the semiconductor substrate are sequentially laminated.

「作用」 第1、第2の半導体層が注入電流に対するp−
n逆接合を形成し、これにより、外部導波路領域
を通るリーク電流が阻止される。
"Function" The first and second semiconductor layers have p-
An n-inverse junction is formed, which prevents leakage current through the outer waveguide region.

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の一実施例につ
いて説明する。第1図はこの発明の一実施例によ
る分布反射半導体レーザ(BIGレーザ)の断面図
であり、この図において、第4図の各部に対応す
る部分には同一の符号が付してある。この図にお
いて、1はp−InP基板であり、この基板1の上
に、基板1と反対導電型のn−InP第1半導体層
15、基板1と同一導電型のp−InP第2半導体
層16が順次積層され、この第2半導体層16の
上に活性導波路層3、外部導波路層5が形成され
ている。ただしこの場合、第1半導体層15は、
活性導波路層3の下方には形成されていない。1
0は外部導波路層5に沿つて設けられた分布ブラ
ツグ反射器、4は活性導波路層3の上に形成され
た保護層、6は外部導波路層5の上に形成された
クラツド層、7はSiO2膜、8a,8bは電極で
ある。
"Embodiment" Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a distributed reflection semiconductor laser (BIG laser) according to an embodiment of the present invention, and in this figure, parts corresponding to those in FIG. 4 are given the same reference numerals. In this figure, 1 is a p-InP substrate, and on this substrate 1, an n-InP first semiconductor layer 15 of the opposite conductivity type as the substrate 1, and a p-InP second semiconductor layer of the same conductivity type as the substrate 1. The active waveguide layer 3 and the external waveguide layer 5 are formed on the second semiconductor layer 16. However, in this case, the first semiconductor layer 15 is
It is not formed below the active waveguide layer 3. 1
0 is a distributed Bragg reflector provided along the outer waveguide layer 5, 4 is a protective layer formed on the active waveguide layer 3, 6 is a cladding layer formed on the outer waveguide layer 5, 7 is a SiO 2 film, and 8a and 8b are electrodes.

なお、この実施例による半導体レーザは、第4
図のものと同様に、埋込構造が採られている。
Note that the semiconductor laser according to this example has a fourth
Similar to the one shown in the figure, it has an embedded structure.

次に、上述した半導体レーザの製造方法を説明
する。
Next, a method for manufacturing the above-mentioned semiconductor laser will be explained.

まず、第2図イに示すように、基板1の上に
第1半導体層15を液相エピタキシヤル法によ
つて成長させる。
First, as shown in FIG. 2A, a first semiconductor layer 15 is grown on a substrate 1 by a liquid phase epitaxial method.

次に、第2図ロに示すように、第1半導体層
15の活性導路層3に対応する部分を、フオト
リソグラフイによりエツチングして除去する。
Next, as shown in FIG. 2B, a portion of the first semiconductor layer 15 corresponding to the active conductive layer 3 is removed by etching using photolithography.

次に、2回目の成長を行い、第2図ハに示す
ように、第2半導体層16、活性導波層3、保
護層4を順次液相成長させる。
Next, a second growth is performed, and as shown in FIG. 2C, the second semiconductor layer 16, the active waveguide layer 3, and the protective layer 4 are sequentially grown in a liquid phase.

次に、第2図ニに示すように、フオトリソグ
ラフイによつて活性導波路層3および保護層4
の図における左右両側部を除去する。
Next, as shown in FIG. 2D, the active waveguide layer 3 and the protective layer 4 are formed by photolithography.
Remove the left and right sides in the figure.

次に、第2図ニの工程によつて露出した第2
半導体層16の上面に、第2図ホに示すよう
に、フオトリソグラフイによつて分布ブラツグ
反射器10を形成する。
Next, the second
As shown in FIG. 2E, a distributed Bragg reflector 10 is formed on the upper surface of the semiconductor layer 16 by photolithography.

次に、3回目の成長を行い、第2図ヘに示す
ように、外部導波路層5、クラツド層6を液相
成長させる。
Next, a third growth is performed, and as shown in FIG. 2, the external waveguide layer 5 and the cladding layer 6 are grown in a liquid phase.

次に、従来のものと同様に、メサストライプ
構造を形成した後、埋込層を液相成長によつて
形成し(第4図の埋込層11〜13参照)、次
いで、SiO2膜7、電極8a,8bを形成する。
Next, similar to the conventional structure, after forming a mesa stripe structure, a buried layer is formed by liquid phase growth (see buried layers 11 to 13 in FIG. 4), and then a SiO 2 film 7 is formed. , forming electrodes 8a and 8b.

以上が第1図に示す実施例の製造方法である
が、次のような方法でもよい。
The above is the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. 1, but the following method may also be used.

まず、第3図イに示すように、基板1にフオ
トリソグラフイによつて凹部1a,1b……を
形成する。
First, as shown in FIG. 3A, recesses 1a, 1b, . . . are formed in the substrate 1 by photolithography.

次に、第3図ロに示すように、n−InP層1
5aを液相成長させる。
Next, as shown in FIG. 3B, the n-InP layer 1
5a is subjected to liquid phase growth.

次に、メルトバツクによつて、第3図ロのも
のの上部を除去し、第3図ハに示すように第1
半導体層15を形成する。
Next, remove the upper part of the one shown in Figure 3 (C) using a melt bag, and remove the upper part of the one shown in Figure 3 (C).
A semiconductor layer 15 is formed.

以下の工程は、第2図の場合と同じである。 The following steps are the same as in the case of FIG.

しかして、第2図に示す方法の場合は、第4図
に示す従来のものを製造する場合に比較し、成長
工程が1回増えるが、第3図に示す方法の場合
は、メルトバツクをうまくコントロールすること
により、成長工程を増やさずに製造することが可
能である。
Therefore, in the case of the method shown in Fig. 2, the number of growth steps is increased by one compared to the case of manufacturing the conventional product shown in Fig. 4, but in the case of the method shown in Fig. 3, the meltback can be effectively Through control, it is possible to manufacture without increasing the number of growth steps.

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、活性
導波路層上の部分を除く外部導波路層(すなわ
ち、外部導波路領域内の外部導波路層)と半導体
基板との間に、半導体基板と反対導電型の第1の
半導体層および半導体基板と同一導電型の第2の
半導体層を順次積層したので、これら第1、第2
の半導体層によつて、外部導波路領域に注入電流
に対するp−n逆接合が形成され、これにより、
外部導波路領域を通過するリーク電流をほぼ零と
することができる。この結果、しきい値電流の小
さい、信頼性の高い分布反射型半導体レーザを得
ることができる。
"Effects of the Invention" As explained above, according to the present invention, there is a gap between the external waveguide layer excluding the portion on the active waveguide layer (that is, the external waveguide layer in the external waveguide region) and the semiconductor substrate. A first semiconductor layer of the opposite conductivity type to the semiconductor substrate and a second semiconductor layer of the same conductivity type as the semiconductor substrate were sequentially laminated.
A p-n inverse junction for the injection current is formed in the outer waveguide region by the semiconductor layer of
Leakage current passing through the external waveguide region can be reduced to almost zero. As a result, a highly reliable distributed reflection semiconductor laser with a small threshold current can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例の構成を示す断面
図、第2図は同実施例の製造方法を説明するため
の工程図、第3図は同実施例の他の製造方法を説
明するための工程図、第4図は従来の分布反射型
半導体レーザ(BIGレーザ)の構成例を示す断面
斜視図、第5図は同従来例の問題点を説明するた
めの断面図である。 1……半導体基板、3……活性導波路層、4…
…保護層、5……外部導波路層、10……分布ブ
ラツグ反射器、15……第1半導体層、16……
第2半導体層。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the same embodiment, and FIG. 3 is a diagram for explaining another manufacturing method of the same embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional perspective view showing a configuration example of a conventional distributed reflection type semiconductor laser (BIG laser), and FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the problems of the conventional example. 1... Semiconductor substrate, 3... Active waveguide layer, 4...
...protective layer, 5...outer waveguide layer, 10...distributed Bragg reflector, 15...first semiconductor layer, 16...
Second semiconductor layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板と、この半導体基板上の所定の領
域に形成された活性導波路層と、この活性導波路
層上に積層された保護層と、前記活性導波路層お
よび保護層の前後および上面に接してこれら各層
を包むように形成された外部導波路層と、この外
部導波路層の所定の部分に沿つて設けられた分布
ブラツグ反射器とを有する分布反射型半導体レー
ザにおいて、前記活性導波路層上の部分を除く前
記外部導波路層と前記半導体基板との間に、前記
半導体基板と反対導電型の第1の半導体層および
前記半導体基板と同一導電型の第2の半導体層を
順次積層してなる分布反射型半導体レーザ。
1. A semiconductor substrate, an active waveguide layer formed in a predetermined region on this semiconductor substrate, a protective layer laminated on this active waveguide layer, and In a distributed reflection semiconductor laser having an external waveguide layer formed so as to surround each of these layers in contact with each other, and a distributed Bragg reflector provided along a predetermined portion of the external waveguide layer, the active waveguide layer A first semiconductor layer of an opposite conductivity type to the semiconductor substrate and a second semiconductor layer of the same conductivity type as the semiconductor substrate are sequentially laminated between the external waveguide layer and the semiconductor substrate except for the upper part. Distributed reflection semiconductor laser.
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