JP2000036638A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体発光装置に関し、放射モードと伝搬モ
ードの干渉を低減させ、出射ビームの形状を単峰性に保
つ。 【解決手段】 半導体レーザとスポットサイズ変換器２
とを集積化した半導体発光装置に設けたストライプ状メ
サを内包するメサ構造体３の後端面６側に、スポットサ
イズ変換器２を構成する光導波路で発生した放射モード
の伝搬を遮断するための一対の凹部５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光装置に関
するものであり、特に、光ファイバ通信に用いるスポッ
トサイズ変換器を集積化した半導体レーザ等における出
射ビームの形状を単峰性にするための構造に特徴のある
半導体発光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネット等のマルチメディ
ア通信の普及に伴って、画像情報などの大容量の情報を
高速で伝達できるシステムが求められており、この様な
要請に応えるために、光ファイバ通信網をこれまでの幹
線系ばかりではなく一般家庭まで引き込む光アクセス系
通信網の構築が進められている。

【０００３】このシステムに用いられる半導体レーザモ
ジュールは、一般加入者への販売を前提としているた
め、光アクセス系通信網を普及させるためには、半導体
レーザモジュールの価格を一般加入者が負担できる程度
まで引き下げる必要がある。

【０００４】現在の半導体レーザモジュールの価格を引
き上げている要因の一つに、半導体レーザモジュール内
における半導体レーザと光ファイバとの間の光結合の困
難さが挙げられ、これは、半導体レーザの出射ビームの
放射角が３０°〜４０°と広いことに起因している。

【０００５】現状では、光結合効率を高めるために高価
なレンズ系を用いており、しかも、半導体レーザに電流
を流して発光させ光ファイバへの光結合をモニターしな
がら１μｍ以下の精度で光ファイバの位置合わせを行っ
ており、このことが半導体レーザモジュールの量産を妨
げている。

【０００６】この様な問題を解決する方法の一つとし
て、半導体レーザの出射ビームの放射角を狭める機能を
持つスポットサイズ変換器を半導体レーザに集積化する
検討が進められているので（必要ならば、特開平６−１
６５１４５号公報参照）、この様なスポットサイズ変換
器付き半導体レーザの各種の例を図７を参照して説明す
る。

【０００７】図７（ａ）参照 図７（ａ）は、従来の半導体レーザのレーザ部３１を構
成する活性層を含むコア層に連続して、コア層の層厚が
出射端側に向かって徐々に薄くなるテーパ導波路部を設
けてスポットサイズ変換器部３２としたものであり、コ
ア層への光閉じ込め率を徐々に低減させることによっ
て、出射端近傍におけるレーザビームのスポットサイズ
を拡げることができる。なお、符号３３は埋込層を概略
的に示すものである。

【０００８】この様なスポットサイズの大きなレーザビ
ームは、出射端での回折角が小さいため、従来の半導体
レーザより狭い１０°程度の放射角の単峰な出射ビーム
を得ることができ、この様なスポットサイズ変換器付き
半導体レーザにより、レンズ無しでも光ファイバとの高
い光結合が得られ、また、位置合わせ精度も２μｍ程度
まで緩和されるため、半導体レーザを発光させずに光フ
ァイバの位置合わせを行うパッシブアライメントにより
素子を実装することで高い光結合が得られ、半導体レー
ザモジュールの量産が可能になる。

【０００９】また、テーパ導波路部における量子井戸層
の厚さが利得領域であるレーザ部３１における厚さより
薄くなるので、量子準位間のエネルギーが大きくなり、
レーザ部３１における発振波長に対して透明になるの
で、スポットサイズ変換器部３２に電流を注入して利得
をもたせる必要がなくなり、１０ｍＡ以下の低い閾値電
流Ｉ_thを同時に実現することが可能になる。なお、この
様な、スポットサイズ変換器付き半導体レーザにおいて
は、テーパ導波路部の幅が一定であるのでエッチング工
程における加工精度が要求されないものの、コア層の層
厚を徐々に薄くするためには選択成長工程が必要にな
る。

【００１０】図７（ｂ）参照 図７（ｂ）は、従来の半導体レーザのレーザ部３１を構
成する活性層を含むコア層に連続して、コア層の幅が出
射端側に向かって徐々に薄くなるテーパ導波路部を設け
てスポットサイズ変換器部３４としたものであり、この
場合も、コア層への光閉じ込め率を徐々に低減させるこ
とによって、出射端近傍におけるレーザビームのスポッ
トサイズを拡げることができる。

【００１１】なお、この様な、スポットサイズ変換器付
き半導体レーザにおいては、テーパ導波路部の幅を徐々
に狭くするためのエッチング工程において、先端部にお
けるコア層の幅を精度良く形成するために加工精度が要
求されるが、選択成長工程は必要としないので、結晶成
長工程が簡素化される。

【００１２】図７（ｃ）参照 図７（ｃ）は、従来の半導体レーザのレーザ部３１を構
成する活性層３６を含むコア層に連続して、コア層の幅
が減少して出射端の手前で消失するとともに、屈折率の
小さな幅広の光ガイド層３７を出射端に設けてスポット
サイズ変換器部３５としたものであり、この場合は、出
射端側に設けた幅広の光ガイド層３７においてレーザビ
ームのスポットサイズを拡げるものである。

【００１３】なお、この様な、スポットサイズ変換器付
き半導体レーザにおいては、スポットサイズの拡大効果
が大きいという長所があるものの、コア層の消失位置の
制御のために高い加工精度が要求される。

【００１４】次に、図８を参照して、上述の図７（ｂ）
に示した幅テーパ導波路部をスポットサイズ変換器とし
た幅テーパ導波路集積化半導体レーザの詳細を説明す
る。 図８参照 図８は、幅テーパ導波路集積化半導体レーザの斜視図
で、左側が幅テーパ導波路部を設けた出射端面側であ
り、ｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
４２、ＭＱＷ活性層４３、ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層４
４、及び、ｐ型ＩｎＰクラッド層（図示せず）を順次成
長させたのち、全面にＳｉＯ₂ 膜（図示せず）を堆積さ
せ、レーザ部においては、例えば、幅１．５μｍの一定
幅となり、幅テーパ導波路部においては幅１．５μｍか
ら出射端においては０．５μｍになるテーパ状にパター
ニングし、このテーパ状のＳｉＯ₂ マスクをマスクとし
てメサエッチングを行い、ｎ型ＩｎＰ基板４１に達する
ようにエッチングしてストライプ状メサ４５を形成す
る。

【００１５】次いで、このＳｉＯ₂ マスクを選択成長マ
スクとして用いて、ｐ型ドープＩｎＰ埋込層４６及びｎ
型ＩｎＰ電流ブロック層４７を順次成長させたのち、Ｓ
ｉＯ ₂ マスクを除去し、次いで、全面にｐ型ＩｎＰクラ
ッド層４８、及び、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４
９を順次成長させる。なお、この成長工程において、区
別して図示していないストライプ状メサ４５の頂部のｐ
型ＩｎＰクラッド層とｐ型ＩｎＰクラッド層４８が一体
のものとなる。

【００１６】次いで、全面にレジスト（図示せず）を設
け、幅が、例えば、１０μｍのメサ溝５０をストライプ
状メサ４５の両側に沿って設け、２本のメサ溝５０に挟
まれた、幅が、例えば、１０μｍのメサ構造体を形成す
る。なお、このメサ溝５０は、通常の半導体レーザと同
様に、素子容量を低減し、或いは、活性層への電流注入
効率の向上の目的で設けるものであるが、従来の半導体
レーザにおいてはスポットサイズが１μｍ程度と比較的
小さいため、メサ溝５０に挟まれたメサ構造体の幅は５
μｍ程度にすることができるが、このスポットサイズ変
換器付き半導体レーザにおいては、出射端近傍のレーザ
ビームのスポットサイズが３μｍ以上に拡がることによ
り、このレーザビームがメサ溝５０の側壁で反射するこ
とによる影響を避けるために、メサ構造体の幅を１０μ
ｍ以上にする必要がある。

【００１７】次いで、全面にＳｉＯ₂ 膜５１を設け、ス
トライプ状メサ４５に対応する部分に開口部を設けたの
ち、ｐ側電極５２を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板４１
の裏面にｎ側電極５３を設け、最後に劈開、及び、素子
分割を行うことによって、スポットサイズ変換器付き半
導体レーザの基本構造が完成する。

【００１８】このスポットサイズ変換器付き半導体レー
ザでは、上述の様に出射端であるテーパ導波路の先端部
でレーザビームのスポットサイズが拡大され、光ファイ
バのスポットサイズに近づくため、高価なレンズ系を用
いずに光ファイバとの高い結合が得られ、また、位置合
わせ精度が緩和されるので、半導体レーザを発光させず
に光ファイバとの位置合わせを行うパッシブアライメン
トにより素子を実装することができ、半導体レーザモジ
ュールの量産が可能になる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のテーパ
導波路集積化半導体レーザにおいては、スポットサイズ
変換器部内部で発生する放射モードとコア層を伝搬する
伝搬モードとの間で干渉が起こり、出射ビームが変形し
て単峰性でなくなり、双峰性にも成り得る現象が報告さ
れており（必要ならば、第５８回応用物理学会学術講演
会講演予稿集，ｐ．１１１０，３ｐ−ＺＣ−４，１９９
７−１０参照）、この様な出射ビームの変形は光ファイ
バとの光結合効率の低下につながるという問題があるの
で、この事情を図９を参照して説明する。

【００２０】図９参照 図９は、ＭＱＷ活性層４３に平行な断面を模式的に示す
図であり、ＭＱＷ活性層４３を含むコア層を伝搬する光
強度分布が符号５５に示す形状の伝搬モードは、テーパ
導波路部５４の内部でスポットサイズを拡げ光強度分布
が符号５６で示す形状の放射モードを発生させて出射光
５７として出射端面から出射される。

【００２１】この時、この放射モードは、メサ溝５０の
側壁で散乱光５８として反射を繰り返しながらレーザ共
振器内を往復することになり、メサ溝５０同士の間隔、
即ち、メサ構造体の幅が１０μｍ以上の場合にも、放射
モードが重ね合わされて強度が大きくなり、従来の予測
に反して、この放射モードと伝搬モードの干渉が無視し
得なくなる現象が生ずる。

【００２２】したがって、本発明は、放射モードと伝搬
モードの干渉を低減させ、出射ビームの形状を単峰性に
保つことを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明するが、図１は、幅テ
ーパ導波路を用いたスポットサイズ変換器集積化半導体
レーザの活性層に平行な断面を模式的に示す図である。 図１参照 （１）本発明は、半導体レーザとスポットサイズ変換器
２とを集積化した半導体発光装置において、ストライプ
状メサを内包するメサ構造体３の後端面６側に、スポッ
トサイズ変換器２を構成する光導波路で発生した放射モ
ードの伝搬を遮断するための一対の凹部５を設けたこと
を特徴とする。

【００２４】この様に、ストライプ状メサを内包するメ
サ構造体３、典型的には、注入電流を狭窄するための１
対のメサ溝４で挟まれたメサ構造体３の後端面６側に凹
部５を設けた場合、この凹部５の側壁は劈開面に比べて
平坦ではないのでスポットサイズ変換器２を構成する光
導波路で発生した放射モードの伝搬を遮断することがで
き、それによって、放射モードの重ね合わせによる増大
を防止することができるので、放射モードと伝搬モード
の干渉が低減され、出射ビームの形状を単峰性に保つこ
とができる。

【００２５】なお、この一対の凹部５を設ける位置は、
出射端面７近傍に設けた場合には、出射端面近傍で拡が
った伝搬モード自体が一対の凹部５の影響をうける可能
性があり、また、中間部に設けた場合には、一対の凹部
５が伝搬モードに対して多重共振器を構成する虞がある
ので、後端面６側に設けることが必要となる。

【００２６】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、一対の凹部５に、レーザ光を吸収する部材を埋め込
んだことを特徴とする。

【００２７】この様に、一対の凹部５をレーザ光を吸収
する部材、例えば、レーザ発振波長より長波長に相当す
る組成の半導体層で埋め込むことにより放射モードが吸
収されるので、放射モードの伝搬をより確実に防止する
ことができる。

【００２８】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、一対の凹部５の対向方向に沿った側壁
の延在方向が、後端面６に対して平行であることを特徴
とする。

【００２９】この様に、一対の凹部５の対向方向に沿っ
た側壁の延在方向を、後端面６に対して平行にした場合
には、一対の凹部５の形成工程が簡素化される。

【００３０】（４）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、一対の凹部５を構成する側壁が、後端
面６に対して非平行な複数の面によって構成されること
を特徴とする。

【００３１】この様に、一対の凹部５を構成する側壁を
後端面６に対して非平行な複数の面によって構成するこ
とによって、出射端面７との間に共振器が構成されない
ので、放射モードの伝搬をより確実に遮断することがで
きる。

【００３２】（５）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）のいずれかにおいて、一対の凹部５が、一対の溝
で構成されることを特徴とする。

【００３３】（６）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）のいずれかにおいて、一対の凹部５が、後端面６
側が開放端となった一対の凹部５で構成されることを特
徴とする。

【００３４】この様に、一対の凹部５は、上記（５）の
様に、例えば、メサ構造体３を形成する１対のメサ溝４
に連なる一対の溝によって構成しても良いし、或いは、
上記（６）の様に、後端面６側が開放端となった一対の
凹部５で構成しても良いものである。

【００３５】（７）また、本発明は、上記（１）乃至
（６）のいずれかにおいて、スポットサイズ変換器２
が、出射端面７に向かって層厚が減少するテーパ状の光
導波路によって構成されることを特徴とする。

【００３６】この様に、スポットサイズ変換器２を、出
射端面７に向かって層厚が減少するテーパ状の光導波路
によって構成しても良いものであり、この場合には、エ
ッチング工程における加工精度が要求されず、且つ、ス
ポットサイズ変換器２における量子準位間のエネルギー
がレーザ部における量子準位間のエネルギーより大きく
なるので、スポットサイズ変換器２における吸収損失が
なくなる。

【００３７】（８）また、本発明は、上記（１）乃至
（６）のいずれかにおいて、スポットサイズ変換器２
が、出射端面７に向かって幅が減少するテーパ状の光導
波路によって構成されることを特徴とする。

【００３８】この様に、スポットサイズ変換器２を、一
定幅の活性層１に連なり出射端面７に向かって幅が減少
するテーパ状の光導波路によって構成しても良いもので
あり、この場合には、幅テーパ導波路は通常のエッチン
グによって形成することができるので、結晶成長工程が
簡素化される。

【００３９】（９）また、本発明は、上記（１）乃至
（６）のいずれかにおいて、スポットサイズ変換器２
が、出射端面７に向かって幅が減少して消失する第１の
光導波路と、第１の光導波路に隣接して設けられ、第１
の光導波路より低屈折率の第２の光導波路によって構成
されることを特徴とする。

【００４０】この様に、スポットサイズ変換器２を、出
射端面７に向かって幅が減少して消失する第１の光導波
路と、第１の光導波路に隣接して設けられ、第１の光導
波路より低屈折率の第２の光導波路によって構成しても
良いものであり、この場合には、幅広の低屈折率の第２
の光導波路によって出射ビームのスポットサイズをより
拡大することが可能になる。

【００４１】（１０）また、本発明は、上記（１）乃至
（９）のいずれかにおいて、半導体発光装置のレーザ共
振器が、ファブリペロー共振器であることを特徴とす
る。

【００４２】（１１）また、本発明は、上記（１）乃至
（９）のいずれかにおいて、半導体発光装置のレーザ共
振器が、回折格子によって構成されることを特徴とす
る。

【００４３】この様に、半導体発光装置のレーザ共振器
として、上記（１０）の様に、ファブリペロー共振器を
用いても良いし、或いは、上記（１１）の様に、回折格
子を用いてＤＦＢ（分布帰還型）共振器或いはＤＢＲ
（分布ブラッグ反射型）共振器としても良い。

【００４４】

【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図６を参照し
て、本発明の第１乃至第４の実施の形態の半導体レーザ
を説明するが、スポットサイズ変換器部の構成としては
図７（ｂ）と同様の幅テーパ導波路を用いて説明する。
図２参照図２は、本発明の第１の実施の形態の幅テーパ
導波路集積化半導体レーザの斜視図であり、図の左側の
端面がスポットサイズ変換器を備えた出射端面であり、
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金
属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、１００ｎｍ
で、１．１μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１２、Ｍ
ＱＷ活性層１３、厚さが、例えば、１００ｎｍで、１．
１μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１４、及び、厚さ
が、例えば、が、５００ｎｍのｐ型ＩｎＰクラッド層
（図示せず）を順次成長させる。なお、この場合、ＭＱ
Ｗ活性層１３は、厚さ１５ｎｍの１．１μｍ波長組成の
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層と、厚さ６ｎｍの１．３５μｍ波
長組成のＩｎＧａＡｓＰ井戸層を交互に井戸層が７層に
なるように堆積させて形成する。

【００４５】次いで、全面にＳｉＯ₂ 膜（図示せず）を
堆積させ、後端面側のレーザ部においては、例えば、幅
１．５μｍの一定幅となり、出射端面側の幅テーパ導波
路部においては幅１．５μｍから出射端面において０．
５μｍになるテーパ形状にパターニングしたのち、この
ＳｉＯ₂ マスクをマスクとしてメサエッチングを行い、
ｎ型ＩｎＰ基板１１に達するようにエッチングしてスト
ライプ状メサ１５を形成する。

【００４６】次いで、再び、ＭＯＶＰＥ法を用いて、こ
のＳｉＯ₂ マスクを選択成長マスクとして成長を行うこ
とによって、ｐ型ドープＩｎＰ埋込層１６及びｎ型Ｉｎ
Ｐ電流ブロック層１７を順次形成したのち、ＳｉＯ₂ マ
スクを除去し、次いで、再び、全面にｐ型ＩｎＰクラッ
ド層１８、及び、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１９
を順次成長させる。なお、この成長工程において、区別
して図示していないストライプ状メサ１５の頂部のｐ型
ＩｎＰクラッド層とｐ型ＩｎＰクラッド層１８が一体の
ものとなる。

【００４７】次いで、全面にレジスト（図示せず）を設
け、幅が１０〜２０μｍ、例えば、１０μｍの一対のメ
サ溝２０を互いの間隔Ｗが１０〜１００μｍ、例えば、
１０μｍになるようにストライプ状メサ１５の両側に沿
って設けると同時に、後端面側に、後端面からの距離が
５〜１００μｍ、例えば、１５μｍで、幅が１０乃至２
０μｍ、例えば、１０μｍで、対向する間隔ｗが３〜９
μｍ、例えば、５μｍの遮断溝２１をウェット・エッチ
ングによって形成する。なお、２本のメサ溝２０に挟ま
れた、幅が、例えば、１０μｍのメサ構造体が、ストラ
イプ状メサ１５を内包するメサ構造体となる。

【００４８】次いで、全面にＳｉＯ₂ 膜２２を設け、ス
トライプ状メサ１５に対応する部分に開口部を設けたの
ち、ｐ側電極２３を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板１１
の裏面にｎ側電極２４を設け、最後に劈開、及び、素子
分割を行うことによって、幅テーパ導波路集積化半導体
レーザの基本構造が完成する。

【００４９】この幅テーパ導波路集積化半導体レーザで
は、遮断溝２１の側壁が劈開面に比べて平坦ではなく、
且つ、ウェット・エッチングで形成しているので側壁が
傾斜面となり、スポットサイズ変換器部で発生した放射
モードは散乱されて往復しにくくなるため、出射端面側
で放射モードの重ね合わせによる増強が生じなくなり、
それによって、放射モードと伝搬モードとの干渉を無視
することができる。

【００５０】例えば、この幅テーパ導波路集積化半導体
レーザの遠視野像を測定したところ、放射角が１０°程
度の単峰性の放射パターンが安定して得られ、シングル
モード光ファイバとの光結合効率を従来の集積化半導体
レーザと比較したところ、平均値で１ｄＢ程度の改善が
見られた。

【００５１】また、この幅テーパ導波路集積化半導体レ
ーザでは、従来と同様に、出射端である幅テーパ導波路
の先端部でレーザビームのスポットサイズが拡大され、
光ファイバのスポットサイズに近づくため、高価なレン
ズ系を用いずに光ファイバとの高い結合が得られ、ま
た、位置合わせ精度が緩和されるので、半導体レーザを
発光させずに光ファイバとの位置合わせを行うパッシブ
アライメントにより素子を実装することができ、半導体
レーザモジュールの量産が可能になる。

【００５２】次に、図３を参照して、遮断溝２１を設け
る位置について説明するが、図３（ａ）乃至（ｃ）は、
ＭＱＷ活性層１３に平行な断面を模式的に示す図であ
る。 図３（ａ）参照 図３（ａ）は、遮断溝２１を後端面側に設けた場合であ
り、この様に遮断溝２１を伝搬モードのスポットサイズ
がもっとも小さい後端面側に設けているので、伝搬モー
ドが遮断溝２１の影響を受けることがなく、スポットサ
イズの大きな放射モードの伝搬のみを遮断することがで
きる。

【００５３】図３（ｂ）参照 図３（ｂ）は、遮断溝２１を出射端面側に設けた場合で
あり、この場合には、伝搬モードのスポットサイズはテ
ーパ導波路部２５で拡大するので、この拡大した伝搬モ
ードが遮断溝２１の影響を受ける可能性があるので望ま
しくない。

【００５４】図３（ｃ）参照 図３（ｃ）は、遮断溝２１を中間部に設けた場合であ
り、この場合には、遮断溝２１において伝搬モードがわ
ずかでも反射されると多重共振器が構成され、レーザ特
性に悪影響を与える可能性があるので好ましくない。

【００５５】以上の検討の結果から、遮断溝２１はどの
位置に設けても放射モードの往復を防止する効果はある
ものの、遮断溝２１が伝搬モードに与える影響を考慮す
ると、伝搬モードのスポットサイズが最も小さな後端面
側に設ける必要がある。

【００５６】次に、図４を参照して本発明の第２の実施
の形態の半導体レーザを説明するが、この場合には、メ
サ溝の形成工程の前までは、上記の第１の実施の形態と
全く同様であるので、メサ溝の形成工程以前の工程の説
明は省略する。 図４参照 図４は、本発明の第２の実施の形態の幅テーパ導波路集
積化半導体レーザの斜視図であり、図の左側の端面がス
ポットサイズ変換器を備えた出射端面であり、まず、上
記の第１の実施の形態と全く同様のＢＨ（埋込ヘテロ接
合）構造を形成したのち、全面にレジスト（図示せず）
を設け、ウェット・エッチングによって、幅が１０〜２
０μｍ、例えば、１０μｍの一対のメサ溝２０を互いの
間隔が１０〜１００μｍ、例えば、１０μｍになるよう
にストライプ状メサ１５の両側に沿って設けると同時
に、後端面側に、後端面からの距離が５〜１００μｍ、
例えば、１５μｍで、残存する中央のストライプ部の幅
が３〜９μｍ、例えば、５μｍとなるメサ溝２０に達す
る一対の溝部を隣接する素子に跨がって形成する。

【００５７】次いで、全面にＳｉＯ₂ 膜２２を設け、ス
トライプ状メサ１５に対応する部分に開口部を設けたの
ち、ｐ側電極２３を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板１１
の裏面にｎ側電極２４を設け、最後に劈開、及び、素子
分割を行うことによって、２つの隣接する素子に跨がる
一対の溝部が分断されて後端面側が開放端となった一対
の凹部２６が形成され、幅テーパ導波路集積化半導体レ
ーザの基本構造が完成する。

【００５８】この幅テーパ導波路集積化半導体レーザで
は、凹部２６の側壁は遮断溝２１と同様に、劈開面に比
べて平坦ではないため、スポットサイズ変換器部で発生
した放射モードは散乱されて往復しにくくなるため、出
射端面側で放射モードの重ね合わせによる増強が生じな
くなり、それによって、放射モードと伝搬モードとの干
渉を無視することができる。

【００５９】次に、図５を参照して本発明の第３の実施
の形態の半導体レーザを説明するが、この場合も、メサ
溝の形成工程の前までは、上記の第１の実施の形態と全
く同様であるので、メサ溝の形成工程以前の工程の説明
は省略する。 図５参照 図５は、本発明の第３の実施の形態の幅テーパ導波路集
積化半導体レーザの斜視図であり、図の左側の端面がス
ポットサイズ変換器を備えた出射端面であり、まず、上
記の第１の実施の形態と全く同様のＢＨ（埋込ヘテロ接
合）構造を形成したのち、全面にレジスト（図示せず）
を設け、ウェット・エッチングによって、幅が１０〜２
０μｍ、例えば、１０μｍの一対のメサ溝２０を互いの
間隔が１０〜１００μｍ、例えば、１０μｍになるよう
にストライプ状メサ１５の両側に沿って設けると同時
に、後端面側に、残存する中央のストライプ部の幅が３
〜９μｍ、例えば、５μｍで、ストライプ部において後
端面からの距離が５〜１００μｍ、例えば、１５μｍと
なるメサ溝２０に達する一対の溝部を隣接する素子に跨
がって形成する。なお、この溝部のストライプ部の側壁
とメサ溝２０方向に伸びる側壁とのなす角は４５〜１３
５°の範囲における９０°以外の鈍角或いは鋭角、例え
ば、７５°とするものであり、９０°以外の鈍角或いは
鋭角とすることによって、溝部のメサ溝２０方向に伸び
る側壁と後端面とを非平行にする。

【００６０】次いで、全面にＳｉＯ₂ 膜２２を設け、ス
トライプ状メサ１５に対応する部分に開口部を設けたの
ち、ｐ側電極２３を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板１１
の裏面にｎ側電極２４を設け、最後に劈開、及び、素子
分割を行うことによって、２つの隣接する素子に跨がる
一対の溝部が分断されて後端面側が開放端となり、且
つ、メサ溝２０方向に伸びる側壁が後端面と非平行な一
対の凹部２７が形成され、幅テーパ導波路集積化半導体
レーザの基本構造が完成する。なお、この場合の凹部２
７を形成する側壁とは、ストライプ部の側壁とメサ溝２
０方向に伸びる側壁であり、いずれの側壁も後端面と非
平行になる。

【００６１】この幅テーパ導波路集積化半導体レーザで
は、凹部２７を形成する側壁が劈開面に比べて平坦では
ないのに加えて、凹部２７のメサ溝２０方向に伸びる側
壁と後端面が非平行であるので、スポットサイズ変換器
部で発生した放射モードは凹部２７においてより散乱さ
れやすくなり、それによって、出射端面側で放射モード
の重ね合わせによる増強が生じなくなるので、放射モー
ドと伝搬モードとの干渉をさらに無視することができ
る。

【００６２】次に、図６を参照して本発明の第４の実施
の形態の半導体レーザを説明するが、この場合も、メサ
溝の形成工程の前までは、上記の第１の実施の形態と全
く同様であるので、メサ溝の形成工程以前の工程の説明
は省略する。 図６参照 図６は、本発明の第４の実施の形態の幅テーパ導波路集
積化半導体レーザの斜視図であり、図の左側の端面がス
ポットサイズ変換器を備えた出射端面であり、まず、上
記の第１の実施の形態と全く同様のＢＨ（埋込ヘテロ接
合）構造を形成したのち、全面にレジスト（図示せず）
を設け、ウェット・エッチングによって、幅が１０〜２
０μｍ、例えば、１０μｍの一対のメサ溝２０を互いの
間隔が１０〜１００μｍ、例えば、１０μｍになるよう
にストライプ状メサ１５の両側に沿って設けると同時
に、後端面側に、残存する中央のストライプ部の幅が３
〜９μｍ、例えば、５μｍで、後端面からの平均距離が
５〜１００μｍ、例えば、１５μｍとなり、且つ、側壁
が凹凸状のメサ溝２０に達する一対の溝部を隣接する素
子に跨がって形成する。

【００６３】次いで、全面にＳｉＯ₂ 膜２２を設け、ス
トライプ状メサ１５に対応する部分に開口部を設けたの
ち、ｐ側電極２３を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板１１
の裏面にｎ側電極２４を設け、最後に劈開、及び、素子
分割を行うことによって、２つの隣接する素子に跨がる
一対の溝部が分断されて後端面側が開放端となり、且
つ、メサ溝２０方向に伸びる側壁が凹凸状の凹部２８が
形成され、幅テーパ導波路集積化半導体レーザの基本構
造が完成する。

【００６４】この幅テーパ導波路集積化半導体レーザで
は、凹部２８のメサ溝２０方向に伸びる側壁が凹凸状で
あり、殆どの位置において後端面と非平行となるので、
スポットサイズ変換器部で発生した放射モードは凹部２
８においてより散乱されやすくなり、それによって、出
射端面側で放射モードの重ね合わせによる増強が生じな
くなるので、放射モードと伝搬モードとの干渉をさらに
無視することができる。

【００６５】以上、本発明の各実施の形態を説明をして
きたが、本発明は上記の各実施の形態に記載した構成に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、放射モードを遮断する凹部として遮断溝２１を設け
る場合に、遮断溝２１の対向方向に伸びる側壁が後端面
と略平行な場合しか説明していないが、第２の実施の形
態に対する第３及び第４の実施の形態と同様に、１対の
遮断溝２１の対向方向に伸びる側壁が後端面と非平行或
いは凹凸になるように形成しても良いものである。

【００６６】また、上記の各実施の形態においては、ス
ポットサイズ変換器として、結晶成長工程が簡単な幅テ
ーパ導波路を用いた半導体レーザとして説明している
が、スポットサイズ変換器は幅テーパ導波路に限られる
ものではなく、上記の図７（ａ）に示した様な、半導体
レーザのレーザ部を構成する活性層を含むコア層に連続
して、コア層の層厚が出射端側に向かって徐々に薄くな
るテーパ導波路を用いても良いものである。

【００６７】この場合には、テーパ導波路部における量
子井戸層の厚さが利得領域であるレーザ部における厚さ
より薄くなるので、量子準位間のエネルギーが大きくな
り、レーザ部における発振波長に対して透明になるの
で、スポットサイズ変換器部に電流を注入して利得をも
たせる必要がなくなり、１０ｍＡ以下の低い閾値電流Ｉ
_thを同時に実現することが可能になると共に、製造工程
としても、テーパ導波路部の幅が一定であるのでエッチ
ング工程における加工精度が要求されない利点がある。

【００６８】この様な層厚がテーパ状に変化するテーパ
導波路を形成するためには、ｎ型ＩｎＰ基板上に、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜を設け、このＳｉＯ₂ 膜に設けるストライプ状開
口部の幅を、テーパ導波路部を形成する長さが、例え
ば、２００μｍの領域においては出射端面に向かって幅
が徐々に広くなるテーパ状開口部とし、一方、長さが、
例えば、３００μｍのレーザ部、即ち、利得領域を形成
する領域においては均一で幅細の開口部にすることによ
って、コア層を構成するＳＣＨ層、量子井戸層、及び、
ＳＣＨ層の膜厚を、テーパ導波路部においては出射端面
に向かって２００μｍかけて１／３の厚さにテーパ状に
減少させ、且つ、利得領域においては平坦な構造とする
ことができる。

【００６９】また、スポットサイズ変換器としては、上
記図７（ｃ）に示した様に、半導体レーザのレーザ部を
構成する活性層を含むコア層に連続して、コア層の幅が
減少して出射端の手前で消失するとともに、屈折率の小
さな幅広の光ガイド層を出射端に設けてスポットサイズ
変換器部としても良いものであり、この場合には、屈折
率の小さな幅広の光ガイド層を用いているのでスポット
サイズの拡大効果が大きいという長所がある。なお、製
造工程としては、コア層の消失位置の制御のために高い
加工精度が要求される。

【００７０】また、上記の各実施の形態の説明において
は、遮断溝或いは凹部は充填されないままであるが、遮
断溝或いは凹部を放射モードを吸収する部材で埋め込ん
でも良いものであり、遮断溝或いは凹部を放射モードを
吸収する部材で埋め込むことによって、放射モードは吸
収部材で吸収されるので、放射モードの往復はより確実
に遮断される。

【００７１】この様な吸収部材を設ける場合には、例え
ば、１対のメサ溝の形成工程の直前、或いは、メサ溝の
形成工程後に、ＳｉＯ₂ マスクを用いて１対の遮断溝或
いは凹部を形成し、次いで、このＳｉＯ₂ マスクを選択
成長マスクとして用いて、遮断溝或いは凹部の内部にレ
ーザの発振波長より長波長組成のＩｎＧａＡｓＰ層を埋
め込めば良い。

【００７２】また、本発明の各実施の形態の説明におい
ては、ストライプ状メサに沿った一対のメサ溝を形成し
てストライプ状メサを内包するメサ構造体を形成してい
るが、この様なメサ溝を隣接する素子に跨がる様に幅広
に形成し、素子分割することによって、メサ溝の一方が
開放端となった凹部とすることによってメサ構造体のみ
から構成される構造としても良いものである。

【００７３】また、上記の各実施の形態の説明において
は、レーザ共振器として、通常のファブリペロー共振器
を用いているが、ファブリペロー共振器に限られるもの
ではなく、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板或いはｎ型ＩｎＰバ
ッファ層の表面に回折格子を形成してから結晶成長を行
うことによって、ＤＦＢ共振器構造或いはＤＢＲ共振器
構造としても良いものである。

【００７４】また、本発明の各実施の形態においては、
ストライプ状構造をｐｎｐｎ構造で埋め込んだＢＨ構造
としているが、他の埋め込み構造でも良いものであり、
公知の各種の埋込型のストライプ構造の適用が可能であ
り、例えば、埋込構造をＦｅドープＩｎＰ層で形成して
も良いものである。

【００７５】また、上記の各実施の形態の説明において
は、量子井戸層として厚さ１５ｎｍの１．１μｍ波長組
成のＩｎＧａＡｓＰ障壁層と、厚さ６ｎｍの１．３５μ
ｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰ井戸層を交互に井戸層が７
層になるように堆積させて形成しているが、この様な構
成に限られるものでなく、必要とする波長、例えば、
１．５μｍ帯及び出力に応じて各層の組成、厚さ、及
び、層数を任意に選択すれば良い。

【００７６】また、上記の各実施の形態においては、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レーザとして説明してい
るが、本発明はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限られるも
のではなく、ＩｎＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ系、或いは、ＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎ
ＧａＰ系等にも適用できるものである。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、ストライプ状メサを内
包するメサ構造体の後端面側に、放射モードの伝搬を遮
断する一対の凹部を設けたので、放射モードが出射端面
側で重ね合わせにより増強されることがなく、したがっ
て、放射モードと伝搬モードとの干渉が無視し得るよう
になるので、出射ビームを単峰性に保つことができ、そ
れによって、光ファイバとの光結合効率が向上するので
パッシブアライメントが可能になり、半導体レーザモジ
ュールを低コストで大量生産することができるので、光
ファイバ通信の発展に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザの斜
視図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザにお
ける遮断溝の位置の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の半導体レーザの斜
視図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態の半導体レーザの斜
視図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態の半導体レーザの斜
視図である。

【図７】従来のスポットサイズ変換器付き半導体レーザ
の説明図である。

【図８】従来の幅テーパ導波路集積化半導体レーザの斜
視図である。

【図９】従来の幅テーパ導波路集積化半導体レーザにお
ける問題点の説明図である。

【符号の説明】

１ 活性層 ２ スポットサイズ変換器 ３ メサ構造体 ４ メサ溝 ５ 凹部 ６ 後端面 ７ 出射端面 １１ ｎ型ＩｎＰ基板 １２ ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層 １３ ＭＱＷ活性層 １４ ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層 １５ ストライプ状メサ １６ ｐ型ＩｎＰ埋込層 １７ ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層 １８ ｐ型ＩｎＰクラッド層 １９ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ２０ メサ溝 ２１ 遮断溝 ２２ ＳｉＯ₂ 膜 ２３ ｐ側電極 ２４ ｎ側電極 ２５ テーパ導波路部 ２６ 凹部 ２７ 凹部 ２８ 凹部 ３１ レーザ部 ３２ スポットサイズ変換器部 ３３ 埋込層 ３４ スポットサイズ変換器部 ３５ スポットサイズ変換器部 ３６ 活性層 ３７ 光ガイド層 ４１ ｎ型ＩｎＰ基板 ４２ ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層 ４３ ＭＱＷ活性層 ４４ ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層 ４５ ストライプ状メサ ４６ ｐ型ＩｎＰ埋込層 ４７ ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層 ４８ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ４９ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ５０ メサ溝 ５１ ＳｉＯ₂ 膜 ５２ ｐ側電極 ５３ ｎ側電極 ５４ テーパ導波路部 ５５ 光強度分布 ５６ 光強度分布 ５７ 出射光 ５８ 散乱光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 剛之 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 小路 元 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 鈴木 信也 山梨県中巨摩郡昭和町大字紙漉阿原1000番 地 富士通カンタムデバイス株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA22 AA45 AA74 AA89 AB28 BA02 CA07 CA12 CA14 CA15 EA18

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザとスポットサイズ変換器と
   を集積化した半導体発光装置において、ストライプ状メ
   サを内包するメサ構造体の後端面側に、前記スポットサ
   イズ変換器を構成する光導波路で発生した放射モードの
   伝搬を遮断するための一対の凹部を設けたことを特徴と
   する半導体発光装置。
2. 【請求項２】 上記一対の凹部に、上記放射モードを吸
   収する部材を埋め込んだことを特徴とする請求項１記載
   の半導体発光装置。
3. 【請求項３】 上記一対の凹部の対向方向に沿った側壁
   の延在方向が、上記後端面に対して平行であることを特
   徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. 【請求項４】 上記一対の凹部を構成する側壁が、上記
   後端面に対して非平行な複数の面によって構成されるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装
   置。
5. 【請求項５】 上記一対の凹部が、一対の溝で構成され
   ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記
   載の半導体発光装置。
6. 【請求項６】 上記一対の凹部が、上記後端面側が開放
   端となった一対の凹部で構成されることを特徴とする請
   求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
7. 【請求項７】 上記スポットサイズ変換器が、出射端面
   に向かって層厚が減少するテーパ状の光導波路によって
   構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
   １項に記載の半導体発光装置。
8. 【請求項８】 上記スポットサイズ変換器が、出射端面
   に向かって幅が減少するテーパ状の光導波路によって構
   成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１
   項に記載の半導体発光装置。
9. 【請求項９】 上記スポットサイズ変換器が、出射端面
   に向かって幅が減少して消失する第１の光導波路と、前
   記第１の光導波路に隣接して設けられ、前記第１の光導
   波路より低屈折率の第２の光導波路によって構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載
   の半導体発光装置。
10. 【請求項１０】 上記半導体発光装置のレーザ共振器
    が、ファブリペロー共振器であることを特徴とする請求
    項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
11. 【請求項１１】 上記半導体発光装置のレーザ共振器
    が、回折格子によって構成されることを特徴とする請求
    項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体発光装置。