JP2003152273A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2003152273A JP2003152273A JP2001343810A JP2001343810A JP2003152273A JP 2003152273 A JP2003152273 A JP 2003152273A JP 2001343810 A JP2001343810 A JP 2001343810A JP 2001343810 A JP2001343810 A JP 2001343810A JP 2003152273 A JP2003152273 A JP 2003152273A
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- Japan
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- laser device
- optical waveguide
- type optical
- diffraction grating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リッジ型光導波路における導波光の高次モー
ドを制御性よく且つ再現性よく抑制して、単一モード性
を大幅に向上することが可能なサイドグレーティング構
造の半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 ＤＦＢレーザ素子のリッジ型光導波路１
８は、半導体基板１０上に積層された下部クラッド層１
２、活性層１４、及び上部クラッド層１６が順に積層さ
れたリッジストライプ形状の層構造になっていると共
に、このリッジストライプ形状の層構造の両側壁部に
は、外側表面が凹凸形状をなす回折格子２０が一体形成
されたサイドグレーティング構造になっている。そし
て、回折格子２０の凹凸形状をなす外側表面には、発振
光に対して吸収性をもつＩｎＧａＡｓからなる光吸収層
２２ａが所定の厚さをもって当該回折格子２０の凹部と
凸部の全体を被覆して形成されている。
ドを制御性よく且つ再現性よく抑制して、単一モード性
を大幅に向上することが可能なサイドグレーティング構
造の半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 ＤＦＢレーザ素子のリッジ型光導波路１
８は、半導体基板１０上に積層された下部クラッド層１
２、活性層１４、及び上部クラッド層１６が順に積層さ
れたリッジストライプ形状の層構造になっていると共
に、このリッジストライプ形状の層構造の両側壁部に
は、外側表面が凹凸形状をなす回折格子２０が一体形成
されたサイドグレーティング構造になっている。そし
て、回折格子２０の凹凸形状をなす外側表面には、発振
光に対して吸収性をもつＩｎＧａＡｓからなる光吸収層
２２ａが所定の厚さをもって当該回折格子２０の凹部と
凸部の全体を被覆して形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ素子に
係り、更に詳しくは、リッジ型光導波路の側部に回折格
子が設けられたサイドグレーティング構造の半導体レー
ザ素子に関する。
係り、更に詳しくは、リッジ型光導波路の側部に回折格
子が設けられたサイドグレーティング構造の半導体レー
ザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】分布帰還型半導体レーザ素子（Distribu
ted Feedback Laser Diode；以下、単に「ＤＦＢレーザ
素子」という）や分布反射型半導体レーザ素子（Distri
butedBragg Reflector Laser Diode；以下、単に「ＤＢ
Ｒレーザ素子」という）においては、その活性層が形成
されている活性導波路や活性導波路以外の受動導波路
（以下、これら活性導波路及び受動導波路を総称して単
に「光導波路」という）に回折格子が設けられている。
そして、この回折格子としては、光導波路を構成する半
導体積層構造内部に埋め込まれた埋め込み型の回折格子
が用いられるのが一般的である。
ted Feedback Laser Diode；以下、単に「ＤＦＢレーザ
素子」という）や分布反射型半導体レーザ素子（Distri
butedBragg Reflector Laser Diode；以下、単に「ＤＢ
Ｒレーザ素子」という）においては、その活性層が形成
されている活性導波路や活性導波路以外の受動導波路
（以下、これら活性導波路及び受動導波路を総称して単
に「光導波路」という）に回折格子が設けられている。
そして、この回折格子としては、光導波路を構成する半
導体積層構造内部に埋め込まれた埋め込み型の回折格子
が用いられるのが一般的である。
【０００３】しかし、近年、このような埋め込み型の回
折格子の代わりに、ドライエッチング法によりリッジ型
光導波路の側部に形成した回折格子を用いるサイドグレ
ーティング構造の半導体レーザ素子が注目されている。
このサイドグレーティング構造は、幾つかの種類に分類
される。例えば特開平１０−１７３２８５号公報や、S.
Oku et al.“Fabrication andPerformance of AlGaAs-G
aAs Distributed Bragg Reflector Lasers and Distrib
uted Feedback Lasers Utilizing First-Order Diffrac
tion Gratings Formedby a Periodic Groove Structur
e”IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Elec
tronics, Vol.5 No.3 pp682-687 May/June 1999 等に記
載されているように、リッジ型光導波路の略垂直な側壁
部に回折格子が形成されているサイドグレーティング構
造がある。
折格子の代わりに、ドライエッチング法によりリッジ型
光導波路の側部に形成した回折格子を用いるサイドグレ
ーティング構造の半導体レーザ素子が注目されている。
このサイドグレーティング構造は、幾つかの種類に分類
される。例えば特開平１０−１７３２８５号公報や、S.
Oku et al.“Fabrication andPerformance of AlGaAs-G
aAs Distributed Bragg Reflector Lasers and Distrib
uted Feedback Lasers Utilizing First-Order Diffrac
tion Gratings Formedby a Periodic Groove Structur
e”IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Elec
tronics, Vol.5 No.3 pp682-687 May/June 1999 等に記
載されているように、リッジ型光導波路の略垂直な側壁
部に回折格子が形成されているサイドグレーティング構
造がある。
【０００４】また、例えば特開平１０−９８２３５号公
報や特開平１０−２７５９５８号公報等に記載されてい
るように、リッジ型光導波路の両側の平坦部に回折格子
が形成されているサイドグレーティング構造がある。更
に、例えば特開平１０−２７５９５９号公報等に記載さ
れているように、リッジ型光導波路の両側の側壁部及び
平坦部に回折格子が形成されているサイドグレーティン
グ構造もある。
報や特開平１０−２７５９５８号公報等に記載されてい
るように、リッジ型光導波路の両側の平坦部に回折格子
が形成されているサイドグレーティング構造がある。更
に、例えば特開平１０−２７５９５９号公報等に記載さ
れているように、リッジ型光導波路の両側の側壁部及び
平坦部に回折格子が形成されているサイドグレーティン
グ構造もある。
【０００５】しかし、例えばサイドグレーティング構造
のＤＦＢレーザ素子は、次のような問題を有している。
即ち、そのリッジ型光導波路においては、光導波路を構
成する半導体層と外部の空気との屈折率差が大きく、横
モードがマルチモード発振となる。そして、その際、発
振光の高次モードの方が１次モードよりも外部への光の
しみ出しが大きくなることから、リッジ型光導波路の側
部に設けられた回折格子にかかる光量も高次モードの方
が多くなり、その結果、高次モードの方が１次モードよ
りも分布帰還の効果が大きくなる。このため、高次モー
ドが１次モードよりも先に発振したり、高次モードを含
む全モードが同時に発振したりして、単一モード性が失
われるという問題が生じる。
のＤＦＢレーザ素子は、次のような問題を有している。
即ち、そのリッジ型光導波路においては、光導波路を構
成する半導体層と外部の空気との屈折率差が大きく、横
モードがマルチモード発振となる。そして、その際、発
振光の高次モードの方が１次モードよりも外部への光の
しみ出しが大きくなることから、リッジ型光導波路の側
部に設けられた回折格子にかかる光量も高次モードの方
が多くなり、その結果、高次モードの方が１次モードよ
りも分布帰還の効果が大きくなる。このため、高次モー
ドが１次モードよりも先に発振したり、高次モードを含
む全モードが同時に発振したりして、単一モード性が失
われるという問題が生じる。
【０００６】こうした問題を解決するものとして、次の
ようなサイドグレーティング構造のＤＲ（Distributed
Reflector）レーザ素子が、J.Wiedmann et al.“Deeply
Etched 1.55μm Wavelength Distributed-Reflector L
asers with Vertical Grating”2001 International Co
nference on Indium Phosphide and Related Materials
Conference Proceedings pp19-22 May 2001に報告され
ている。
ようなサイドグレーティング構造のＤＲ（Distributed
Reflector）レーザ素子が、J.Wiedmann et al.“Deeply
Etched 1.55μm Wavelength Distributed-Reflector L
asers with Vertical Grating”2001 International Co
nference on Indium Phosphide and Related Materials
Conference Proceedings pp19-22 May 2001に報告され
ている。
【０００７】即ち、このＤＲレーザ素子においては、ｐ
−ＩｎＰ基板上に、ｐ−ＩｎＰバッファ層、ｐ−ＩｎＰ
下部クラッド層、ＱＷ活性層、ｎ−ＩｎＰ上部クラッド
層、及びｎ+−ＧａＩｎＡｓコンタクト層を順に積層し
た後、このコンタクト層上に所定パターンのＴｉ金属マ
スクを形成し、続いてＣＨ4／Ｈ2エッチングガスを用い
るＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチ
ング）により積層体を選択的にエッチングして、メサ構
造の側壁部に垂直状に回折格子を形成している。そし
て、その回折格子エッチングの際に散乱損失を生じるダ
メージ層が形成されることを利用し、このダメージ層に
よる光吸収によって高次モード発振を抑制しようとする
ものである。
−ＩｎＰ基板上に、ｐ−ＩｎＰバッファ層、ｐ−ＩｎＰ
下部クラッド層、ＱＷ活性層、ｎ−ＩｎＰ上部クラッド
層、及びｎ+−ＧａＩｎＡｓコンタクト層を順に積層し
た後、このコンタクト層上に所定パターンのＴｉ金属マ
スクを形成し、続いてＣＨ4／Ｈ2エッチングガスを用い
るＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチ
ング）により積層体を選択的にエッチングして、メサ構
造の側壁部に垂直状に回折格子を形成している。そし
て、その回折格子エッチングの際に散乱損失を生じるダ
メージ層が形成されることを利用し、このダメージ層に
よる光吸収によって高次モード発振を抑制しようとする
ものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、上記文
献に報告されているサイドグレーティング構造のＤＲレ
ーザ素子においては、光吸収により高次モード発振を抑
制する機能は、散乱損失を生じるダメージ層によって実
現される。しかし、半導体レーザ素子の製造プロセスに
おいて、回折格子エッチングの際に形成されるダメージ
層を制御性よく再現することは実際上困難である。この
ため、このようなダメージ層によって高次モード発振を
抑制する機能を制御性よく且つ再現性よく発揮させるこ
とも困難であると言わざるを得ない。
献に報告されているサイドグレーティング構造のＤＲレ
ーザ素子においては、光吸収により高次モード発振を抑
制する機能は、散乱損失を生じるダメージ層によって実
現される。しかし、半導体レーザ素子の製造プロセスに
おいて、回折格子エッチングの際に形成されるダメージ
層を制御性よく再現することは実際上困難である。この
ため、このようなダメージ層によって高次モード発振を
抑制する機能を制御性よく且つ再現性よく発揮させるこ
とも困難であると言わざるを得ない。
【０００９】そこで本発明は、上記事情を考慮してなさ
れたものであり、リッジ型光導波路における導波光の高
次モードを制御性よく且つ再現性よく抑制して、単一モ
ード性を大幅に向上することが可能なサイドグレーティ
ング構造の半導体レーザ素子を提供することを目的とす
る。
れたものであり、リッジ型光導波路における導波光の高
次モードを制御性よく且つ再現性よく抑制して、単一モ
ード性を大幅に向上することが可能なサイドグレーティ
ング構造の半導体レーザ素子を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の本発
明に係る半導体レーザ素子によって達成される。即ち、
本発明に係る半導体レーザ素子は、側部に回折格子が一
体形成されているリッジ型光導波路を有する半導体レー
ザ素子であって、回折格子の外側表面に、所定の波長の
光に対して吸収性をもつ光吸収層が所定の厚さをもって
付設されていることを特徴とする（請求項１）。
明に係る半導体レーザ素子によって達成される。即ち、
本発明に係る半導体レーザ素子は、側部に回折格子が一
体形成されているリッジ型光導波路を有する半導体レー
ザ素子であって、回折格子の外側表面に、所定の波長の
光に対して吸収性をもつ光吸収層が所定の厚さをもって
付設されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】なお、上記請求項１に係る半導体レーザ素
子において、回折格子が一体形成されているリッジ型光
導波路の側部としては、リッジ型光導波路自体の側壁部
の片側又は両側であってもよく（請求項２）、リッジ型
光導波路の両側に広がる例えば半導体基板やクラッド層
等の半導体層からなる平坦部の片側又は両側であっても
よい（請求項３）。また、回折格子は、リッジ型光導波
路の延在方向に沿った一部又は全部に設けられていれば
よい（請求項４）。
子において、回折格子が一体形成されているリッジ型光
導波路の側部としては、リッジ型光導波路自体の側壁部
の片側又は両側であってもよく（請求項２）、リッジ型
光導波路の両側に広がる例えば半導体基板やクラッド層
等の半導体層からなる平坦部の片側又は両側であっても
よい（請求項３）。また、回折格子は、リッジ型光導波
路の延在方向に沿った一部又は全部に設けられていれば
よい（請求項４）。
【００１２】また、上記請求項１に係る半導体レーザ素
子において、回折格子の外側表面が凹凸形状をなしてお
り、光吸収層が回折格子の外側表面の凹部及び／又は凸
部を被覆していることが好ましい（請求項５）。また、
光吸収層が半導体又は金属からなることが好ましい（請
求項６）。また、上記請求項１に係る半導体レーザ素子
において、リッジ型光導波路の両側の平坦部上に、半導
体又は誘電体からなる埋め込み層が形成されて、埋め込
みリッジ構造となっていることが好適である（請求項
７）。
子において、回折格子の外側表面が凹凸形状をなしてお
り、光吸収層が回折格子の外側表面の凹部及び／又は凸
部を被覆していることが好ましい（請求項５）。また、
光吸収層が半導体又は金属からなることが好ましい（請
求項６）。また、上記請求項１に係る半導体レーザ素子
において、リッジ型光導波路の両側の平坦部上に、半導
体又は誘電体からなる埋め込み層が形成されて、埋め込
みリッジ構造となっていることが好適である（請求項
７）。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は本発明
の一実施形態に係るＤＦＢレーザ素子の一例を示す概略
斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＤＦＢレーザ素子の
サイドグレーティング部を拡大して示すＡ−Ａ線断面
図、図２〜図５はそれぞれ図１のＤＦＢレーザ素子の製
造方法を説明するための工程斜視図、図６は図１のＤＦ
Ｂレーザ素子の発振スペクトル特性を示すグラフ、図７
は図１のＤＦＢレーザ素子のファーフィールドパターン
（Far Field Pattern）特性を示すグラフである。
て添付図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は本発明
の一実施形態に係るＤＦＢレーザ素子の一例を示す概略
斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＤＦＢレーザ素子の
サイドグレーティング部を拡大して示すＡ−Ａ線断面
図、図２〜図５はそれぞれ図１のＤＦＢレーザ素子の製
造方法を説明するための工程斜視図、図６は図１のＤＦ
Ｂレーザ素子の発振スペクトル特性を示すグラフ、図７
は図１のＤＦＢレーザ素子のファーフィールドパターン
（Far Field Pattern）特性を示すグラフである。
【００１４】図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、Ｄ
ＦＢレーザ素子のリッジ型光導波路１８は、例えばｎ−
ＩｎＰからなる半導体基板１０上に、ｎ−ＩｎＰからな
る下部クラッド層１２、ＩｎＧａＡｓウェル層とＩｎＧ
ａＡｓＰバリア層とが交互に積層されたＭＱＷ（Multi
Quantum Well；多重量子井戸）構造の活性層１４、及び
ｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層１６が順に積層され
たリッジストライプ形状の層構造になっていると共に、
このリッジストライプ形状の層構造の両側壁部に、その
延在方向に所定の周期で配列された凹部と凸部とからな
り、外側表面が凹凸形状をなす回折格子２０が一体形成
された本発明でいうサイドグレーティング構造になって
いる。
ＦＢレーザ素子のリッジ型光導波路１８は、例えばｎ−
ＩｎＰからなる半導体基板１０上に、ｎ−ＩｎＰからな
る下部クラッド層１２、ＩｎＧａＡｓウェル層とＩｎＧ
ａＡｓＰバリア層とが交互に積層されたＭＱＷ（Multi
Quantum Well；多重量子井戸）構造の活性層１４、及び
ｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層１６が順に積層され
たリッジストライプ形状の層構造になっていると共に、
このリッジストライプ形状の層構造の両側壁部に、その
延在方向に所定の周期で配列された凹部と凸部とからな
り、外側表面が凹凸形状をなす回折格子２０が一体形成
された本発明でいうサイドグレーティング構造になって
いる。
【００１５】そして、活性層１４が上下を上部クラッド
層１６及び下部クラッド層１２によって挟まれたＤＨ
（Double Hetero）構造により、波長１．５５μｍの光
を発振するようになっている。また、回折格子２０の凹
凸形状をなす外側表面には、波長１．５５μｍの発振光
に対して吸収性をもつ例えばＩｎＧａＡｓからなる光吸
収層２２ａが所定の厚さをもって当該回折格子２０の凹
部と凸部の全体を被覆して形成されている。
層１６及び下部クラッド層１２によって挟まれたＤＨ
（Double Hetero）構造により、波長１．５５μｍの光
を発振するようになっている。また、回折格子２０の凹
凸形状をなす外側表面には、波長１．５５μｍの発振光
に対して吸収性をもつ例えばＩｎＧａＡｓからなる光吸
収層２２ａが所定の厚さをもって当該回折格子２０の凹
部と凸部の全体を被覆して形成されている。
【００１６】また、リッジ型光導波路１８の最上層の上
部クラッド層１６上には、例えばＩｎＧａＡｓからなる
コンタクト層２２ｂが設けられている。更に、リッジ型
光導波路１８及びコンタクト層２２ｂは、例えばＳｉＮ
からなる電気的パッシベーション膜（図示せず）によっ
て被覆され、保護されている。また、コンタクト層２２
ｂ上には、電気的パッシベーション膜に開口されたコン
タクト孔を介して、上部電極（図示せず）が形成されて
いる。また、半導体基板１０裏面には、下部電極（図示
せず）が形成されている。
部クラッド層１６上には、例えばＩｎＧａＡｓからなる
コンタクト層２２ｂが設けられている。更に、リッジ型
光導波路１８及びコンタクト層２２ｂは、例えばＳｉＮ
からなる電気的パッシベーション膜（図示せず）によっ
て被覆され、保護されている。また、コンタクト層２２
ｂ上には、電気的パッシベーション膜に開口されたコン
タクト孔を介して、上部電極（図示せず）が形成されて
いる。また、半導体基板１０裏面には、下部電極（図示
せず）が形成されている。
【００１７】次に、図１のＤＦＢレーザ素子の製造方法
について説明する。先ず、図２に示されるように、ｎ−
ＩｎＰからなる半導体基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金
属気相成長）法により、ｎ−ＩｎＰからなる下部クラッ
ド層１２、ＩｎＧａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰバリ
ア層とが交互に積層されたＭＱＷ構造の活性層１４、及
びｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層１６を順に積層す
る。
について説明する。先ず、図２に示されるように、ｎ−
ＩｎＰからなる半導体基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金
属気相成長）法により、ｎ−ＩｎＰからなる下部クラッ
ド層１２、ＩｎＧａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰバリ
ア層とが交互に積層されたＭＱＷ構造の活性層１４、及
びｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層１６を順に積層す
る。
【００１８】次いで、図３に示されるように、上部クラ
ッド層１６上に、電子線レジストを塗布した後、ＥＢ
（Electron Beam）描画装置を用いて、両側に周期的な
凹凸形状を有する回折格子形成用のストライプパターン
を描画し、更にこの描画パターンを現像して、ストライ
プ及び回折格子兼用パターン２４を形成する。次いで、
図４に示されるように、このパターン２４をマスクとし
て、例えば塩素系ドライエッチング法により、上部クラ
ッド層１６、活性層１４、及び下部クラッド層１２を選
択的にエッチング除去して、リッジストライプ形状の層
構造を形成すると共に、このリッジストライプ形状の層
構造の両側壁部に、外側表面が凹凸形状をなす回折格子
２０を形成して、サイドグレーティング構造のリッジ型
光導波路１８を形成する。
ッド層１６上に、電子線レジストを塗布した後、ＥＢ
（Electron Beam）描画装置を用いて、両側に周期的な
凹凸形状を有する回折格子形成用のストライプパターン
を描画し、更にこの描画パターンを現像して、ストライ
プ及び回折格子兼用パターン２４を形成する。次いで、
図４に示されるように、このパターン２４をマスクとし
て、例えば塩素系ドライエッチング法により、上部クラ
ッド層１６、活性層１４、及び下部クラッド層１２を選
択的にエッチング除去して、リッジストライプ形状の層
構造を形成すると共に、このリッジストライプ形状の層
構造の両側壁部に、外側表面が凹凸形状をなす回折格子
２０を形成して、サイドグレーティング構造のリッジ型
光導波路１８を形成する。
【００１９】次いで、図５に示されるように、パターン
２４を除去し、更にウエットエッチング法により、前工
程のドライエッチングの際に生じる露出した表面のダメ
ージ層をエッチング除去した後、再びＭＯＣＶＤ法によ
り、リッジ型光導波路１８の上面と両側壁（回折格
子）、及びリッジ型光導波路１８の両側に表出している
半導体基板10の平坦な表面（平坦部）を被覆するＩｎＧ
ａＡｓ層２２を所定の厚さに再成長する。
２４を除去し、更にウエットエッチング法により、前工
程のドライエッチングの際に生じる露出した表面のダメ
ージ層をエッチング除去した後、再びＭＯＣＶＤ法によ
り、リッジ型光導波路１８の上面と両側壁（回折格
子）、及びリッジ型光導波路１８の両側に表出している
半導体基板10の平坦な表面（平坦部）を被覆するＩｎＧ
ａＡｓ層２２を所定の厚さに再成長する。
【００２０】なお、ここで、リッジ型光導波路１８の両
側壁に設けられた回折格子２０の凹凸部全体を被覆する
ＩｎＧａＡｓ層２２を光吸収層２２ａと呼び、リッジ型
光導波路１８の上面をなす上部クラッド層１６を被覆す
るＩｎＧａＡｓ層２２をコンタクト層２２ｂと呼ぶこと
にする。次いで、全表面を被覆するＳｉＮからなる電気
的パッシベーション膜（図示せず）を形成し、更にコン
タクト層２２ｂ上の電気的パッシベーション膜を選択的
にエッチングしてコンタクト孔を開口した後、このコン
タクト孔を介してコンタクト層２２ｂに接続する上部電
極（図示せず）を形成する。また、半導体基板１０裏面
には、下部電極（図示せず）を形成する。更に、ウェー
ハ形状を所定の方向に劈開して共振器構造を形成し、図
１（ａ）、（ｂ）に示されるＤＦＢレーザ素子を作製す
る。
側壁に設けられた回折格子２０の凹凸部全体を被覆する
ＩｎＧａＡｓ層２２を光吸収層２２ａと呼び、リッジ型
光導波路１８の上面をなす上部クラッド層１６を被覆す
るＩｎＧａＡｓ層２２をコンタクト層２２ｂと呼ぶこと
にする。次いで、全表面を被覆するＳｉＮからなる電気
的パッシベーション膜（図示せず）を形成し、更にコン
タクト層２２ｂ上の電気的パッシベーション膜を選択的
にエッチングしてコンタクト孔を開口した後、このコン
タクト孔を介してコンタクト層２２ｂに接続する上部電
極（図示せず）を形成する。また、半導体基板１０裏面
には、下部電極（図示せず）を形成する。更に、ウェー
ハ形状を所定の方向に劈開して共振器構造を形成し、図
１（ａ）、（ｂ）に示されるＤＦＢレーザ素子を作製す
る。
【００２１】次に、図１のＤＦＢレーザ素子の特性につ
いて説明する。図１のＤＦＢレーザ素子の縦モードの発
振スペクトル特性を測定したところ、図６に示されるよ
うに、波長１５４４ｎｍにおいて単一モードの発振スペ
クトルが得られ、隣接モード抑制比（ＳＭＳＲ）も３０
ｄＢ以上と良好であった。また、横方向のファーフィー
ルドパターン特性を測定したところ、図７に示されるよ
うに、単峰性のピークが観測され、高次モードの発振が
抑制されていることを確認することができた。
いて説明する。図１のＤＦＢレーザ素子の縦モードの発
振スペクトル特性を測定したところ、図６に示されるよ
うに、波長１５４４ｎｍにおいて単一モードの発振スペ
クトルが得られ、隣接モード抑制比（ＳＭＳＲ）も３０
ｄＢ以上と良好であった。また、横方向のファーフィー
ルドパターン特性を測定したところ、図７に示されるよ
うに、単峰性のピークが観測され、高次モードの発振が
抑制されていることを確認することができた。
【００２２】これは、回折格子２０の凹凸形状をなす外
側表面に、波長１．５５μｍの発振光に対して吸収性を
もつ光吸収層２２ａが所定の厚さをもって当該回折格子
２０の凹部と凸部の全体を被覆して形成されていること
により、このサイドグレーティング構造のリッジ型光導
波路１８においてマルチモード発振した発振光の高次モ
ードが１次モードよりも多く光吸収層２２ａにより吸収
されるためである。このように本実施形態に係るＤＦＢ
レーザ素子によれば、高次モード発振を制御性よく且つ
再現性よく抑制して、単一モード性を大幅に向上するこ
とができる。
側表面に、波長１．５５μｍの発振光に対して吸収性を
もつ光吸収層２２ａが所定の厚さをもって当該回折格子
２０の凹部と凸部の全体を被覆して形成されていること
により、このサイドグレーティング構造のリッジ型光導
波路１８においてマルチモード発振した発振光の高次モ
ードが１次モードよりも多く光吸収層２２ａにより吸収
されるためである。このように本実施形態に係るＤＦＢ
レーザ素子によれば、高次モード発振を制御性よく且つ
再現性よく抑制して、単一モード性を大幅に向上するこ
とができる。
【００２３】また、本実施形態に係るＤＦＢレーザ素子
の場合、光吸収層２２ａがコンタクト層２２ｂと同時的
に形成されるため、従来のサイドグレーティング構造の
ＤＦＢレーザ素子の製造プロセスと比較しても工程数は
増加せず、従って生産性の低下やコストの上昇を回避す
ることができるという利点を備えている。なお、上記実
施形態において、回折格子２０に付設する光吸収層２２
ａの厚さを調整することにより、光吸収層２２ａによっ
て吸収される高次モードの光量を制御することが可能で
ある。
の場合、光吸収層２２ａがコンタクト層２２ｂと同時的
に形成されるため、従来のサイドグレーティング構造の
ＤＦＢレーザ素子の製造プロセスと比較しても工程数は
増加せず、従って生産性の低下やコストの上昇を回避す
ることができるという利点を備えている。なお、上記実
施形態において、回折格子２０に付設する光吸収層２２
ａの厚さを調整することにより、光吸収層２２ａによっ
て吸収される高次モードの光量を制御することが可能で
ある。
【００２４】また、上記実施形態においては、ＩｎＧａ
Ａｓウェル／ＩｎＧａＡｓＰバリアＭＱＷの活性層１４
による波長１．５５μｍの発振光に対する光吸収層２２
ａとしてＩｎＧａＡｓを用いる場合について説明した
が、光吸収層の材料としては発振光の波長に応じて種々
のものが考えられる。基本的には発振光の波長に対して
長波長のバンドギャップ波長を有するものであれば、発
振光を吸収する吸収層の材料として使用できる。例えば
活性層にＩｎＧａＡｓＰ（組成比によって１．３μｍや
１．５μｍの発振波長となる）やＡｌＧａＡｓを用いる
場合には、光吸収層の材料としてＧａＡｓを使用し、活
性層にＧａＮを用いる場合には、光吸収層の材料として
ＩｎＧａＮを使用することが可能である。
Ａｓウェル／ＩｎＧａＡｓＰバリアＭＱＷの活性層１４
による波長１．５５μｍの発振光に対する光吸収層２２
ａとしてＩｎＧａＡｓを用いる場合について説明した
が、光吸収層の材料としては発振光の波長に応じて種々
のものが考えられる。基本的には発振光の波長に対して
長波長のバンドギャップ波長を有するものであれば、発
振光を吸収する吸収層の材料として使用できる。例えば
活性層にＩｎＧａＡｓＰ（組成比によって１．３μｍや
１．５μｍの発振波長となる）やＡｌＧａＡｓを用いる
場合には、光吸収層の材料としてＧａＡｓを使用し、活
性層にＧａＮを用いる場合には、光吸収層の材料として
ＩｎＧａＮを使用することが可能である。
【００２５】また、光吸収層２２ａを回折格子２０に付
設する態様を種々に変化させることも可能である。例え
ば、第１の変形例として、リッジ型光導波路のサイドグ
レーティング部を示す上記図１（ｂ）に対応する図８に
示されるように、回折格子２０の凸部のみに光吸収層２
２ａを付設してもよい。また、第２の変形例として、図
９に示されるように、回折格子２０の凹部のみに光吸収
層２２ａを付設してもよい。更に、第３の変形例とし
て、図１０に示されるように、回折格子２０の凹部を完
全に埋め込むように光吸収層２２ａを付設してもよい。
設する態様を種々に変化させることも可能である。例え
ば、第１の変形例として、リッジ型光導波路のサイドグ
レーティング部を示す上記図１（ｂ）に対応する図８に
示されるように、回折格子２０の凸部のみに光吸収層２
２ａを付設してもよい。また、第２の変形例として、図
９に示されるように、回折格子２０の凹部のみに光吸収
層２２ａを付設してもよい。更に、第３の変形例とし
て、図１０に示されるように、回折格子２０の凹部を完
全に埋め込むように光吸収層２２ａを付設してもよい。
【００２６】これら第１〜第３の変形例の何れの場合に
おいても、高次モードをより多く吸収して高次モード発
振を制御性よく且つ再現性よく抑制し、単一モード性を
大幅に向上する効果を奏することができる。また、上記
実施形態においては、上部クラッド層１６、活性層１
４、及び下部クラッド層１２を選択的にエッチング除去
して、サイドグレーティング構造のリッジ型光導波路１
８を形成しているが、第４の変形例として、このサイド
グレーティング構造のリッジ型光導波路１８の代わり
に、例えば図１１に示されるように、半導体基板１０上
に順に積層成長した下部クラッド層１２、活性層１４、
及び上部クラッド層１６のうち、上部クラッド層１６の
みを選択的にエッチング除去して、サイドグレーティン
グ構造のリッジ型光導波路１８ａを形成し、このリッジ
型光導波路１８ａの両側壁部に設けられた回折格子２０
ａに光吸収層２２ａを付設してもよい。この場合も、上
記実施形態の場合と同様の効果を奏することが可能であ
る。
おいても、高次モードをより多く吸収して高次モード発
振を制御性よく且つ再現性よく抑制し、単一モード性を
大幅に向上する効果を奏することができる。また、上記
実施形態においては、上部クラッド層１６、活性層１
４、及び下部クラッド層１２を選択的にエッチング除去
して、サイドグレーティング構造のリッジ型光導波路１
８を形成しているが、第４の変形例として、このサイド
グレーティング構造のリッジ型光導波路１８の代わり
に、例えば図１１に示されるように、半導体基板１０上
に順に積層成長した下部クラッド層１２、活性層１４、
及び上部クラッド層１６のうち、上部クラッド層１６の
みを選択的にエッチング除去して、サイドグレーティン
グ構造のリッジ型光導波路１８ａを形成し、このリッジ
型光導波路１８ａの両側壁部に設けられた回折格子２０
ａに光吸収層２２ａを付設してもよい。この場合も、上
記実施形態の場合と同様の効果を奏することが可能であ
る。
【００２７】また、上記図１１に示される第４の変形例
におけるサイドグレーティング構造のリッジ型光導波路
１８ａの代わりに、第５の変形例として、例えば図１２
（ａ）、（ｂ）に示されるように、通常のリッジ型光導
波路１８ｂの両側の平坦部に回折格子２０ｂを形成する
場合にも本発明を適用することが可能である。即ち、半
導体基板１０上に、下部クラッド層１２、活性層１４、
及び上部クラッド層１６を順に積層成長した後、上部ク
ラッド層１６のみを選択的にエッチング除去して、リッ
ジ型光導波路１８ｂを形成すると共に、このリッジ型光
導波路１８ｂの両側の平坦部をなす上部クラッド層１６
表面にも回折格子２０ｂを形成する場合においても、こ
のリッジ型光導波路１８ｂの両側の平坦部に設けられた
回折格子２０ｂに光吸収層２２ａを付設することによ
り、上記図１１に示される第４の変形例の場合と同様の
効果を奏することができる。
におけるサイドグレーティング構造のリッジ型光導波路
１８ａの代わりに、第５の変形例として、例えば図１２
（ａ）、（ｂ）に示されるように、通常のリッジ型光導
波路１８ｂの両側の平坦部に回折格子２０ｂを形成する
場合にも本発明を適用することが可能である。即ち、半
導体基板１０上に、下部クラッド層１２、活性層１４、
及び上部クラッド層１６を順に積層成長した後、上部ク
ラッド層１６のみを選択的にエッチング除去して、リッ
ジ型光導波路１８ｂを形成すると共に、このリッジ型光
導波路１８ｂの両側の平坦部をなす上部クラッド層１６
表面にも回折格子２０ｂを形成する場合においても、こ
のリッジ型光導波路１８ｂの両側の平坦部に設けられた
回折格子２０ｂに光吸収層２２ａを付設することによ
り、上記図１１に示される第４の変形例の場合と同様の
効果を奏することができる。
【００２８】また、第６の変形例として、図示は省略す
るが、上記図１１及び図１２に示される構造を組み合わ
せて、リッジ型光導波路１８ａの両側壁部に回折格子２
０ａを設け、両側の平坦部に回折格子２０ｂを設ける場
合に、両方の回折格子２０ａ、２０ｂにそれぞれ光吸収
層２２ａを付設することにより、同様の効果を奏するこ
とができる。
るが、上記図１１及び図１２に示される構造を組み合わ
せて、リッジ型光導波路１８ａの両側壁部に回折格子２
０ａを設け、両側の平坦部に回折格子２０ｂを設ける場
合に、両方の回折格子２０ａ、２０ｂにそれぞれ光吸収
層２２ａを付設することにより、同様の効果を奏するこ
とができる。
【００２９】また、上記実施形態においては、両側壁部
に設けられた回折格子２０に光吸収層２２ａが付設され
ているリッジ型光導波路１８は電気的パッシベーション
膜によって被覆されているが、第７の変形例として、例
えば図１３に示されるように、リッジ型光導波路１８の
両側に所定の半導体層又は誘電体層から成る埋め込み層
２６を形成して、埋め込み型のＤＦＢレーザ素子として
もよい。この場合には、上部電極の形成が容易になると
いった利点がある。
に設けられた回折格子２０に光吸収層２２ａが付設され
ているリッジ型光導波路１８は電気的パッシベーション
膜によって被覆されているが、第７の変形例として、例
えば図１３に示されるように、リッジ型光導波路１８の
両側に所定の半導体層又は誘電体層から成る埋め込み層
２６を形成して、埋め込み型のＤＦＢレーザ素子として
もよい。この場合には、上部電極の形成が容易になると
いった利点がある。
【００３０】また、上記実施形態及び第１〜第７の変形
例においては、リッジ型光導波路１８、１８ａ、１８ｂ
の両側壁部又は平坦部に回折格子２０、２０ａ、２０ｂ
を設け、その回折格子２０、２０ａ、２０ｂに光吸収層
２２ａを付設する場合について説明したが、このような
場合に限定されるものではなく、第８の変形例として、
リッジ型光導波路１８、１８ａ、１８ｂの片側のみの側
壁部又は平坦部に回折格子２０、２０ａ、２０ｂを設
け、その回折格子２０、２０ａ、２０ｂに光吸収層を付
設してもよい。
例においては、リッジ型光導波路１８、１８ａ、１８ｂ
の両側壁部又は平坦部に回折格子２０、２０ａ、２０ｂ
を設け、その回折格子２０、２０ａ、２０ｂに光吸収層
２２ａを付設する場合について説明したが、このような
場合に限定されるものではなく、第８の変形例として、
リッジ型光導波路１８、１８ａ、１８ｂの片側のみの側
壁部又は平坦部に回折格子２０、２０ａ、２０ｂを設
け、その回折格子２０、２０ａ、２０ｂに光吸収層を付
設してもよい。
【００３１】更に、本発明は上記実施形態及び第１〜第
８の変形例に例示したように、活性導波路の延在方向に
沿った全部に回折格子が設けられたＤＦＢレーザ素子の
場合に限定されるものではなく、その活性導波路以外の
受動導波路に回折格子が設けられたＤＢＲレーザ素子を
含め、活性導波路又は受動導波路の少なくとも一部にサ
イドグレーティング構造を設ける半導体レーザ素子であ
れば、全ての場合において、サイドグレーティング構造
をなす回折格子に光吸収層を付設するという本発明を適
用することが可能である。
８の変形例に例示したように、活性導波路の延在方向に
沿った全部に回折格子が設けられたＤＦＢレーザ素子の
場合に限定されるものではなく、その活性導波路以外の
受動導波路に回折格子が設けられたＤＢＲレーザ素子を
含め、活性導波路又は受動導波路の少なくとも一部にサ
イドグレーティング構造を設ける半導体レーザ素子であ
れば、全ての場合において、サイドグレーティング構造
をなす回折格子に光吸収層を付設するという本発明を適
用することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る半導体レーザ素子によれば、リッジ型光導波路の側
部に一体形成されている回折格子の外側表面に光吸収層
が所定の厚さをもって付設されていることにより、この
サイドグレーティング構造のリッジ型光導波路における
所定の波長の導波光の高次モードを１次モードよりも多
く光吸収層によって吸収することが可能になるため、高
次モード発振を制御性よく且つ再現性よく抑制して、単
一モード性を大幅に向上することができる。
係る半導体レーザ素子によれば、リッジ型光導波路の側
部に一体形成されている回折格子の外側表面に光吸収層
が所定の厚さをもって付設されていることにより、この
サイドグレーティング構造のリッジ型光導波路における
所定の波長の導波光の高次モードを１次モードよりも多
く光吸収層によって吸収することが可能になるため、高
次モード発振を制御性よく且つ再現性よく抑制して、単
一モード性を大幅に向上することができる。
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るＤＦＢレー
ザ素子の一例を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤＦ
Ｂレーザ素子のサイドグレーティング部を拡大して示す
Ａ−Ａ線断面図である。
ザ素子の一例を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤＦ
Ｂレーザ素子のサイドグレーティング部を拡大して示す
Ａ−Ａ線断面図である。
【図２】図１のＤＦＢレーザ素子の製造方法を説明する
ための工程斜視図（その１）である。
ための工程斜視図（その１）である。
【図３】図１のＤＦＢレーザ素子の製造方法を説明する
ための工程斜視図（その２）である。
ための工程斜視図（その２）である。
【図４】図１のＤＦＢレーザ素子の製造方法を説明する
ための工程斜視図（その３）である。
ための工程斜視図（その３）である。
【図５】図１のＤＦＢレーザ素子の製造方法を説明する
ための工程斜視図（その４）である。
ための工程斜視図（その４）である。
【図６】図１のＤＦＢレーザ素子の発振スペクトル特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図７】図１のＤＦＢレーザ素子のファーフィールドパ
ターン特性を示すグラフである。
ターン特性を示すグラフである。
【図８】図１のＤＦＢレーザ素子の第１の変形例に係る
サイドグレーティング部を示す断面図であって、上記図
１（ｂ）に対応するものである。
サイドグレーティング部を示す断面図であって、上記図
１（ｂ）に対応するものである。
【図９】図１のＤＦＢレーザ素子の第２の変形例に係る
サイドグレーティング部を示す断面図であって、上記図
１（ｂ）に対応するものである。
サイドグレーティング部を示す断面図であって、上記図
１（ｂ）に対応するものである。
【図１０】図１のＤＦＢレーザ素子の第３の変形例に係
るサイドグレーティング部を示す断面図であって、上記
図１（ｂ）に対応するものである。
るサイドグレーティング部を示す断面図であって、上記
図１（ｂ）に対応するものである。
【図１１】図１のＤＦＢレーザ素子の第４の変形例に係
るＤＦＢレーザ素子を示す概略斜視図である。
るＤＦＢレーザ素子を示す概略斜視図である。
【図１２】（ａ）は図１のＤＦＢレーザ素子の第５の変
形例に係るＤＦＢレーザ素子を示す概略斜視図、（ｂ）
は（ａ）のＤＦＢレーザ素子のサイドグレーティング部
を拡大して示す側面図である。
形例に係るＤＦＢレーザ素子を示す概略斜視図、（ｂ）
は（ａ）のＤＦＢレーザ素子のサイドグレーティング部
を拡大して示す側面図である。
【図１３】図１のＤＦＢレーザ素子の第７の変形例に係
るＤＦＢレーザ素子を示す概略斜視図である。
るＤＦＢレーザ素子を示す概略斜視図である。
１０ 半導体基板
１２ 下部クラッド層
１４ 活性層
１６ 上部クラッド層
１８、１８ａ、１８ｂ サイドグレーティング構造
のリッジ型光導波路 ２０、２０ａ、２０ｂ 回折格子 ２２ ＩｎＧａＡｓ層 ２２ａ 光吸収層 ２２ｂ コンタクト層 ２４ ストライプ及び回折格子兼用パターン ２６ 埋め込み層
のリッジ型光導波路 ２０、２０ａ、２０ｂ 回折格子 ２２ ＩｎＧａＡｓ層 ２２ａ 光吸収層 ２２ｂ コンタクト層 ２４ ストライプ及び回折格子兼用パターン ２６ 埋め込み層
Claims (7)
- 【請求項１】 側部に回折格子が一体形成されているリ
ッジ型光導波路を有する半導体レーザ素子であって、 前記回折格子の外側表面に、所定の波長の光に対して吸
収性をもつ光吸収層が所定の厚さをもって付設されてい
ることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記回折格子が一体形成されているリッ
ジ型光導波路の側部が、前記リッジ型光導波路自体の側
壁部の片側又は両側である、請求項１記載の半導体レー
ザ素子。 - 【請求項３】 前記回折格子が一体形成されているリッ
ジ型光導波路の側部が、前記リッジ型光導波路の両側に
広がる半導体層からなる平坦部の片側又は両側である、
請求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記回折格子が、前記リッジ型光導波路
の延在方向に沿った一部又は全部に一体形成されてい
る、請求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記回折格子の外側表面が、凹凸形状を
なしており、 前記光吸収層が、前記回折格子の外側表面の凹部及び／
又は凸部を被覆している、請求項１記載の半導体レーザ
素子。 - 【請求項６】 前記光吸収層が、半導体又は金属からな
る、請求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 前記リッジ型光導波路の両側に、半導体
又は誘電体からなる埋め込み層が形成されている、請求
項１記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001343810A JP2003152273A (ja) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001343810A JP2003152273A (ja) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003152273A true JP2003152273A (ja) | 2003-05-23 |
Family
ID=19157430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001343810A Pending JP2003152273A (ja) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003152273A (ja) |
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- 2001-11-08 JP JP2001343810A patent/JP2003152273A/ja active Pending
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