JP2003332690A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JP2003332690A
JP2003332690A JP2002139105A JP2002139105A JP2003332690A JP 2003332690 A JP2003332690 A JP 2003332690A JP 2002139105 A JP2002139105 A JP 2002139105A JP 2002139105 A JP2002139105 A JP 2002139105A JP 2003332690 A JP2003332690 A JP 2003332690A
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JP
Japan
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semiconductor laser
face
groove
layer
ridge
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JP2002139105A
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English (en)
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Tatsuya Takeshita
達也 竹下
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NTT Electronics Corp
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NTT Electronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーク電流を抑制し横モードの安定性を高め
た高出力のリッジ導波路型の半導体レーザを提供するこ
と。 【解決手段】 キャップ層107と第2のクラッド層1
05に、半導体レーザの端面の法線方向に形成された少
なくとも1つの溝を有する溝領域を設けてリッジ領域を
形成し、このリッジ領域を挟む両サイドの溝領域の少な
くとも一方を、半導体レーザの端面からの距離に応じて
異なる複数の溝で構成することとした。また、この溝
を、半導体レーザの端面付近で浅く形成するようにし、
さらに、半導体レーザの端面には、リッジ領域を設けな
い構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、より詳細には、リーク電流を抑制し横モードの安定
性を高めた高出力のリッジ導波路型の半導体レーザに関
する。
【0002】
【従来の技術】光通信における波長分割多重(WDM:
Wavelength−Division Multi
plexing)システムは、複数の異なる波長の半導
体レーザ光を光結合器を介して1本の光ファイバに導く
ことで大容量の高速光伝送を行う通信システムであり、
このWDM光伝送システムでは、信号光の増幅のために
エルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA:Erubi
um−Doped Fiber Amplifier)
が用いられる。
【0003】近年のEDFAは、増幅度の波長依存性も
小さくなり、従来のCバンドに加え、LバンドやSバン
ドを利用することも可能となっており、広帯域のWDM
(DWDM:Dense Wavelength−Di
vision Multiplexing)システムの
構築も進められてきている。
【0004】典型的な長距離光伝送の中継器の1つが高
出力EDFAであり、この増幅器では、初段において低
雑音指数となる980nm励起光源を用いた光信号増幅
を行い、後段において高効率かつ低価格の1480nm
励起光源を用いた光信号増幅を行うことで光信号増幅が
なされる。このような高出力EDFAは、光信号を分配
する前に光信号強度を高めるポストアンプとしても利用
されており、さらなる高出力のEDFAを実現するため
に励起光源の高出力化が求められている。
【0005】EDFAに備えられる励起光源としては半
導体レーザが用いられるが、980nm励起光源はIn
GaAs/GaAs歪量子井戸構造を有しておりそのク
ラッド層にはAl混晶が用いられるため、レーザの動作
に伴ってクラッド層または量子井戸層と再成長結晶界面
に結晶欠陥または転位等が成長しレーザ特性の劣化が生
じやすい。このため、半導体レーザ構造としてはリッジ
導波路型が採用されるのが一般的である。
【0006】図3は、リッジ導波路型高出力InGaA
s/GaAs歪量子井戸レーザの従来の構造を説明する
ための図で、図3(a)は上面図、図3(b)は図3
(a)のA−A´における断面図である。
【0007】図3(b)中、301は歪量子井戸活性層
(InGaAs)、302は第1の光ガイド層(Al
Ga1−xAs)、303は第2の光ガイド層(Al
Ga 1−xAs)、304は第1のクラッド層(n−A
Ga1−yAs)、305は第2のクラッド層(p
−AlGa1−yAs)、306はバッファ層(n−
GaAs)、307はキャップ層(p−GaAs)、
308は基板(n−GaAs)、309は絶縁膜(窒化
シリコン膜)、310はn電極(AuGeNi/Ti/
Pt/Au)、311はp電極(AuZnNi/Ti/
Pt/Au)である。なお、y>xである。
【0008】また、この歪量子井戸レーザは図3(a)
に示すように、高出力化のために、光出射側の端面には
低反射膜312を、反対側の端面には高反射膜313が
コーティングされており、レーザ光はリッジ導波路サイ
ドの溝315と316に囲まれたリッジ導波路314を
中心に導波して低反射膜312がコーティングされた端
面から高出力レーザ光が出射される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなリッジ導波路型の半導体レーザは、導波路埋込型の
半導体レーザに比較してリッジ領域の放熱効率が低く接
合温度の点で不利であり、リッジの深さを浅くして放熱
効率を高くすると、リーク電流が増大するために閾値電
流が増大し、さらに、利得導波モードが強くなって横モ
ードが不安定になるという問題があった。
【0010】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、リーク電流を抑制
し横モードの安定性を高めた高出力のリッジ導波路型の
半導体レーザを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項1に記載の発明は、第1の
光ガイド層と活性層と第2の光ガイド層とを積層して構
成した光導波路と、当該光導波路の積層方向の下面およ
び上面に設けられた第1および第2のクラッド層と、当
該第2のクラッド層上に積層されたキャップ層とを備え
る半導体レーザであって、前記キャップ層と前記第2の
クラッド層には、前記半導体レーザの端面の法線方向に
形成された少なくとも1つの溝を有する2つの溝領域に
よってリッジ領域が設けられており、当該リッジ領域を
挟む両サイドの溝領域の少なくとも一方は、前記リッジ
領域が延在する方向に連なる複数の溝から構成されてい
ることを特徴とする。
【0012】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の半導体レーザにおいて、前記溝の深さが、前記
半導体レーザの端面からの距離に応じて異なることを特
徴とする。
【0013】また、請求項3に記載の発明は、請求項2
に記載の半導体レーザにおいて、前記溝は、前記半導体
レーザの端面付近で浅く形成されていることを特徴とす
る。
【0014】さらに、請求項4に記載の発明は、請求項
1乃至3のいずれかに記載の半導体レーザにおいて、前
記半導体レーザの端面には、前記リッジ領域を設けられ
ていないことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
【0016】図1は、本発明のリッジ導波路型の高出力
半導体レーザの構造を説明するための図で、図1(a)
は上面図、図1(b)は図1(a)のA−A´における
断面図、図1(c)は図1(a)のB−B´における断
面図である。
【0017】この半導体レーザは、基板108(n−G
aAs)上に、バッファ層106(n−GaAs)と第
1のクラッド層104(n−AlGa1−yAs)を
積層し、その上に、歪量子井戸活性層101(InGa
As)を第1の光ガイド層102(AlGa1−x
s)と第2の光ガイド層(AlGa1−xAs)10
3で挟み込んで設け、第2の光ガイド層(AlGa
1−xAs)103の上に、さらに、第2のクラッド層
105(p−AlGa1−yAs)とキャップ層10
7(p−GaAs)と絶縁膜109(窒化シリコン
膜)とp電極111(AuZnNi/Ti/Pt/A
u)とが積層されている。また、基板108の裏面には
n電極110(AuGeNi/Ti/Pt/Au)が設
けられている。なお、ここで、y>xである。
【0018】また、この半導体レーザは図1(a)に示
すように、光出射側の端面には反射率2%の低反射膜1
12を、反対側の端面には反射率80%の高反射膜11
3がコーティングされており、レーザ光は波線状のリッ
ジ導波路サイド115と116とで囲まれたリッジ導波
路114を中心に導波して低反射膜112がコーティン
グされた端面から高出力レーザ光が出射される。なお、
この半導体レーザの素子長は1.2mmであり、波線状
のリッジ導波路サイド115と116はドライエッチン
グにより溝を形成して作製したものである。
【0019】すなわち、この半導体レーザは、第1の光
ガイド層102と活性層101と第2の光ガイド層10
3とを積層して光導波路を構成し、光ガイド層103の
上に設けたキャップ層107と第2のクラッド層105
に半導体レーザの端面の法線方向に連なる複数の溝から
なる波線状のリッジ導波路サイド115と116を形成
し、この溝と溝に挟まれるリッジ領域からの放熱効率を
向上させることとしたものである。
【0020】なお、図1では、リッジ導波路114の両
サイドに複数の溝からなる溝領域(すなわち、波線状の
リッジ導波路サイド115および116)を形成するこ
ととしているが、何れか一方のリッジ導波路サイドのみ
を波線状のリッジ導波路サイドとし、他方を単一の溝か
らなる直線状のリッジ導波路サイドとすることとしても
よい。
【0021】また、半導体レーザの発熱量はその端面か
らの距離によって異なってくるため、放熱量と発熱量と
のバランスをとるために、形成する溝の深さを半導体レ
ーザの端面からの距離に応じて異なることとしてもよ
い。この場合、端面付近での発熱量は比較的大きくなり
やすいため半導体レーザの端面付近の溝を浅く形成して
放熱効率を高めることが好ましい。
【0022】さらに、半導体レーザの端面には高密度の
表面準位が存在し、この準位を介して非発光再結合電流
が流れることが知られており、これにより、端面近傍の
注入キャリア密度はレーザ内部に比較して低くなり光吸
収が生じる。この光吸収は端面近傍の半導体温度を上昇
させてバンドギャップを縮小させるため、レーザの端面
近傍では光吸収による発熱が生じ易い。レーザの端面が
リッジ加工されている場合には放熱が空気によってブロ
ックされるため、端面がリッジ加工されていないレーザ
に比べて放熱効率が低くなる。従って、レーザの端面に
はリッジ加工を施さない構造とすることが好ましい。
【0023】図2は、図1に示した構造の半導体レーザ
の出力特性を図3に示した従来構造の半導体レーザの出
力特性と比較した図で、本発明の半導体レーザの光出力
は、駆動電流500mA程度までは従来構造の半導体レ
ーザの光出力と同程度でありその閾値電流もほぼ同じ値
を示しているが、500mA以上の駆動電流を流した状
態で従来構造の半導体レーザに比較して高い光出力が得
られる。これは、本発明の半導体レーザの接合温度が従
来構造の半導体レーザの接合温度に比べて低くなってい
ることに起因するものと解釈される。なお、本発明の半
導体レーザの横モードは300mWまで単一横モードで
安定しており、利得導波路構造の素子のような横モード
の不安定さは認められなかった。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、リ
ッジ導波路サイドの溝を波線状に形成することとしたの
で、溝を有しないリッジ導波路サイド領域から有効に放
熱させることが可能となり、リーク電流を抑制し横モー
ドの安定性を高めた高出力のリッジ導波路型の半導体レ
ーザを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリッジ導波路型の高出力半導体レーザ
の構造を説明するための図で、(a)は上面図、(b)
は(a)のA−A´における断面図、(c)は(a)の
B−B´における断面図である。
【図2】図1に示した構造の半導体レーザの出力特性を
図3に示した従来構造の半導体レーザの出力特性と比較
した図である。
【図3】リッジ導波路型高出力InGaAs/GaAs
歪量子井戸レーザの従来の構造を説明するための図で、
(a)は上面図、(b)は(a)のA−A´における断
面図である。
【符号の説明】
101、301 歪量子井戸活性層 102、302 第1の光ガイド層 103、303 第2の光ガイド層 104、304 第1のクラッド層 105、305 第2のクラッド層 106、306 バッファ層 107、307 キャップ層 108、308 基板 109、309 絶縁膜 110、310 n電極 111、311 p電極 112、312 低反射膜 113、313 高反射膜 114、314 リッジ導波路 115、116、315、316 リッジ導波路サイド

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の光ガイド層と活性層と第2の光ガ
    イド層とを積層して構成した光導波路と、当該光導波路
    の積層方向の下面および上面に設けられた第1および第
    2のクラッド層と、当該第2のクラッド層上に積層され
    たキャップ層とを備える半導体レーザであって、 前記キャップ層と前記第2のクラッド層には、前記半導
    体レーザの端面の法線方向に形成された少なくとも1つ
    の溝を有する2つの溝領域によってリッジ領域が設けら
    れており、 当該リッジ領域を挟む両サイドの溝領域の少なくとも一
    方は、前記リッジ領域が延在する方向に連なる複数の溝
    から構成されていることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 前記溝の深さが、前記半導体レーザの端
    面からの距離に応じて異なることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 前記溝は、前記半導体レーザの端面付近
    で浅く形成されていることを特徴とする請求項2に記載
    の半導体レーザ。
  4. 【請求項4】 前記半導体レーザの端面には、前記リッ
    ジ領域を設けられていないことを特徴とする請求項1乃
    至3のいずれかに記載の半導体レーザ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013509696A (ja) * 2009-10-30 2013-03-14 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 端面発光型半導体レーザ

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