JP2006245136A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006245136A JP2006245136A JP2005056518A JP2005056518A JP2006245136A JP 2006245136 A JP2006245136 A JP 2006245136A JP 2005056518 A JP2005056518 A JP 2005056518A JP 2005056518 A JP2005056518 A JP 2005056518A JP 2006245136 A JP2006245136 A JP 2006245136A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- active layer
- cladding layer
- region
- lower cladding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 75
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 75
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 31
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 12
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 17
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150050733 Gnas gene Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/14—Semiconductor lasers with special structural design for lasing in a specific polarisation mode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0207—Substrates having a special shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation
- H01S5/3404—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation influencing the polarisation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Geometry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
【課題】 偏波依存性を低減可能であり、且つ製造容易な半導体光素子を提供する。
【解決手段】 本発明の一実施形態に係る半導体光素子は、半導体基板の一方の主面側に、下部クラッド層、上部クラッド層、及びバルク構造の活性層を有している。活性層は、下部クラッド層と上部クラッド層の間に設けられている。下部クラッド層は、所定方向に交差する第１の面と、複数の凸部を有している。第１の面は、光の導波方向に延びる第１の領域と第２の領域とを交互に有している。凸部は第２の領域に支持されている。凸部は、所定方向に交差する第２の面と、第２の面の縁から所定方向に延びる第３の面とを有している。活性層は、第１の領域、第２の面、及び第３の面に沿うように設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明の一実施形態に係る半導体光素子は、半導体基板の一方の主面側に、下部クラッド層、上部クラッド層、及びバルク構造の活性層を有している。活性層は、下部クラッド層と上部クラッド層の間に設けられている。下部クラッド層は、所定方向に交差する第１の面と、複数の凸部を有している。第１の面は、光の導波方向に延びる第１の領域と第２の領域とを交互に有している。凸部は第２の領域に支持されている。凸部は、所定方向に交差する第２の面と、第２の面の縁から所定方向に延びる第３の面とを有している。活性層は、第１の領域、第２の面、及び第３の面に沿うように設けられている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、半導体光素子に関するものである。
半導体光素子には、上下のクラッド層間にバルク構造の活性層が設けられているタイプのものがある。このタイプの従来の半導体光素子として、増幅特性の偏波依存性を低減するために、活性層がメサ状とされ、当該活性層の光の導波方向に交差する断面形状が正方形状になるように設計された半導体光増幅素子が知られている。かかるタイプの半導体光増幅素子は、例えば、T. Ito et al., OECC'97, PDP101, pp2-3,1997. に開示されている。
T. Ito etal., OECC'97, PDP101, pp2-3, 1997.
T. Ito etal., OECC'97, PDP101, pp2-3, 1997.
ところで、上述した従来の半導体光増幅素子の活性層は、当該活性層に対する加工ダメージが少ないウェットエッチングによってメサ状に加工される場合が多い。
しかしながら、ウェットエッチングは等方性のエッチングであるので、活性層にサイドエッチが加わる。したがって、活性層の側面形状を正方形状に加工することが困難であった。その結果、ＴＥモードの増幅特性とＴＭモードの増幅特性との差が大きくなり、半導体光増幅素子の偏波依存性を低減することが困難であった。したがって、従来構造では、偏波依存性を低減した半導体光増幅素子を歩留り良く製造することが困難であった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、偏波依存性を低減可能であり、且つ製造容易な半導体光素子を提供することを目的としている
本発明の半導体光素子は、半導体基板と、第１の導電型の下部クラッド層と、第２導電型の上部クラッド層と、バルク構造の活性層とを備えている。半導体基板は、所定方向に交差する主面を有する。下部クラッド層及び上部クラッド層は、半導体基板の主面側において、所定方向に順に設けられている。活性層は、下部クラッド層と上部クラッド層の間に設けられている。下部クラッド層は、第１の面と凸部を有している。第１の面は、所定方向に交差する面である。第１の面は、活性層での光の導波方向に延びる第１の領域及び第２の領域を、所定方向及び導波方向に交差する方向に交互に有している。凸部は、第２の領域に支持されている。凸部は、第２の面と第３の面とを有している。第２の面は所定方向に交差する別の面に沿っている。第３の面は、所定方向に第２の面の縁から第１の面側に延びている。活性層は、第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を有している。第１の部分は第１の領域に沿うように設けられている。第２の部分は第２の面に沿うように設けられている。第３の部分は、第３の面に沿うように設けられている。
この半導体光素子では、下部クラッド層が、第１の領域と凸部とを交互に有している。即ち、下部クラッド層は、凹凸面を提供している。また、活性層は、この第１の領域に沿うように設けられた部分（第１の部分）と、凸部に沿うように設けられた部分（第２の部分及び第３の部分）とを交互に有している。即ち、活性層は、凹凸状になっている。したがって、この半導体光素子は、ＴＥモードの増幅利得が大きい部分とＴＭモードの増幅利得が大きい部分とを交互に有することによって、偏波依存性が低減できる構造になっている。
また、この半導体光素子では、下部クラッド層が提供する凹凸面に沿って活性層を成長させることができるので、エッチングによることなく活性層を形成することができる。この場合に、第１の領域上に成長させる第１の部分、第２の面上に成長させる第２の部分、及び、第３の面（即ち、側面）上に成長させる第３の部分とでは、成長速度の差により層厚に差が生じる。しかしながら、バルク構造の活性層では、増幅利得の層厚に対する依存性が小さいので、層厚が変動しても利得特性は殆ど変わらない。したがって、活性層の層厚のバラツキは無視でき、偏波依存性低減のためには、光の導波方向と直交する活性層の凹凸断面における第１〜第３の部分の領域長の比率のみを考慮して設計すればよいため、この半導体光素子は、製造が容易である。
上述した半導体光素子においては、活性層が、圧縮歪み及び引っ張り歪みの一方を受けていてもよい。この場合には、格子整合の制約が無くなるので、使用可能な材料組成の選択範囲が広がり、より広範な波長帯の信号光を増幅することが出来るようになる。したがって、無歪の場合に比べて設計の自由度が増し、構造最適化がより容易になるという利点がある。
上述した半導体光素子においては、活性層と下部クラッド層との間に第１の光閉じ込め層が設けられており、活性層と上部クラッド層との間に第２の光閉じ込め層が設けられていることが好適である。この第１の光閉じ込め層は、活性層のバンドギャップエネルギーと下部クラッド層のバンドギャップエネルギーの間のバンドギャップエネルギーを有し、且つ、活性層の屈折率と下部クラッド層の屈折率との間の屈折率を有する。第２の光閉じ込め層は、活性層のバンドギャップエネルギーと上部クラッド層のバンドギャップエネルギーの間のバンドギャップエネルギーを有し、且つ、活性層の屈折率と上部クラッド層の屈折率との間の屈折率を有する。
この構成によれば、キャリアが、第１及び第２の光閉じ込め層を介して上下のクラッド層から活性層へより効率良く注入される。また、活性層において発生された光を、活性層内により効率良く閉じ込めることができる。これによって活性層への光閉じ込め係数を増大することができるので、閾値電流の低減、温度特性の向上等、発振特性の改善が得られる。
上述した半導体光素子においては、半導体基板の主面と第１の面との間の距離は、半導体基板の主面と第２の面との距離より小さくなっており、第１の面と凸部との間には、下部クラッド層のエッチングレートより低いエッチングレートを有するエッチング停止層が設けられていることが好適である。この構成によれば、凸部をエッチングによって形成する場合に、凸部の高さ（所定方向における長さ）の再現性、及び均一性を向上することができる。エッチングには、通常加工ダメージの小さいウェットエッチングが用いられるが、高精度の加工が必要な場合にはドライエッチングを用いてもよい。エッチング方法の違いに応じて、最適なエッチング停止層を適宜選択する必要がある。
本発明によれば、偏波依存性を低減可能であり、且つ製造容易な半導体光素子が提供される。
以下、図面を参照して本発明の半導体光素子の好適な実施形態である半導体光増幅素子について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体光増幅素子の一部破断斜視図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体光増幅素子の断面図である。
図１及び図２に示す半導体光増幅素子１０は、半導体基板１２と、下部クラッド層１４と、活性層１６と、上部クラッド層１８とを備えている。
半導体基板１２は、第１導電型の半導体基板であり、所定方向（図１に示すＺ方向）に交差する主面１２ａ及び主面１２ｂを有している。半導体基板１２としては、例えばｎ型のＧａＡｓ基板が例示される。
半導体基板１２の一方の主面１２ａ側には、下部クラッド層１４、活性層１６、及び上部クラッド層１８が順に設けられている。他方の主面１２ｂには、下部電極２０が設けられている。下部電極２０は、例えば、ＡｕＧｅＮｉからなる。半導体基板１２は、後述する下部クラッド層１４と同じ導電型の不純物を高濃度にドーピングされており、下部電極２０とオーミックコンタクトを形成している。
半導体基板１２の主面１２ａ上には、下部クラッド層１４が、設けられている。下部クラッド層１４は、第１導電型（本実施形態ではｎ型）のクラッド層である。下部クラッド層１４は、第１の面１４ａと複数の凸部１４ｂとを有している。第１の面１４ａは所定方向に交差する面に沿って設けられている。第１の面１４ａは、第１の領域１４ｃ及び第２の領域１４ｄを、所定方向及び活性層１６での光の導波方向（図１に示すＹ方向）に交差する方向（図１に示すＸ方向）に交互に有している。第１の領域１４ｃ及び第２の領域１４ｄは、上記導波方向に延びている。
この第２の領域１４ｄ上に、凸部１４ｂが設けられている。凸部１４ｂは、第２の面１４ｅと一対の第３の面１４ｆを有している。第２の面１４ｅは、所定方向に交差する別の面に沿って設けられている。本実施の形態では、半導体基板１２の主面１２ａと第１の面１４ａの間の距離が、半導体基板１２の主面１２ａと第２の面１４ｅの間の距離より小さくなっている。第３の面１４ｆは、凸部１４ｂの側面を構成しており、所定方向に第２の面１４ｅの縁から第１の面１４ａ側に延びている。
かかる構造の下部クラッド層１４は、例えば、第２の面１４ｅの高さまで、層を成長させた後、第２の面１４ｅとなるべき領域の上にマスクを設けて、凸部１４ｂの所定方向における長さに応じた深さまで当該層のエッチングを行なうことによって、形成することができる。
この下部クラッド層１４は、例えば、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓを含むことができる。また、下部クラッド層１４には、第１導電型の不純物として、例えば、Ｓｉがドーピングされている。なお、下部クラッド層１４が、Ａｌを含まないＧａＩｎＰ、又はＧａＩｎＡｓＰによって構成されていることが好ましい。この場合には、下部クラッド層１４の酸化が低減される。その結果、酸化に起因する非発光センター等の増殖が抑制される。さらに、下部クラッド層１４上に活性層１６を結晶性良く成長させることができる。したがって、クラッド酸化に起因する欠陥増殖や結晶性の悪化を排除でき、素子特性や製造歩留り、及び信頼性を大幅に向上することが可能となる。
この下部クラッド層１４上には、活性層１６を介して、上部クラッド層１８が設けられている。上部クラッド層１８は、第２導電型（本実施形態ではＰ型）のクラッド層である。上部クラッド層１８は、例えば、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓを含むことができる。また、上部クラッド層１８には、第２導電型の不純物として、例えば、Ｚｎ又はカーボンがドーピングされている。
この半導体光増幅素子１０では、電流狭窄構造として、リッジストライプ構造が採用されている。即ち、上部クラッド層１８は、上記の導波方向に延びるリッジを有している。このリッジの側面、及びリッジの周囲の面にＳｉＮ膜２２が設けられており、リッジの上面には、第２導電型（Ｐ型）のコンタクト層２４が設けられている。さらに、コンタクト層２４及びＳｉＮ膜２２上には、上部電極２６が設けられている。
この上部電極２６は、例えば、ＴｉＰｔＡｕによって構成されている。また、コンタクト層２４は、例えば、ＧａＡｓによって構成されている。このコンタクト層２４には、上部クラッド層１８と同じ導電型の不純物が高濃度にドーピングされている。これによって、コンタクト層２４は、上部電極２６とオーミックコンタクトを形成している。
この半導体光増幅素子１０では、導波方向における一端面及び他端面に、低反射膜２８が設けられている。この低反射膜２８は、端面反射を低減して、レーザ発振を抑制し、増幅器としての動作を可能とするためのものである。低反射膜２８としては、窒化膜が例示される。
活性層１６は、下部クラッド層１４と上部クラッド層１８の間に設けられている。活性層１６は、バルク構造を有しており、例えば無歪、即ち、半導体基板１２に格子整合する任意の材料を用いることができる。当該材料としては、ＧａＩｎＮＡｓが例示される。
この活性層１６は、第１の部分１６ａ、第２の部分１６ｂ、及び第３の部分１６ｃを有している。第１の部分１６ａは、下部クラッド層１４の第１の領域１４ｃに沿うように設けられており、第２の部分１６ｂは、凸部１４ｂの第２の面１４ｅに沿うように設けられている。さらに、第３の部分１６ｃは、凸部１４ｂの第３の面１４ｆに沿うように設けられている。即ち、活性層１６は、凹凸状になっており、ＴＥモードの増幅利得が高い部分とＴＭモードの増幅利得が高い部分が交互に設けられた構造になっている。また、この活性層１６では、ＴＥモードの増幅利得とＴＭモードの増幅利得とが等しくなるように、第１の部分１６ａ、第２の部分１６ｂ、及び第３の部分１６ｃの領域長が設定されている。例えば、第１の部分１６ａの領域長（図１に示すＸ方向の長さ）は、０．１〜０．５μｍであり、第２の部分１６ｂの領域長（図１に示すＸ方向の長さ）は、０．１〜０．５μｍであり、第３の部分１６ｂの領域長（図１に示すＺ方向の長さ）は、０．１〜０．５μｍである。各領域長は、凹凸形状に応じて、ＴＥモードの増幅利得とＴＭモードの増幅利得が等しくなるように、適宜決定される。例えば、凹部１４ｂが図２に示すような矩形形状である場合は、第１の部分１６ａの領域長の総和と第２の部分１６ｂの領域長の総和とを足した長さが、第３の部分１６ｃの領域長の総和と同等であるようにすれば、ＴＥモードとＴＭモーとの利得を同等にできる。
この半導体光増幅素子１０によれば、ＴＥモードの増幅利得とＴＭモードの増幅利得とが等しくなるように、第１の部分１６ａ、第２の部分１６ｂ、及び第３の部分１６ｃの領域長が設定されているので、偏波依存性が低減されている。
また、この半導体光増幅素子１０では、下部クラッド層１４が提供する第１の領域１４ｃ及び凸部１４ｂ、すなわち凹凸面に沿って、活性層１６を成長させることができる。例えば、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）やＯＭＶＰＥ（Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy）によって、活性層１６を成長させることが可能である。したがって、エッチングによることなく活性層１６を形成することができる。この場合に、第１の領域１４ｃ上に成長させる第１の部分１６ａ、第２の面１４ｅ上に成長させる第２の部分１６ｂと、第３の面１４ｆ（即ち、側面）上に成長させる第３の部分１６ｃとでは、成長速度の差により層厚に差が生じる。しかしながら、バルク構造の活性層１６は、増幅利得の層厚に対する依存性が小さいので、層厚が変動しても利得特性は殆ど変わらない。したがって、活性層の層厚のバラツキを無視することができ、偏波依存性低減のためには、図２に示される光の導波方向と直交する活性層の凹凸断面における第１〜第３の部分の領域長Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の比率のみを考慮して設計すればよいので、この半導体光増幅素子１０は、容易に製造が可能である。具体的には、例えば、凸部１４ｂが図２に示すような矩形形状である場合には、凹凸断面における第１の部分１６ａの領域長Ｗ１の総和と第２の部分１６ｂの領域長Ｗ２の総和とを足した長さが、第３の部分１６ｃの領域長Ｗ３の総和と同等であるようにすれば、ＴＥモードとＴＭモードの利得が同等になり、利得の偏波依存性を効果的に低減することができる。
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る半導体光増幅素子について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態の半導体光増幅素子の断面図である。図３に示す半導体光増幅素子１０Ｂは、以下に説明する点を除いて、上述の半導体光増幅素子１０と同様の構成を有する。
まず、半導体光増幅素子１０Ｂは、下部クラッド層１４と活性層１６との間に第１の光閉じ込め層３２を有しており、上部クラッド層１８と活性層１６との間に第２の光閉じ込め層３４を有している。
第１の光閉じ込め層３２は、下部クラッド層１４のバンドギャップエネルギーと活性層１６のバンドギャップエネルギーの間のバンドギャップエネルギーを有し、下部クラッド層１４の屈折率と活性層１６の屈折率の間の屈折率を有する。
第２の光閉じ込め層３４は、上部クラッド層１８のバンドギャップエネルギーと活性層１６のバンドギャップエネルギーの間のバンドギャップエネルギーを有し、上部クラッド層１８の屈折率と活性層１６の屈折率の間の屈折率を有する。
下部クラッド層１４及び上部クラッド層１８が、ＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＡｓＰを含む場合には、第１の光閉じ込め層３２及び第２の光閉じ込め層３４には、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、又はＧａＩｎＡｓＰを用いることができる。下部クラッド層１４及び上部クラッド層１８が、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＡｓを含む場合には、第１の光閉じ込め層３２及び第２の光閉じ込め層３４には、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、又はＧａＩｎＰを用いることができる。なお、第１の光閉じ込め層３２及び第２の光閉じ込め層３４も、上述した材料のうち、Ａｌを含まない材料から構成されていることが好ましい。
第１の光閉じ込め層３２及び第２の光閉じ込め層３４によれば、クラッド層から活性層１６に向かって順にバンドギャップが低くなる。したがって、クラッド層１４及び１８からのキャリアは、第１の光閉じ込め層３２及び第２の光閉じ込め層３４によってトラップされることなく、活性層１６へ効率良く注入される。また、活性層１６に注入されたキャリアは、第１の光閉じ込め層３２と活性層１６との間に形成される接合電位、第２の光閉じ込め層３４と活性層１６との間に形成される接合電位によって、活性層１６内に閉じ込められる。
さらに、第１の光閉じ込め層３２及び第２の光閉じ込め層３４によれば、活性層１６に発生した光は、光閉じ込め層が無い場合に比べてより強く、活性層１６内に閉じ込められる。したがって、活性層１６への光閉じ込め係数を増大することができるので、閾値電流の低減、温度特性の向上等、発振特性の改善が得られる。
この半導体光増幅素子１０Ｂは、下部クラッド層１４の第１の面１４ａと凸部１４ｂとの間に、下部クラッド層１４のエッチングに対するエッチング停止層３６を有している。エッチング停止層３６には、下部クラッド層１４の材料よりエッチングレートが小さい材料を用いることができる。
下部クラッド層１４にＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰを用いる場合に、エッチング停止層３６には、下部クラッド層１４と同じ導電型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ，又はＧａＩｎＡｓＰを用いることができる。この場合には、例えば塩酸系エッチャントを用いることによって、エッチング停止層３６のエッチングレートを下部クラッド層１４のエッチングレートより小さくすることができる。
また、下部クラッド層１４にＡｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＡｓＰを用いる場合に、エッチング停止層３６には、下部クラッド層１４と同じ導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰを用いることができる。この場合には、例えば燐酸系エッチャントを用いることによって、エッチング停止層３６のエッチングレートを下部クラッド層１４のエッチングレートより小さくすることができる。
エッチング停止層３６によれば、下部クラッド層１４のエッチングが、エッチング停止層３６の位置で、実質的に停止する。したがって、エッチング速度の製造毎のバラツキ又はウェハー面内におけるバラツキがあっても、下部クラッド層１４における凸部１４ｂの高さのバラツキを抑制することができる。その結果、製造毎の、またウェハー面内における半導体光増幅素子１０Ｂの特性バラツキを抑制することが可能となる。
なお、エッチング停止層３６も、上述した材料のうち、Ａｌを含まない材料から構成されていることが好ましい。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られるものではなく、そのような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。
例えば、上記の実施の形態での活性層１６は、無歪であるが、圧縮歪み又は引っ張り歪みを受けていてもよい。バルク構造の活性層１６は厚いので、大きな歪を導入することはできないが、小さい歪であれば、ミスフィット転位等を生じず、良好な結晶性を維持することが出来る。この場合には、格子整合の制約が無くなるので、使用可能な材料組成の選択範囲が広がり、より広範な波長帯の信号光を増幅することが出来るようになる。従って、無歪の場合に比べて設計の自由度が増し、構造最適化がより容易になるという利点がある。なお、活性層１６に半導体基板１２より格子定数の大きい材料を用いることによって、当該活性層１６に圧縮歪み与えることができる。また、活性層１６に半導体基板１２より格子定数の小さい材料を用いることによって、当該活性層１６に引っ張り歪み与えることができる。例えば、ＧａＡｓ製の半導体基板１２を用いる場合には、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ等を歪バルク構造の活性層１６に使用することが出来る。
また、上記実施の形態には、絶縁膜で電流狭窄したリッジストライプ構造が採用されているが、電流狭窄構造はこれに限定されるものではなく、任意の構造が使用され得る。例えば、同じくリッジストライプ構造ではあるが、リッジ部側面を絶縁膜の代わりに半導体で埋め込んで電流狭窄した埋め込みリッジストライプ構造や、電流注入する領域だけを残して活性層をメサエッチングし、その周囲を電流ブロック層で埋め込んだ埋め込みヘテロストラクチャー構造等が挙げられる。前者の場合は、絶縁膜に比べて熱伝導性が高く、且つリッジ部に対する応力の小さい半導体層でリッジ部を埋め込んでいるため、絶縁膜で電流狭窄したものに比べ、放熱性向上や応力劣化の緩和といった改善が得られる。また、後者の場合は幅数μmの活性層領域に電流及び光が強く閉じ込められるので、誘導放出が効果的に起こり、低閾値化や高効率化など発振特性が大幅に改善される。
また、上記の実施の形態では、結晶成長の下地としてＧａＡｓ基板が用いられているが、例えば、Ｓｉ等異種基板上に形成されたＧａＡｓ半導体層が下地に用いられてもよい。この場合、異種基板の使用が可能となり、設計の自由度が増すと同時に、異種基板上に作製される光、及び電子デバイスとの集積が容易となる。
また、ＧａＡｓ基板以外にもＩｎＰ基板やＧａＮ基板といった任意の半導体基板とそれに適合する半導体材料を用いて作製される半導体光増幅素子にも本発明は適用可能である。ＩｎＰ系、及びＧａＮ系材料を用いた場合は、各々１．３μｍ〜１．６μｍ帯の長波長用の半導体光増幅素子、及び０．３〜０．６μｍ帯の青色光増幅用の半導体光増幅素子が実現される。
また以上では、好適な実施の形態として、本発明を半導体光増幅素子に適用した例について説明したが、本発明はこれに限られるものでは無く、半導体光増幅素子の他に、例えば発光ダイオードや半導体レーザ、電解吸収型光変調素子、マッハツェンダー型光変調素子、光導波路、及びこれらを集積した素子への適用も可能である。これら全ての素子形態において本発明を適用すれば、歩留まりや再現性、均一性、及び信頼性に優れ、且つ偏波無依存性が低減された半導体光素子を提供することが出来る。なお、これらの素子の構造の詳細は必要なように変更されることができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
１０…半導体光増幅素子、１２…半導体基板、１４…下部クラッド層、１４ａ…第１の面、１４ｂ…凸部、１４ｃ…第１の領域、１４ｄ…第２の領域、１４ｅ…第２の面、１４ｆ…第３の面、１６…活性層、１６ａ…第１の部分、１６ｂ…第２の部分、１６ｃ…第３の部分、１８…上部クラッド層、２０…下部電極、２２…ＳｉＮ膜、２４…コンタクト層、２６…上部電極、２８…低反射膜。
Claims (4)
- 所定方向に交差する主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面側において、前記所定方向に順に設けられた第１導電型の下部クラッド層、及び第２導電型の上部クラッド層と、
前記下部クラッド層と前記上部クラッド層の間に設けられたバルク構造の活性層と、
を備え、
前記下部クラッド層は、前記所定方向に交差する第１の面であって、前記活性層での光の導波方向に延びる第１の領域及び第２の領域を、前記所定方向及び前記該導波方向に交差する方向へ交互に有する該第１の面と、前記第２の領域に支持された凸部であって、前記所定方向に交差する別の面に沿う第２の面と前記所定方向に該第２の面の縁から前記第１の面側に延びる第３の面とを有する該凸部とを有しており、
前記活性層は、前記第１の領域に沿うように設けられた第１の部分と、前記第２の面に沿うように設けられた第２の部分と、前記第３の面に沿うように設けられた第３の部分とを有している、
半導体光素子。 - 前記活性層は、圧縮歪み及び引っ張り歪みの一方を受けている、請求項１に記載の半導体光素子。
- 前記活性層と前記下部クラッド層との間に、該活性層のバンドギャップエネルギーと該下部クラッド層のバンドギャップエネルギーの間のバンドギャップエネルギーを有し、且つ、該活性層の屈折率と該下部クラッド層の屈折率との間の屈折率を有する第１の光閉じ込め層と、
前記活性層と前記上部クラッド層との間に、該活性層のバンドギャップエネルギーと該上部クラッド層のバンドギャップエネルギーの間のバンドギャップエネルギーを有し、且つ、該活性層の屈折率と該上部クラッド層の屈折率との間の屈折率を有する第２の光閉じ込め層と、
を更に備える、請求項１又は２に記載の半導体光素子。 - 前記半導体基板の前記主面と前記第１の面との間の距離は、前記半導体基板の前記主面と前記第２の面との距離より小さく、
前記第１の面と前記凸部との間には、前記下部クラッド層のエッチングレートより低いエッチングレートを有するエッチング停止層が設けられている、請求項１〜３の何れか一項記載の半導体光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005056518A JP2006245136A (ja) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | 半導体光素子 |
| US11/363,265 US7305017B2 (en) | 2005-03-01 | 2006-02-28 | Semiconductor optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005056518A JP2006245136A (ja) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | 半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006245136A true JP2006245136A (ja) | 2006-09-14 |
Family
ID=36944102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005056518A Pending JP2006245136A (ja) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | 半導体光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7305017B2 (ja) |
| JP (1) | JP2006245136A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021034450A (ja) * | 2019-08-20 | 2021-03-01 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100674835B1 (ko) * | 2005-02-28 | 2007-01-26 | 삼성전기주식회사 | 다파장 반도체 레이저 제조방법 |
| US9509122B1 (en) * | 2012-08-29 | 2016-11-29 | Aurrion, Inc. | Optical cladding layer design |
| US9360620B2 (en) * | 2012-08-29 | 2016-06-07 | Aurrion, Inc. | Thermal management for photonic integrated circuits |
| DE102012111512B4 (de) * | 2012-11-28 | 2021-11-04 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Halbleiterstreifenlaser |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02216882A (ja) * | 1989-02-16 | 1990-08-29 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JPH0521903A (ja) * | 1990-06-21 | 1993-01-29 | Canon Inc | 半導体光増幅装置及びそれを用いた光通信ネツトワーク、集積型光ノード |
| JPH09214059A (ja) * | 1996-01-29 | 1997-08-15 | Canon Inc | 量子細線を利用した半導体光デバイスおよびそれを用いた光源装置、光通信方式、光通信システム |
| JP2002185040A (ja) * | 2000-12-15 | 2002-06-28 | Sony Corp | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
| JP2004104073A (ja) * | 2002-07-15 | 2004-04-02 | Renesas Technology Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法、並びに半導体レーザ装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3714984B2 (ja) * | 1995-03-06 | 2005-11-09 | シャープ株式会社 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
| JP3739071B2 (ja) * | 1999-01-25 | 2006-01-25 | パイオニア株式会社 | 分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP4316172B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2009-08-19 | 富士フイルム株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
2005
- 2005-03-01 JP JP2005056518A patent/JP2006245136A/ja active Pending
-
2006
- 2006-02-28 US US11/363,265 patent/US7305017B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02216882A (ja) * | 1989-02-16 | 1990-08-29 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JPH0521903A (ja) * | 1990-06-21 | 1993-01-29 | Canon Inc | 半導体光増幅装置及びそれを用いた光通信ネツトワーク、集積型光ノード |
| JPH09214059A (ja) * | 1996-01-29 | 1997-08-15 | Canon Inc | 量子細線を利用した半導体光デバイスおよびそれを用いた光源装置、光通信方式、光通信システム |
| JP2002185040A (ja) * | 2000-12-15 | 2002-06-28 | Sony Corp | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
| JP2004104073A (ja) * | 2002-07-15 | 2004-04-02 | Renesas Technology Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法、並びに半導体レーザ装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021034450A (ja) * | 2019-08-20 | 2021-03-01 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP7438476B2 (ja) | 2019-08-20 | 2024-02-27 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20060198414A1 (en) | 2006-09-07 |
| US7305017B2 (en) | 2007-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5717726B2 (ja) | 大出力パワー用の横結合を持つｄｆｂレーザダイオード | |
| US8073029B2 (en) | Semiconductor optical device | |
| US7405421B2 (en) | Optical integrated device | |
| JP2010267871A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| KR20140130936A (ko) | 리지 도파로형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 | |
| CA2376885A1 (en) | Buried ridge semiconductor laser with aluminum-free confinement layer | |
| US9711944B2 (en) | Quantum cascade laser | |
| JP2006245136A (ja) | 半導体光素子 | |
| US20050220158A1 (en) | Optical integrated device | |
| WO2019151044A1 (ja) | 光半導体素子及び光モジュール | |
| JP2003198057A (ja) | 半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
| JP2010021430A (ja) | 半導体光素子 | |
| JP2006091880A (ja) | アクティブ構造体に接続する低寄生容量の突合せ接合型パッシブ導波路装置及び方法 | |
| US8659038B2 (en) | Semiconductor light source and method of fabrication thereof | |
| JP4424223B2 (ja) | 半導体光素子 | |
| JP4345673B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP7297875B2 (ja) | 利得導波型半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP3853470B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2010034267A (ja) | ブロードエリア型半導体レーザ素子、ブロードエリア型半導体レーザアレイ、レーザディスプレイおよびレーザ照射装置 | |
| JP4983791B2 (ja) | 光半導体素子 | |
| JP4534449B2 (ja) | Ｍｍｉ型半導体レーザおよびその製造方法 | |
| US20050220392A1 (en) | Optical integrated device | |
| JP2783163B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JPS62295478A (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JP2000349399A (ja) | 半導体光増幅器およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090424 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090428 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090609 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100406 |