JP2006269567A - Semiconductor laser, optical transmitting module, and optical transmitting/receiving module - Google Patents

Semiconductor laser, optical transmitting module, and optical transmitting/receiving module Download PDF

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英樹 浅野
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毅 大郷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance high speed modulation performance while ensuring a sufficiently long lifetime in an AlGaInP based semiconductor laser. <P>SOLUTION: In the semiconductor laser, a first conductivity type clad layer 20, a semiconductor active layer 30, second conductivity type clad layers 51, 54, 56, a second conductivity type contact layer 60, and a second conductivity type electrode 72 are formed sequentially on the upper surface of a first conductivity type semiconductor substrate 10, a first conductivity type electrode 71 is formed below the first conductivity type clad layer 20, at least one of the second conductivity type clad layers 51, 54, 56 has a ridge structure and arranged such that a current is injected selectively into a specific region 30a of the semiconductor active layer 30, an AlGaInP based semiconductor laser element 2 having laser resonator length of 500 μm or above is provided, and the semiconductor substrate 10 side of the semiconductor laser element 2 is secured to a packaging substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザ装置、これを用いた光送信モジュール及び光送受信モジュールに係り、特に半導体レーザ素子がこれを駆動する駆動回路を備えた実装基板に実装された半導体レーザ装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser device, an optical transmission module and an optical transmission / reception module using the semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device mounted on a mounting substrate having a drive circuit for driving a semiconductor laser element.

光ファイバネットワークの普及に伴い、石英系光ファイバからコストの安いプラスチック光ファイバ(POF)が広く利用されるようになってきている。現状のPOF通信速度は100Mbps程度であるが、伝送情報量の増大を図るべく、より一層の高速化が要求されてきている。POF用光源としては、POFの低損失波長域である波長650nm帯のAlGaInP系半導体レーザ素子が考えられている。   With the widespread use of optical fiber networks, low cost plastic optical fibers (POF) are widely used from silica based optical fibers. The current POF communication speed is about 100 Mbps, but higher speed has been demanded in order to increase the amount of transmission information. As a POF light source, an AlGaInP-based semiconductor laser element having a wavelength of 650 nm, which is a low loss wavelength region of POF, is considered.

AlGaInP系半導体レーザ素子の高速変調性を向上するべく、半導体活性層上に設けられた第1のp型クラッド層と、その上に設けられたn型電流阻止層及びその電流狭窄用開口部内に形成された第2のp型クラッド層との逆バイアス構造を有する電流狭窄部を有すると共に、この電流狭窄部上にp型コンタクト層を配し、このp型コンタクト層の表面から半導体基板に向けて掘削され電流阻止層を貫通する電流狭窄溝を電流狭窄用開口部を挟んで一対設け、電流狭窄部の実質的な逆バイアスpn接合容量を低減した素子構造が提案されている(特許文献1)。   In order to improve the high-speed modulation property of the AlGaInP-based semiconductor laser device, a first p-type cladding layer provided on the semiconductor active layer, an n-type current blocking layer provided thereon, and an opening for current confinement A current confinement portion having a reverse bias structure with the formed second p-type cladding layer is provided, and a p-type contact layer is disposed on the current confinement portion, and the surface of the p-type contact layer is directed to the semiconductor substrate. A device structure has been proposed in which a pair of current confinement grooves that have been drilled and penetrated through the current blocking layer are provided across the current confinement opening portion to reduce the substantial reverse bias pn junction capacitance of the current confinement portion (Patent Document 1). ).

半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子を駆動する駆動回路を備えた実装基板に実装された半導体レーザ装置の形態で使用される。従来、AlGaInP系半導体レーザ素子では、p型電極側(ジャンクション側)を実装基板に固定し実装する、いわゆるジャンクションダウン方式を前提に開発がなされている。これは、AlGaInP材料の熱抵抗が高く放熱性が悪いため、放熱側であるp型電極側を実装基板のヒートシンクに固定し、放熱性を高めるためである。
特許第2746131号公報
The semiconductor laser element is used in the form of a semiconductor laser device mounted on a mounting substrate having a drive circuit for driving the semiconductor laser element. Conventionally, AlGaInP-based semiconductor laser elements have been developed on the premise of a so-called junction down system in which a p-type electrode side (junction side) is fixed and mounted on a mounting substrate. This is because the heat resistance of the AlGaInP material is high and the heat dissipation is poor, so that the p-type electrode side, which is the heat dissipation side, is fixed to the heat sink of the mounting substrate to improve the heat dissipation.
Japanese Patent No. 2746131

特許文献1に記載の半導体レーザ素子は、高速変調性の改良に効果があるものの充分ではなく、GHz帯以上の高速変調可能なAlGaInP系の半導体レーザ装置は依然として実現されていない。また、光通信用途では、例えば8万時間以上の高寿命性を有することも重要であるが、高速変調性と高寿命性とは互いに背反する特性であり、これらを両立することは難しい。   Although the semiconductor laser element described in Patent Document 1 is effective in improving high-speed modulation, it is not sufficient, and an AlGaInP-based semiconductor laser device capable of high-speed modulation in the GHz band or higher has not been realized. For optical communication applications, it is important to have a long life span of, for example, 80,000 hours or more. However, high-speed modulation properties and long life span are contradictory properties, and it is difficult to achieve both of them.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、充分な高寿命性を確保しつつ、高速変調性を向上することが可能なAlGaInP系半導体レーザ装置、これを用いた光送信モジュール及び光送受信モジュールを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an AlGaInP-based semiconductor laser device capable of improving high-speed modulation while ensuring a sufficiently long life, an optical transmission module and an optical transmission / reception using the same The purpose is to provide modules.

本発明の半導体レーザ装置は、第1導電型半導体基板の一方の面に、該半導体基板側から上方に第1導電型クラッド層と半導体活性層と単数又は複数の第2導電型クラッド層と第2導電型コンタクト層と第2導電型電極とを順次有し、前記第1導電型クラッド層の下方に第1導電型電極を有し、かつ少なくとも一層の前記第2導電型クラッド層がリッジ構造を有して前記半導体活性層の特定領域に選択的に電流が注入される構成とされ、レーザ共振器長が500μm以上であるAlGaInP系半導体レーザ素子を備え、該半導体レーザ素子の前記半導体基板側(前記第2導電型電極と反対側)が実装基板に実装されたことを特徴とするものである。   The semiconductor laser device according to the present invention includes a first conductivity type cladding layer, a semiconductor active layer, one or more second conductivity type cladding layers, and a first conductivity type semiconductor layer on one surface of the first conductivity type semiconductor substrate. Two-conductivity type contact layers and second-conductivity-type electrodes are sequentially provided, the first-conductivity-type electrodes are provided below the first-conductivity-type clad layer, and at least one second-conductivity-type clad layer has a ridge structure And an AlGaInP-based semiconductor laser element having a laser cavity length of 500 μm or more, wherein the current is selectively injected into a specific region of the semiconductor active layer. (The side opposite to the second conductivity type electrode) is mounted on a mounting board.

本明細書において、「第1導電型」及び「第2導電型」は、p型、n型等の半導体のタイプを示している。   In the present specification, “first conductivity type” and “second conductivity type” indicate semiconductor types such as p-type and n-type.

本発明の半導体レーザ装置をなす半導体レーザ素子において、第1導電型電極は第1導電型クラッド層の下方(第2導電型電極とは反対側)に形成されていればよいので、第1導電型電極と第2導電型電極とは、半導体基板の異なる面に形成されてもよく、同一面に形成されていてもよい。   In the semiconductor laser element forming the semiconductor laser device of the present invention, the first conductivity type electrode only needs to be formed below the first conductivity type cladding layer (on the opposite side to the second conductivity type electrode). The mold electrode and the second conductivity type electrode may be formed on different surfaces of the semiconductor substrate, or may be formed on the same surface.

本発明の半導体レーザ装置において、前記半導体レーザ素子のレーザ共振器長が2000μm以下であることが好ましい。   In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that a laser resonator length of the semiconductor laser element is 2000 μm or less.

本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子の半導体基板側が実装基板に固定されているので、下記構造を採用することができる。   In the semiconductor laser device of the present invention, since the semiconductor substrate side of the semiconductor laser element is fixed to the mounting substrate, the following structure can be adopted.

すなわち、本発明の半導体レーザ装置では、前記半導体レーザ素子は、前記半導体活性層の電流注入領域がレーザ共振器軸方向に帯状に延び、前記第2導電型電極が、前記電流注入領域に対向して延びる帯状の電極本体部と該電極本体部の側方に連設されたパッド電極部とを有するものであり、該パッド電極部が前記実装基板の駆動回路に導通された構造とすることができる。   That is, in the semiconductor laser device of the present invention, the semiconductor laser element has a current injection region of the semiconductor active layer extending in a band shape in the laser resonator axis direction, and the second conductivity type electrode faces the current injection region. A strip-shaped electrode body portion extending in the direction of the electrode body and a pad electrode portion connected to the side of the electrode body portion, the pad electrode portion being electrically connected to the driving circuit of the mounting substrate. it can.

本発明の半導体レーザ装置は光通信用の光源等として使用でき、光通信用では、前記半導体レーザ素子から出射される光の中心波長が、25℃、5mW出力時に650〜670nmの範囲内であることが好ましい。   The semiconductor laser device of the present invention can be used as a light source for optical communication. For optical communication, the center wavelength of light emitted from the semiconductor laser element is in the range of 650 to 670 nm at 25 ° C. and 5 mW output. It is preferable.

本発明の光送信モジュールは、上記の本発明の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出射光を送信するプラスチック光ファイバとを備えたことを特徴とするものである。   An optical transmission module according to the present invention includes the above-described semiconductor laser device according to the present invention and a plastic optical fiber that transmits light emitted from the semiconductor laser device.

本発明の光送受信モジュールは、上記の本発明の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出射光を送信するプラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバからの出射光を受光する受光素子とを備えたことを特徴とするものである。   An optical transceiver module according to the present invention includes the above-described semiconductor laser device according to the present invention, a plastic optical fiber that transmits light emitted from the semiconductor laser device, and a light receiving element that receives the light emitted from the plastic optical fiber. It is characterized by that.

本発明の半導体レーザ装置では、複数の第2導電型クラッド層のうち少なくとも一層がリッジ構造を有して半導体活性層の特定領域に選択的に電流が注入される電流狭窄構造の半導体レーザ素子を用いる構成としているので、半導体レーザ素子の寄生容量が低減されている。   In the semiconductor laser device of the present invention, a semiconductor laser device having a current confinement structure in which at least one of the plurality of second conductivity type cladding layers has a ridge structure and current is selectively injected into a specific region of the semiconductor active layer. Since the configuration is used, the parasitic capacitance of the semiconductor laser element is reduced.

さらに、本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子の半導体基板側を実装基板に固定するジャンクションアップ方式を採用している。したがって、第2導電型電極を実装基板に固定するジャンクションダウン方式と異なり、第2導電型電極の設計自由度が高い。そのため、第2導電型電極を、電流注入領域に対向して延びる電極本体部とパッド電極部とを有するパターンで形成するなど、第2導電型電極全体の面積を狭小化することができる。第2導電型電極全体の面積を狭小化できることで、半導体レーザ素子の寄生容量を低減できる。   Furthermore, the semiconductor laser device of the present invention employs a junction up system in which the semiconductor substrate side of the semiconductor laser element is fixed to the mounting substrate. Therefore, unlike the junction down method in which the second conductivity type electrode is fixed to the mounting substrate, the degree of freedom in designing the second conductivity type electrode is high. Therefore, the entire area of the second conductivity type electrode can be reduced, for example, by forming the second conductivity type electrode in a pattern having an electrode main body portion and a pad electrode portion extending opposite to the current injection region. Since the entire area of the second conductivity type electrode can be reduced, the parasitic capacitance of the semiconductor laser element can be reduced.

本発明の半導体レーザ装置では、電流狭窄構造と第2導電型電極全体の面積の狭小化による寄生容量の低減が可能であるので、従来よりも高速変調性を向上することができる。本発明者は、従来実現されていないGHz帯以上の高速変調性も実現できることを確認している。   In the semiconductor laser device of the present invention, since the parasitic capacitance can be reduced by narrowing the area of the current confinement structure and the entire second conductivity type electrode, it is possible to improve the high-speed modulation performance as compared with the prior art. The present inventor has confirmed that a high-speed modulation property of a GHz band or higher, which has not been realized conventionally, can be realized.

また、本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子のレーザ共振器長を500μm以上としており、これによって、充分な高寿命性(例えば8万時間以上)が確保されている。   In the semiconductor laser device of the present invention, the laser cavity length of the semiconductor laser element is set to 500 μm or more, thereby ensuring a sufficiently long life (for example, 80,000 hours or more).

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態の半導体レーザ装置、これを備えた光送信モジュール及び光送受信モジュールについて説明する。図1は半導体レーザ装置の概略斜視図、図2は光送信モジュール及び光送受信モジュールの全体構成図(半導体レーザ装置については断面図で示してある。)、図3は半導体レーザ装置をなす半導体レーザ素子の拡大斜視図、図4は図3の半導体レーザ素子の断面図(パッド電極部の形成部分)である。   Hereinafter, a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, an optical transmission module and an optical transmission / reception module including the same will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view of a semiconductor laser device, FIG. 2 is an overall configuration diagram of an optical transmission module and an optical transmission / reception module (the semiconductor laser device is shown in a sectional view), and FIG. 3 is a semiconductor laser constituting the semiconductor laser device. FIG. 4 is an enlarged perspective view of the device, and FIG. 4 is a sectional view of the semiconductor laser device of FIG.

本実施形態の半導体レーザ装置は、出射光の中心波長が25℃、5mW出力時に650〜670nmの範囲内(プラスチック光ファイバの低損失波長域に相当)にあるAlGaInP系半導体レーザ装置であり、半導体レーザ素子の素子構造とその実装構造が特徴的なものである。   The semiconductor laser device of this embodiment is an AlGaInP semiconductor laser device in which the center wavelength of emitted light is within a range of 650 to 670 nm (corresponding to a low-loss wavelength region of a plastic optical fiber) at 25 ° C. and 5 mW output, The element structure of the laser element and its mounting structure are characteristic.

図1及び図2に示す如く、本実施形態の半導体レーザ装置1は、半導体レーザ素子2がこれを駆動する駆動回路を備えた実装基板200に実装されたものである。実装基板200は、駆動回路を含む駆動IC(Integrated Circuit)220がチップキャリア210の表面に搭載されたものである。半導体レーザ素子2と駆動IC220とはボンディングワイヤ230を介して導通されている。半導体レーザ素子2及び駆動IC220は、チップキャリア210に取り付けられたヒートシンク211上に実装されている。詳細については後記するが、半導体レーザ素子2はいわゆるジャックアションアップ方式で実装基板200に実装されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor laser device 1 of the present embodiment is mounted on a mounting substrate 200 provided with a driving circuit for driving the semiconductor laser element 2. The mounting substrate 200 has a driving IC (Integrated Circuit) 220 including a driving circuit mounted on the surface of the chip carrier 210. The semiconductor laser element 2 and the driving IC 220 are electrically connected via a bonding wire 230. The semiconductor laser element 2 and the driving IC 220 are mounted on a heat sink 211 attached to the chip carrier 210. Although details will be described later, the semiconductor laser element 2 is mounted on the mounting substrate 200 by a so-called jack-up method.

チップキャリア210の材質としてはCuやCuW等が挙げられ、CuWが好ましい。CuWとGaAs(後記半導体基板10の構成材料)とは熱膨張係数が略等しく、半導体レーザ素子2の実装時における歪を低減させることができる。ヒートシンク211の材質としてはAlN、SiC、Si等が挙げられる。   Examples of the material of the chip carrier 210 include Cu and CuW, and CuW is preferable. CuW and GaAs (the constituent material of the semiconductor substrate 10 to be described later) have substantially the same thermal expansion coefficient, and the strain at the time of mounting the semiconductor laser element 2 can be reduced. Examples of the material of the heat sink 211 include AlN, SiC, Si, and the like.

本実施形態において、光送信モジュール4は、半導体レーザ装置1と半導体レーザ装置1からの出射光を伝送するプラスチック光ファイバ310とから構成されている。光送受信モジュール5は、この光送信モジュール4と光送信モジュール4(プラスチック光ファイバ310)からの出射光を受光する受光素子320とから構成されている。   In this embodiment, the optical transmission module 4 includes a semiconductor laser device 1 and a plastic optical fiber 310 that transmits light emitted from the semiconductor laser device 1. The optical transmission / reception module 5 includes the optical transmission module 4 and a light receiving element 320 that receives light emitted from the optical transmission module 4 (plastic optical fiber 310).

プラスチック光ファイバ310は特に制限されず、任意のタイプが使用できる。具体的には、シングルコアとマルチコアのいずれのタイプも使用できる。コア口径は任意であり、シングルコアでは例えば200μm以上のものが好ましく用いられる。組成も任意であり、少なくともコアが(メタ)アクリル系の単独重合体及び/又は共重合体を含むものが好ましく用いられる。コア及びクラッドの屈折率分布も任意であり、ステップインデックス型とグレーデッドインデックス型のいずれのタイプも使用できる。伝送モードも任意であり、シングルモードとマルチモードのいずれのタイプも使用できる。光ファイバ310としては、半導体レーザ素子2からの出射光波長に対して伝送損失の少ないものが好ましく用いられる。受光素子320も特に制限されず、フォトダイオード等が挙げられる。   The plastic optical fiber 310 is not particularly limited, and any type can be used. Specifically, both single-core and multi-core types can be used. The core diameter is arbitrary, and a single core having a diameter of, for example, 200 μm or more is preferably used. The composition is also arbitrary, and at least the core preferably contains a (meth) acrylic homopolymer and / or copolymer. The refractive index distribution of the core and the clad is also arbitrary, and any of a step index type and a graded index type can be used. The transmission mode is also arbitrary, and either single mode or multimode can be used. As the optical fiber 310, one having a small transmission loss with respect to the wavelength of light emitted from the semiconductor laser element 2 is preferably used. The light receiving element 320 is not particularly limited, and examples thereof include a photodiode.

実装基板200には、光ファイバ310の光入射端部を保持するファイバホルダ311が搭載されており、半導体レーザ素子2、駆動IC220、ファイバホルダ311、及びファイバホルダ311に保持された光ファイバ310の光入射端部が、実装基板200に取り付けられた封止蓋240内に収容され気密封止されている。   The mounting substrate 200 is mounted with a fiber holder 311 that holds the light incident end of the optical fiber 310, and the semiconductor laser element 2, the drive IC 220, the fiber holder 311, and the optical fiber 310 held by the fiber holder 311. The light incident end is housed in a sealing lid 240 attached to the mounting substrate 200 and hermetically sealed.

図3及び図4に基づいて、半導体レーザ素子2の素子構造について詳細に説明する。本実施形態では、電流狭窄構造を有するAlGaInP系半導体レーザ素子2が備えられている。   The element structure of the semiconductor laser element 2 will be described in detail with reference to FIGS. In the present embodiment, an AlGaInP semiconductor laser element 2 having a current confinement structure is provided.

半導体レーザ素子2は、n型(第1導電型)半導体基板10の一方の面(上面)に、半導体基板10側から上方に、半導体活性層30と半導体活性層30の特定領域に電流を注入するための電流狭窄部50とp型(第2導電型)コンタクト層60とp型電極72とを順次有し、半導体基板10の他方の面(下面)にn型電極71を有する素子である。半導体活性層30はn型クラッド層20及びp型クラッド層51に挟まれており、これら2つのクラッド層のうちp型クラッド層51は電流狭窄部50の一部をなしている。   The semiconductor laser element 2 injects a current into one surface (upper surface) of the n-type (first conductivity type) semiconductor substrate 10 upward from the semiconductor substrate 10 side into a specific region of the semiconductor active layer 30 and the semiconductor active layer 30. This is an element having a current confinement portion 50, a p-type (second conductivity type) contact layer 60, and a p-type electrode 72 in order, and an n-type electrode 71 on the other surface (lower surface) of the semiconductor substrate 10. . The semiconductor active layer 30 is sandwiched between the n-type cladding layer 20 and the p-type cladding layer 51, and the p-type cladding layer 51 of these two cladding layers forms part of the current confinement portion 50.

半導体基板10はn−GaAsからなり、結晶構造が(100)面から(111)方向に0〜45°傾斜したオフ基板が好ましく用いられ、n型クラッド層20はn−In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51Pからなる。 The semiconductor substrate 10 is made of n-GaAs, and an off-substrate whose crystal structure is inclined by 0 to 45 ° in the (111) direction from the (100) plane is preferably used, and the n-type cladding layer 20 is n-In 0.49 (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.51 P.

半導体活性層30はi型多重量子井戸活性層を主とする層であり、半導体基板10側からIn0.49(Al0.5Ga0.5) 0.51Pガイド層/i−InGaP量子井戸層及びi−AlGaInP障壁層からなる多重量子井戸活性層/In0.49(Al0.5Ga0.5) 0.51Pガイド層の積層構造を有している。 The semiconductor active layer 30 is a layer mainly composed of an i-type multi-quantum well active layer. In 0.49 (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.51 P guide layer / i-InGaP quantum from the semiconductor substrate 10 side. It has a multilayer structure of a multiple quantum well active layer / In 0.49 (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.51 P guide layer composed of a well layer and an i-AlGaInP barrier layer.

電流狭窄部50は、第1のp型クラッド層51と、この上に電流狭窄用開口部53aを有して形成されたn型電流阻止層53と、電流狭窄用開口部53a内に形成された第2のp型クラッド層54との逆バイアス構造を有するものである。第1のp型クラッド層51とn型電流阻止層53との間にはp型エッチングストップ層52が形成されている。   The current confinement portion 50 is formed in the first p-type cladding layer 51, the n-type current blocking layer 53 formed thereon with the current confinement opening 53a, and the current confinement opening 53a. In addition, it has a reverse bias structure with the second p-type cladding layer 54. A p-type etching stop layer 52 is formed between the first p-type cladding layer 51 and the n-type current blocking layer 53.

本実施形態では、第2のp型クラッド層54の上にp型中間層55が積層されている。第2のp型クラッド層54及びp型中間層55は、電流阻止層53の電流狭窄用開口部53a内にのみ形成されており、下地であるエッチングストップ層52から突出したリッジ構造部57をなしている。   In the present embodiment, a p-type intermediate layer 55 is stacked on the second p-type cladding layer 54. The second p-type cladding layer 54 and the p-type intermediate layer 55 are formed only in the current confinement opening 53a of the current blocking layer 53, and the ridge structure portion 57 protruding from the etching stop layer 52 as a base is formed. There is no.

電流狭窄部50は、上記の如く、第1のp型クラッド層51とエッチングストップ層52とn型電流阻止層53と第2のp型クラッド層54とp型中間層55とから構成されている。電流狭窄部50においては、電流狭窄用開口部53a内に埋め込まれたリッジ構造の第2のp型クラッド層54内に選択的に電流が流れて、第2のp型クラッド層54の下方に位置する半導体活性層30の特定領域30aに選択的に電流が注入されるようになっている。以降、この特定領域30aを電流注入領域と称す。   As described above, the current confinement portion 50 includes the first p-type cladding layer 51, the etching stop layer 52, the n-type current blocking layer 53, the second p-type cladding layer 54, and the p-type intermediate layer 55. Yes. In the current confinement portion 50, a current selectively flows in the second p-type clad layer 54 having a ridge structure embedded in the current confinement opening 53 a, and below the second p-type clad layer 54. A current is selectively injected into the specific region 30a of the semiconductor active layer 30 located. Hereinafter, the specific region 30a is referred to as a current injection region.

本実施形態において、電流注入領域30aは、レーザ共振器軸方向に平面視帯状に延びており、電流注入領域30aの形状に沿って、第2のp型クラッド層54及び中間層55が同様の形状(メサ帯状)で形成されている。   In the present embodiment, the current injection region 30a extends in a band shape in plan view in the laser resonator axis direction, and the second p-type cladding layer 54 and the intermediate layer 55 have the same shape along the shape of the current injection region 30a. It is formed in a shape (mesa band shape).

第1のp型クラッド層51はp−In0.49(Al0.7Ga0.3) 0.51P、p型エッチングストップ層52はp−In0.49Ga0.51P、n型電流阻止層53はn−GaAs、第2のp型クラッド層54はp−In0.49(Al0.7Ga0.3) 0.51P、p型中間層55はp−In0.49Ga0.51Pからなっている。 The first p-type cladding layer 51 is p-In 0.49 (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.51 P, and the p-type etching stop layer 52 is p-In 0.49 Ga 0.51 P, n The n-type current blocking layer 53 is n-GaAs, the second p-type cladding layer 54 is p-In 0.49 (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.51 P, and the p-type intermediate layer 55 is p-In 0. .49 Ga 0.51 P.

電流狭窄部50上に第3のp型クラッド層56とp型コンタクト層60とが順次積層されており、これらの層56及び60はいずれもp−GaAsからなっている。   A third p-type cladding layer 56 and a p-type contact layer 60 are sequentially stacked on the current confinement portion 50, and both the layers 56 and 60 are made of p-GaAs.

本実施形態では、コンタクト層60の表面から半導体基板10に向けて掘削され、第3のp型クラッド層56と電流阻止層53と第1のp型クラッド層51と半導体活性層30とを貫通する電流狭窄溝80が電流狭窄用開口部53aを挟んで一対設けられている。p型コンタクト層60はこの一対の電流狭窄溝80間にのみ形成されている。   In the present embodiment, the contact layer 60 is excavated from the surface toward the semiconductor substrate 10 and penetrates the third p-type cladding layer 56, the current blocking layer 53, the first p-type cladding layer 51, and the semiconductor active layer 30. A pair of current confinement grooves 80 are provided with a current confinement opening 53a interposed therebetween. The p-type contact layer 60 is formed only between the pair of current confinement grooves 80.

一対の電流狭窄溝80内、及び第3のp型クラッド層56上であって一対の電流狭窄溝80間を除く領域には、SiO誘電体絶縁膜90が形成されている。 A SiO 2 dielectric insulating film 90 is formed in the region inside the pair of current confinement grooves 80 and on the third p-type cladding layer 56 except between the pair of current confinement grooves 80.

p型電極72は、半導体活性層30の電流注入領域30aに対向して延びる帯状の電極本体部72aと、この電極本体部72aの側方に連設され、電極本体部72aに導通されたボンディング用のパッド電極部72bとから構成されている。電極本体部72aは一対の電流狭窄溝80間に形成され、パッド電極部72bは一対の電流狭窄溝80の外側に形成されている。   The p-type electrode 72 is connected to the side of the electrode main body 72 a that extends opposite to the current injection region 30 a of the semiconductor active layer 30, and is bonded to the electrode main body 72 a. And a pad electrode portion 72b. The electrode body portion 72 a is formed between the pair of current confinement grooves 80, and the pad electrode portion 72 b is formed outside the pair of current confinement grooves 80.

半導体レーザ素子2は、レーザ共振器長が500μm以上、好ましくは500μm以上2000μm以下に設計されている。レーザ共振器長をかかる範囲とすることで、充分な高寿命性(例えば8万時間以上)が確保されている。また、レーザ共振器長を2000μm以下とすることで特に良好な高速変調性が得られ、GHz帯以上の高速変調性も実現可能である(「実施例」の項を参照)。   The semiconductor laser element 2 is designed to have a laser resonator length of 500 μm or more, preferably 500 μm or more and 2000 μm or less. By setting the laser resonator length in such a range, a sufficiently long lifetime (for example, 80,000 hours or more) is ensured. In addition, by setting the laser resonator length to 2000 μm or less, a particularly good high-speed modulation property can be obtained, and a high-speed modulation property in the GHz band or more can be realized (see “Example”).

本実施形態では、半導体レーザ素子2がジャンクションアップ方式で実装基板200に実装されている。具体的には、半導体レーザ素子2の半導体基板10側(n型電極71側)が実装基板200に半田等により実装固定され、p型電極72のパッド電極部72bがボンディングワイヤ230を介して駆動IC220に導通されている。   In the present embodiment, the semiconductor laser element 2 is mounted on the mounting substrate 200 by a junction up method. Specifically, the semiconductor substrate 10 side (n-type electrode 71 side) of the semiconductor laser element 2 is mounted and fixed to the mounting substrate 200 with solder or the like, and the pad electrode portion 72b of the p-type electrode 72 is driven via the bonding wire 230. Conducted to IC220.

本実施形態の半導体レーザ装置1、これを備えた光送信モジュール4及び光送受信モジュール5は、以上のように構成されている。   The semiconductor laser device 1 of the present embodiment, the optical transmission module 4 and the optical transmission / reception module 5 including the same are configured as described above.

本実施形態の半導体レーザ装置1では、複数のp型クラッド層51、54、56のうち第2のp型クラッド層54がリッジ構造を有して半導体活性層30の特定領域30aに選択的に電流が注入される電流狭窄構造の半導体レーザ素子2を用いる構成としているので、半導体レーザ素子2の寄生容量が低減されている。   In the semiconductor laser device 1 of the present embodiment, the second p-type clad layer 54 of the plurality of p-type clad layers 51, 54, 56 has a ridge structure and is selectively applied to the specific region 30 a of the semiconductor active layer 30. Since the semiconductor laser element 2 having a current confinement structure into which current is injected is used, the parasitic capacitance of the semiconductor laser element 2 is reduced.

本実施形態では特に、半導体レーザ素子2の半導体活性層30上に逆バイアス構造の電流狭窄部50を設け、この電流狭窄部50に含まれる電流狭窄用開口部53aを挟んで一対の電流狭窄溝80を設ける構成としている。かかる構成では、一対の電流狭窄溝80より外側への電流リークが遮断され、実質的な逆バイアスpn接合面が狭小化されている。したがって、電流狭窄部50の逆バイアスpn接合容量が低減され、寄生容量が低減されている。   In the present embodiment, in particular, a current confinement portion 50 having a reverse bias structure is provided on the semiconductor active layer 30 of the semiconductor laser element 2, and a pair of current confinement grooves are sandwiched between the current confinement openings 53 a included in the current confinement portion 50. 80 is provided. In such a configuration, current leakage to the outside of the pair of current confinement grooves 80 is blocked, and the substantial reverse bias pn junction surface is narrowed. Therefore, the reverse bias pn junction capacitance of the current confinement part 50 is reduced, and the parasitic capacitance is reduced.

さらに、本実施形態の半導体レーザ装置1では、半導体レーザ素子2の半導体基板10側(n型電極71側)を実装基板200に固定するジャンクションアップ方式を採用している。したがって、p型電極72を実装基板200に固定するジャンクションダウン方式と異なり、p型電極72の設計自由度が高い。そのため、上記の如く、p型電極72を、電流注入領域30aに対向して延びる電極本体部72aとパッド電極部72bとを有するパターンで形成することができ、p型電極72全体の面積を狭小化することができる。本実施形態では、p型電極72の面積が狭小化されているので、半導体レーザ素子2の寄生容量が低減されている。   Furthermore, the semiconductor laser device 1 of the present embodiment employs a junction-up method in which the semiconductor substrate 10 side (n-type electrode 71 side) of the semiconductor laser element 2 is fixed to the mounting substrate 200. Therefore, unlike the junction down method in which the p-type electrode 72 is fixed to the mounting substrate 200, the design flexibility of the p-type electrode 72 is high. Therefore, as described above, the p-type electrode 72 can be formed in a pattern having the electrode main body portion 72a and the pad electrode portion 72b extending to face the current injection region 30a, and the area of the entire p-type electrode 72 can be reduced. Can be In this embodiment, since the area of the p-type electrode 72 is reduced, the parasitic capacitance of the semiconductor laser element 2 is reduced.

本実施形態の半導体レーザ装置1では、電流狭窄構造とp型電極72全体の面積の狭小化によって寄生容量が低減されているので、従来よりも高速変調性が向上されている。本発明者は、従来実現されていないGHz帯以上の高速変調性も実現できることを確認している(「実施例」の項参照)。   In the semiconductor laser device 1 of the present embodiment, since the parasitic capacitance is reduced by the current confinement structure and the reduction of the entire area of the p-type electrode 72, the high-speed modulation performance is improved as compared with the conventional case. The present inventor has confirmed that high-speed modulation characteristics in the GHz band and higher, which have not been realized in the past, can also be realized (see “Example” section).

本実施形態の半導体レーザ装置1では、半導体レーザ素子2のレーザ共振器長を500μm以上、好ましくは500μm以上2000μm以下としている。本実施形態の半導体レーザ装置1では、ジャンクションアップ方式の実装方式を採用しているので、AlGaInP材料の放熱性がジャンクションダウン方式に比して劣り、その分寿命が低下する傾向にある。しかしながら、本発明者は、レーザ共振器長を上記範囲内とすることで、光通信用途の通常使用条件において充分な高寿命性(例えば8万時間以上)を確保できることを見出している(「実施例」の項参照)。すなわち、本実施形態の半導体レーザ装置1は、充分な高寿命性(例えば8万時間以上)を確保しつつ、GHz帯以上の高速変調性を実現したものである。   In the semiconductor laser device 1 of this embodiment, the laser resonator length of the semiconductor laser element 2 is 500 μm or more, preferably 500 μm or more and 2000 μm or less. In the semiconductor laser device 1 of the present embodiment, since the junction-up mounting method is adopted, the heat dissipation of the AlGaInP material is inferior to that of the junction-down method, and the life tends to be reduced accordingly. However, the present inventor has found that by setting the laser resonator length within the above-mentioned range, sufficient long life (for example, 80,000 hours or more) can be secured under normal use conditions for optical communication applications (“implementation” See the Example section). In other words, the semiconductor laser device 1 of the present embodiment realizes high-speed modulation characteristics in the GHz band or higher while ensuring a sufficiently long life (for example, 80,000 hours or more).

本実施形態の光送信モジュール4及び光送受信モジュール5は、高寿命性を確保しつつ高速変調性が向上された半導体レーザ装置1を光源として用いたものであるので、光送信及び光送受信を高速高感度に実施でき、高寿命なものとなる。   Since the optical transmission module 4 and the optical transmission / reception module 5 of the present embodiment use the semiconductor laser device 1 whose high-speed modulation property is improved while ensuring a long life as a light source, optical transmission and optical transmission / reception are performed at high speed. It can be implemented with high sensitivity and has a long life.

(その他の態様)
本発明の半導体レーザ装置、これを備えた光送信モジュール及び光送受信モジュールは上記実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更可能である。
(Other aspects)
The semiconductor laser device, the optical transmission module and the optical transmission / reception module including the semiconductor laser device of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed in design without departing from the spirit of the present invention.

電流狭窄溝を有する半導体レーザ素子を備えた態様についてのみ説明したが、半導体レーザ素子は複数のp型クラッド層のうち少なくとも一層がリッジ構造を有して半導体活性層の特定領域に選択的に電流が注入される構成とすれば、同様の効果が得られる。   Only the embodiment provided with the semiconductor laser element having the current confinement groove has been described. However, the semiconductor laser element has a ridge structure in at least one of the plurality of p-type cladding layers, and a current is selectively supplied to a specific region of the semiconductor active layer. The same effect can be obtained by adopting a structure in which is injected.

例えば図5に示す如く、p型クラッド層としてレーザ共振器軸方向に帯状に延びるリッジ構造のp型クラッド層54のみを備え、このp型クラッド層54を電流阻止層53内に埋め込まず、p型クラッド層54上にp型中間層55とp型コンタクト層60とp型電極72とを順次積層し、エッチングストップ層52上であってp型クラッド層54の非形成領域に誘電体絶縁膜90を形成した半導体レーザ素子3を用いても、同様の効果が得られる。半導体レーザ素子3では、リッジ構造のp型クラッド層54の側方に電流がリークする恐れのある層がないので、電流リークを遮断する電流狭窄溝は設けられていない。図5は上記実施形態の図3に対応する拡大斜視図であり、同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。   For example, as shown in FIG. 5, the p-type cladding layer is provided with only a p-type cladding layer 54 having a ridge structure extending in a belt shape in the axial direction of the laser resonator, and this p-type cladding layer 54 is not embedded in the current blocking layer 53. A p-type intermediate layer 55, a p-type contact layer 60, and a p-type electrode 72 are sequentially stacked on the type cladding layer 54, and a dielectric insulating film is formed on the etching stop layer 52 and in a region where the p-type cladding layer 54 is not formed. The same effect can be obtained even if the semiconductor laser element 3 on which 90 is formed is used. In the semiconductor laser element 3, there is no layer that may leak current on the side of the p-type cladding layer 54 having a ridge structure, and therefore no current confinement groove for blocking current leakage is provided. FIG. 5 is an enlarged perspective view corresponding to FIG. 3 of the above embodiment, and the same reference numerals are given to the same components.

半導体レーザ素子3においても、p型クラッド層54がリッジ構造を有して半導体活性層30の特定領域に選択的に電流が注入される電流狭窄構造が採用されているので、寄生容量が低減されている。半導体レーザ素子3では、リッジ構造のp型クラッド層54の側方に電流がリークする恐れのある層がないので、電流狭窄溝80を有する上記の半導体レーザ素子2と同様、p型クラッド層54から側方への電流リークが遮断され、寄生容量が低減されている。   Also in the semiconductor laser element 3, since the p-type cladding layer 54 has a ridge structure and a current confinement structure in which current is selectively injected into a specific region of the semiconductor active layer 30, the parasitic capacitance is reduced. ing. In the semiconductor laser element 3, there is no layer that may leak current on the side of the p-type cladding layer 54 having the ridge structure, and therefore, the p-type cladding layer 54 is the same as the semiconductor laser element 2 having the current confining groove 80. Current leakage from side to side is cut off, and parasitic capacitance is reduced.

半導体レーザ素子3を用いる場合も、上記実施形態と同様、ジャンクションアップ方式を採用することで、p型電極72の設計自由度が高く、電流注入領域に対向して延びる電極本体部72aとパッド電極部72bとを有するパターンで形成するなど、p型電極72全体の面積を狭小化することができる。   Also in the case of using the semiconductor laser element 3, by adopting the junction-up method as in the above embodiment, the design flexibility of the p-type electrode 72 is high, and the electrode main body 72a and the pad electrode extending facing the current injection region The entire area of the p-type electrode 72 can be reduced, such as by forming a pattern having the portion 72b.

このように、半導体レーザ素子3を用いる場合も、電流狭窄構造とp型電極72全体の面積の狭小化によって寄生容量が低減され、高速変調性を向上することができる。   As described above, even when the semiconductor laser element 3 is used, the parasitic capacitance is reduced by the current confinement structure and the reduction of the entire area of the p-type electrode 72, and the high-speed modulation property can be improved.

また、上記実施形態と同様、半導体レーザ素子3のレーザ共振器長を500μm以上、好ましくは500μm以上2000μm以下とすることで、充分な高寿命性(例えば8万時間以上)を確保しつつ、GHz帯以上の高速変調性を実現することができる。   Similarly to the above-described embodiment, the laser resonator length of the semiconductor laser element 3 is 500 μm or more, preferably 500 μm or more and 2000 μm or less, so that sufficient long life (for example, 80,000 hours or more) is ensured, and GHz is obtained. It is possible to realize a high-speed modulation property higher than the band.

上記実施形態においては、n型電極71を半導体基板10の下面(p型電極72の形成側と反対側の面)に形成した場合についてのみ説明したが、n型電極71の形成箇所はn型クラッド層の20の下方であれば、半導体基板10の上面であってもよい。   In the above-described embodiment, only the case where the n-type electrode 71 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 10 (the surface opposite to the side where the p-type electrode 72 is formed) has been described. The upper surface of the semiconductor substrate 10 may be provided below the clad layer 20.

次に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。   Next, examples and comparative examples according to the present invention will be described.

(実施例1)
図3及び図4に示した半導体レーザ素子2を作製した。すなわち、リッジ構造の第2のp型クラッド層54が電流阻止層53の電流狭窄用開口部53a内に埋め込まれ、電流狭窄用開口部53aを挟んで一対の電流狭窄溝80が設けられ、p型電極72が電極本体部72a(幅30μm)とパッド電極部72b(幅100μm)とを有するパターンで形成された半導体レーザ素子2を作製した。素子幅は500μm、一対の電流狭窄溝の離間距離(狭窄幅)は30μmとした。半導体レーザ素子の図3に示す前方側の端面には反射率30%の反射膜をコーティングし、後方側の端面には反射率70%の反射膜をコーティングした。
Example 1
The semiconductor laser device 2 shown in FIGS. 3 and 4 was produced. That is, the second p-type cladding layer 54 having a ridge structure is embedded in the current confinement opening 53a of the current blocking layer 53, and a pair of current confinement grooves 80 are provided across the current confinement opening 53a. The semiconductor laser device 2 was fabricated in which the mold electrode 72 was formed in a pattern having an electrode body portion 72a (width 30 μm) and a pad electrode portion 72b (width 100 μm). The element width was 500 μm, and the distance between the pair of current confinement grooves (constriction width) was 30 μm. The front end face of the semiconductor laser element shown in FIG. 3 is coated with a reflection film having a reflectance of 30%, and the rear end face is coated with a reflection film having a reflectance of 70%.

得られた半導体レーザ素子2を用いて、図1及び図2に示した半導体レーザ装置1及び光送受信モジュール5を作製した。すなわち、半導体レーザ素子2の半導体基板10側(n型電極71側)を半田によりCu製チップキャリア210のヒートシンク211に実装固定し(ジャンクションアップ方式)、パッド電極部72bと駆動IC220とをワイヤボンディングにより導通して、半導体レーザ装置1を作製した。また、この半導体レーザ装置1を用いて、図2に示した光送受信モジュール5を作製した。プラスチック光ファイバ310としては、シングルコア(コア口径200μm)、ステップインデックス型(マルチモード)、長さ100mの光ファイバを用いた。受光素子320としてはSiフォトダイオードを用いた。   Using the obtained semiconductor laser element 2, the semiconductor laser device 1 and the optical transmission / reception module 5 shown in FIGS. That is, the semiconductor substrate 10 side (n-type electrode 71 side) of the semiconductor laser element 2 is mounted and fixed to the heat sink 211 of the Cu chip carrier 210 by soldering (junction up method), and the pad electrode portion 72b and the drive IC 220 are wire bonded. Thus, the semiconductor laser device 1 was manufactured. Further, by using this semiconductor laser device 1, the optical transceiver module 5 shown in FIG. As the plastic optical fiber 310, a single core (core aperture 200 μm), step index type (multimode), and 100 m long optical fiber was used. A Si photodiode was used as the light receiving element 320.

(比較例1)
p型電極をパッド電極部がなく全体の幅が300μmのパターンとし、p型電極側を半田により銅製チップキャリアのヒートシンクに実装固定し(ジャンクションダウン方式)、n型電極と駆動ICとをワイヤボンディングにより導通した以外は実施例1と同様にして、比較用の半導体レーザ装置及び光送受信モジュールを作製した。
(Comparative Example 1)
The p-type electrode has a pattern with no pad electrode part and an overall width of 300 μm, and the p-type electrode side is mounted and fixed to the heat sink of a copper chip carrier by soldering (junction down method), and the n-type electrode and the driving IC are wire bonded A semiconductor laser device for comparison and an optical transceiver module were manufactured in the same manner as in Example 1 except that the electrical conduction was performed.

(評価)
実施例1と比較例1の半導体レーザ装置について各々、共振器長を変えて寿命と変調速度を評価した。また、実施例1の光送受信モジュールについて伝送特性を評価した。評価方法は下記の通りとした。
(Evaluation)
For the semiconductor laser devices of Example 1 and Comparative Example 1, the lifetime and the modulation speed were evaluated by changing the resonator length. Further, the transmission characteristics of the optical transceiver module of Example 1 were evaluated. The evaluation method was as follows.

<寿命> 50℃、5mW連続出力の条件で、半導体レーザ素子単体の寿命試験を実施し、MTTF(Mean Time To Failure)を測定した。 <Life> A life test of a single semiconductor laser element was performed under conditions of 50 ° C. and 5 mW continuous output, and MTTF (Mean Time To Failure) was measured.

<変調速度> 小信号の変調特性を評価し、バイアス電流を増加させた時に信号が3dB減衰する周波数の最大値を変調速度として求めた。 <Modulation speed> The modulation characteristic of a small signal was evaluated, and the maximum value of the frequency at which the signal attenuated by 3 dB when the bias current was increased was determined as the modulation speed.

<伝送特性> 半導体レーザ装置を5mW出力で2.4Gbpsの速度で変調した時に受光素子により受光された光のビットエラーレート(BER)や波形パターン等を評価した。 <Transmission characteristics> The bit error rate (BER) of the light received by the light receiving element and the waveform pattern when the semiconductor laser device was modulated at a speed of 2.4 Gbps with 5 mW output were evaluated.

(結果)
実施例1及び比較例1の評価結果を図6に示す。図示するように、同じ共振器長で比較すれば、実施例1の半導体レーザ装置は比較例1に比して変調速度が5倍程向上されている。共振器長が長くなる程その分寄生容量が増え変調帯域が低下する傾向にあるが、実施例1の半導体レーザ装置では、共振器長2000μmにおいても1GHz帯の高速変調性が実現されており、共振器長0〜2000μmの広範囲においてGHz帯以上の高速変調性が実現されている。
(result)
The evaluation results of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG. As shown in the figure, when compared with the same resonator length, the modulation speed of the semiconductor laser device of Example 1 is improved by about 5 times compared with Comparative Example 1. The longer the resonator length, the more parasitic capacitance increases and the modulation band tends to decrease. However, in the semiconductor laser device of Example 1, high-speed modulation in the 1 GHz band is realized even at a resonator length of 2000 μm. High-speed modulation over the GHz band is realized in a wide range of the resonator length of 0 to 2000 μm.

実施例1の半導体レーザ装置は比較例1に比して寿命は短いが、共振器長500μm以上とすることで、MTTF8万時間以上の充分な高寿命性が実現されている。実装方式によらず、50℃、5mW出力の駆動条件では共振器長が長くなる程長寿命化している。本発明者は、AlGaInP系半導体レーザ素子では、出力5mW程度では端面劣化がほとんど問題とならず信頼性は電流密度に大きく依存し、共振器長を長くして低電流密度化することで長寿命化が図られると推察している。   The semiconductor laser device of Example 1 has a shorter lifetime than that of Comparative Example 1, but a sufficiently long lifetime of MTTF of 80,000 hours or more is realized by setting the resonator length to 500 μm or more. Regardless of the mounting method, the lifetime increases as the resonator length increases under the driving conditions of 50 ° C. and 5 mW output. The present inventor has found that, with an AlGaInP-based semiconductor laser device, the degradation of the end face hardly becomes a problem at an output of about 5 mW, and the reliability greatly depends on the current density, and the lifetime is increased by increasing the resonator length and reducing the current density. I guess that will be realized.

実施例1の光送受信モジュールの伝送特性を評価したところ、受信光におけるビットエラーレートは10−9オーダーでも受信感度は良好であり、波形パターンも明瞭なアイが開いた良好なパターンであった。 When the transmission characteristics of the optical transceiver module of Example 1 were evaluated, the reception sensitivity was good even when the bit error rate in the received light was on the order of 10 −9 , and the waveform pattern was a good pattern with a clear eye.

(実施例2)
図5に示した、電流阻止層と電流狭窄溝のないタイプの半導体レーザ素子3を作製した。p型電極72は電極本体部(幅3μm)とパッド電極部(幅100μm)とを有するパターンで形成した。素子幅は300μmとした。半導体レーザ素子の図5に示す前方側の端面には反射率40%の反射膜をコーティングし、後方側の端面には反射率80%の反射膜をコーティングした。
(Example 2)
A semiconductor laser element 3 of the type having no current blocking layer and current confinement groove shown in FIG. 5 was produced. The p-type electrode 72 was formed in a pattern having an electrode body portion (width 3 μm) and a pad electrode portion (width 100 μm). The element width was 300 μm. The front end face of the semiconductor laser device shown in FIG. 5 was coated with a reflection film having a reflectance of 40%, and the rear end face was coated with a reflection film having a reflectance of 80%.

得られた半導体レーザ素子3の半導体基板側(n型電極側)を半田によりCuW製チップキャリアのヒートシンクに実装固定し(ジャンクションアップ方式)、パッド電極部と駆動ICとをワイヤボンディングにより導通して、実施例1と同様に半導体レーザ装置1を作製した。この半導体レーザ装置を用いて、実施例1と同様に光送受信モジュールを作製した。プラスチック光ファイバの長さは30mとした。   The semiconductor substrate side (n-type electrode side) of the obtained semiconductor laser element 3 is mounted and fixed to the heat sink of the CuW chip carrier by soldering (junction up method), and the pad electrode part and the driving IC are made conductive by wire bonding. A semiconductor laser device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1. Using this semiconductor laser device, an optical transceiver module was fabricated in the same manner as in Example 1. The length of the plastic optical fiber was 30 m.

(評価)
<寿命と変調速度> 実施例2の半導体レーザ装置について共振器長を2000μmとし、寿命と変調速度を評価した(評価方法は実施例1及び比較例1と同様)。
(Evaluation)
<Lifetime and Modulation Speed> With respect to the semiconductor laser device of Example 2, the cavity length was set to 2000 μm, and the life and modulation speed were evaluated (the evaluation method is the same as in Example 1 and Comparative Example 1).

<伝送特性> 実施例2の光送受信モジュールについて伝送特性を評価した。半導体レーザ装置を5mW出力で1.0Gbpsの速度で変調した時に受光素子により受光された光のビットエラーレート(BER)や波形パターン等を評価した。 <Transmission characteristics> The transmission characteristics of the optical transceiver module of Example 2 were evaluated. The bit error rate (BER) and the waveform pattern of the light received by the light receiving element when the semiconductor laser device was modulated at a speed of 1.0 Gbps with 5 mW output were evaluated.

(結果)
実施例2の半導体レーザ装置(共振器長2000μm)の変調速度は1.0GHz、寿命(MTTF)は30万時間以上であり、実施例1と同様、GHz帯以上の高速変調性と高寿命性が実現された。光送受信モジュールの伝送特性を評価したところ、実施例1と同様、受信光におけるビットエラーレートは10−9オーダーでも受信感度は良好であり、波形パターンも明瞭なアイが開いた良好なパターンであった。
(result)
The semiconductor laser device of Example 2 (resonator length 2000 μm) has a modulation speed of 1.0 GHz and a lifetime (MTTF) of 300,000 hours or more. Was realized. When the transmission characteristics of the optical transceiver module were evaluated, as in Example 1, the reception sensitivity was good even when the bit error rate in the received light was on the order of 10 −9 , and the waveform pattern was a good pattern with a clear eye. It was.

本発明の半導体レーザ装置、光送信モジュール及び光送受信モジュールは、光通信など、高速変調性が要求される用途に好ましく利用できる。   The semiconductor laser device, optical transmission module, and optical transmission / reception module of the present invention can be preferably used for applications that require high-speed modulation such as optical communication.

本発明に係る実施形態の半導体レーザ装置の概略斜視図1 is a schematic perspective view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る実施形態の光送信モジュール及び光送受信モジュールの全体構成図1 is an overall configuration diagram of an optical transmission module and an optical transmission / reception module according to an embodiment of the present invention. 図1の半導体レーザ装置をなす半導体レーザ素子の拡大斜視図1 is an enlarged perspective view of a semiconductor laser element forming the semiconductor laser device of FIG. 図3の半導体レーザ素子の断面図Sectional view of the semiconductor laser device of FIG. 半導体レーザ素子の他の態様を示す拡大斜視図An enlarged perspective view showing another embodiment of the semiconductor laser element 本発明に係る実施例1及び比較例1の評価結果を示す図The figure which shows the evaluation result of Example 1 which concerns on this invention, and Comparative Example 1

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体レーザ装置
2、3 半導体レーザ素子
4 光送信モジュール
5 光送受信モジュール
10 n型半導体基板(第1導電型半導体基板)
20 n型クラッド層(第1導電型クラッド層)
30 半導体活性層
30a 半導体活性層の電流注入領域
51、54、56 p型クラッド層(第2導電型クラッド層)
57 リッジ構造部
60 p型コンタクト層(第2導電型コンタクト層)
71 n型電極(第1導電型電極)
72 p型電極(第2導電型電極)
72a 電極本体部
72b パッド電極部
220 駆動IC(駆動回路)
200 実装基板
310 プラスチック光ファイバ
320 受光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser apparatus 2, 3 Semiconductor laser element 4 Optical transmission module 5 Optical transmission / reception module 10 n-type semiconductor substrate (1st conductivity type semiconductor substrate)
20 n-type cladding layer (first conductivity type cladding layer)
30 Semiconductor active layer 30a Current injection region of semiconductor active layer 51, 54, 56 p-type cladding layer (second conductivity type cladding layer)
57 Ridge structure 60 p-type contact layer (second conductivity type contact layer)
71 n-type electrode (first conductivity type electrode)
72 p-type electrode (second conductivity type electrode)
72a Electrode body 72b Pad electrode 220 Drive IC (drive circuit)
200 mounting substrate 310 plastic optical fiber 320 light receiving element

Claims (6)

第1導電型半導体基板の一方の面に、該半導体基板側から上方に第1導電型クラッド層と半導体活性層と単数又は複数の第2導電型クラッド層と第2導電型コンタクト層と第2導電型電極とを順次有し、前記第1導電型クラッド層の下方に第1導電型電極を有し、かつ少なくとも一層の前記第2導電型クラッド層がリッジ構造を有して前記半導体活性層の特定領域に選択的に電流が注入される構成とされ、レーザ共振器長が500μm以上であるAlGaInP系半導体レーザ素子を備え、
該半導体レーザ素子の前記半導体基板側が実装基板に実装されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
A first conductivity type cladding layer, a semiconductor active layer, one or a plurality of second conductivity type cladding layers, a second conductivity type contact layer, and a second layer are formed on one surface of the first conductivity type semiconductor substrate upward from the semiconductor substrate side. A first conductive type electrode under the first conductive type cladding layer, and at least one second conductive type cladding layer has a ridge structure, and the semiconductor active layer An AlGaInP-based semiconductor laser element having a laser cavity length of 500 μm or more, wherein a current is selectively injected into the specific region of
A semiconductor laser device, wherein the semiconductor substrate side of the semiconductor laser element is mounted on a mounting substrate.
前記半導体レーザ素子のレーザ共振器長が2000μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a laser cavity length of the semiconductor laser element is 2000 [mu] m or less. 前記半導体レーザ素子は、前記半導体活性層の電流注入領域がレーザ共振器軸方向に帯状に延び、前記第2導電型電極が、前記電流注入領域に対向して延びる帯状の電極本体部と該電極本体部の側方に連設されたパッド電極部とを有するものであり、該パッド電極部が前記実装基板の駆動回路に導通されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体レーザ装置。   In the semiconductor laser element, a current injection region of the semiconductor active layer extends in a band shape in the direction of the laser resonator axis, and the second conductive type electrode extends in a band-like electrode body portion and the electrode extending opposite to the current injection region 3. The device according to claim 1, further comprising a pad electrode portion provided on a side of the main body portion, wherein the pad electrode portion is electrically connected to a driving circuit of the mounting substrate. Semiconductor laser device. 前記半導体レーザ素子から出射される光の中心波長が、25℃、5mW出力時に650〜670nmの範囲内にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ装置。   4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a center wavelength of light emitted from the semiconductor laser element is in a range of 650 to 670 nm at 25 ° C. and 5 mW output. 請求項1〜4のいずれかに記載の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出射光を送信するプラスチック光ファイバとを備えたことを特徴とする光送信モジュール。   An optical transmission module comprising: the semiconductor laser device according to claim 1; and a plastic optical fiber that transmits light emitted from the semiconductor laser device. 請求項1〜4のいずれかに記載の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出射光を送信するプラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバからの出射光を受光する受光素子とを備えたことを特徴とする光送受信モジュール。   5. A semiconductor laser device according to claim 1, a plastic optical fiber that transmits light emitted from the semiconductor laser device, and a light receiving element that receives light emitted from the plastic optical fiber. An optical transceiver module characterized by the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015513229A (en) * 2012-04-12 2015-04-30 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Osram Opto Semiconductors GmbH Laser diode device
JP2015135911A (en) * 2014-01-17 2015-07-27 日本オクラロ株式会社 Semiconductor optical element and optical module

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