JP2007243072A - 半導体光増幅器複合半導体レーザー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光の発光効率が高く、波形歪みが少なくモード乱れを抑えた高ビーム品質のレーザー光を得ることができる。
【解決手段】ＩｎＰ基板１１上に、半導体レーザー構造のレーザー部位２５と、テーパ状構造のＩｎＰクラッド層１６及びＩｎＧａＡｓコンタクト層１７が二段に重ねられた階段状のリッジ構造を有する半導体光増幅器構造の光増幅部位２６とを含む層構造が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体光増幅器複合半導体レーザー装置に関し、詳しくは、レーザー構造及び光増幅器構造を備えた高出力型の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置に関する。

従来より、半導体レーザーは、種々の形態のメディアを構成する光源として広く使用されている。そして、種々の用途に適用し得るように、半導体レーザーは高出力化と小型化が図られている。

しかしながら、半導体レーザーから出力されたレーザー光を単一モード光ファイバや光導波路などに結合する場合に、出力されたレーザー光のモードと光ファイバや光導波路の持つモードとの間でモード差が生じやすく、このモード差に起因して大きい結合損失が生じることがある。

このような結合損失を解消するための手段の一つとして、ビーム形状を大きくすると共に、光ファイバとの結合を容易にするスポットサイズ変換器や、コリメータレンズやフォーカスレンズを有するレンズ機構などを用いる技術が提案されている。

特に、スポットサイズ変換器は、半導体レーザー等の半導体素子基板上に集積することが可能であるほか、高出力化することができ、装置の小型化の点でも有利である。スポットサイズ変換器については、これまで種々の検討が行なわれており、例えば半導体レーザーとテーパ状の光導波路とが組み合わせられた構造などに関する開示がある（例えば、特許文献１〜５参照）。

また、半導体レーザーは、レーザー出力を高めていくに伴なってビーム品質が悪化することが知られている。そのため、光増幅器を用いた高出力化が広く行なわれており、例えば、出力されたレーザー光のモード（光強度）と利得領域とが一致するようにして、単一モードに発振する分布帰還形半導体レーザーのレーザー光を光増幅器を用いて増幅することにより、高出力で高ビーム品質のレーザー光を得ようとする技術が開示されている（例えば、特許文献６及び非特許文献１参照）。
特開２００５−２１０１２０号公報 特開２００２−１７１０２７号公報 特開２００４−１１４６７１号公報 特開平１１−１０３１２６号公報 特開平０９−２８８２８７号公報 特許３３０６１０４号 ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮ．ＴＥＣＨ．ＬＥＴＴ．VOL.9 1997 pp.440-442

しかし、半導体レーザーを高出力化した場合、端面発光型の発光デバイスでは、光を取り出す光取り出し口での光強度が強くなるため、端面で発熱し、発熱により発光効率は低下する。そのため、所望の光強度を得ようと電流値を高めると、さらに端面が発熱することになり、更なる発熱によって発光効率は更に低下するといった悪循環が継続し、ひいては端面から破壊してしまう課題がある。

また、上記したように、レーザー光のモード（光強度）と利得領域とが一致する構造とした場合は、誘導放射の光強度が強くなって過剰になると、誘導放射を起こしている波長近傍のキャリアが不足して利得が減少する（以下、利得飽和ということがある。）傾向にあり、この利得の減少に伴なって、レーザー光の発光効率は低下する。
さらに、光強度が過剰な利得飽和の状態では、波形歪みを生じる。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、レーザー光の発光効率が高く、波形歪みが少なくモード乱れを抑えた高ビーム品質のレーザー光を得ることができる高出力型の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを目的とする。

本発明は、半導体レーザーから出力されたレーザー光を光増幅器に入射して増幅する場合に、光増幅器の利得領域に２段以上の階段状リッジ構造をテーパ状に設けることが、利得領域での光強度が過大になるのを抑制し、利得飽和を起こさないようにするのに有効であるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。

前記目的を達成するために、本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置は、半導体基板上に、少なくともＮ型高屈折率層と活性層とＰ型高屈折率層と該Ｐ型高屈折率層より屈折率の低いＰ型クラッド層とが前記半導体基板側から順に設けられた層構造を設けて、この層構造が、半導体レーザー構造に形成されたレーザー部位と、テーパ状構造が複数段重ねられた階段状のリッジ構造を有する半導体光増幅器構造に形成された光増幅部位とを含む構成としたものである。

すなわち、半導体レーザー構造（レーザー部位）と半導体光増幅器構造（光増幅部位）とはそれぞれ、半導体基板側から順に少なくともＮ型高屈折率層と活性層とＰ型高屈折率層とＰ型クラッド層と（好ましくはコンタクト層と）が設けられた層構造を有しており、さらに半導体光増幅器構造は、前記層構造を構成する、例えばＰ型クラッド層（及び好ましくはコンタクト層）の少なくとも一部を、テーパ状構造が複数段重ねられた階段状のリッジ構造となるように形成したものである。

本発明においては、半導体レーザー構造（レーザー部位）から発生したレーザー光が半導体光増幅器構造（光増幅部位）に入射し増幅される際に、レーザー光が入射される半導体光増幅器構造、すなわち光増幅部位の利得領域に、レーザー部位側から該側と逆側の端面に向かって漸次的に幅広に大きくなるリッジ形状のテーパ状構造が二段以上階段状に重ねられたリッジ構造を設けることで、この漸次的に拡大するリッジ構造のＰ型高屈折率層から離れるリッジ構造側（階段状リッジ構造の上階方向）に導波モードの光が広がり伝播していくにしたがって、活性層と一致していた利得領域が光強度大となる位置から離れる、すなわち利得領域の、本来の光強度分布域との不一致を形成することができるので、利得領域での光強度が過大に強くなるのを防いで利得飽和が起きないようにし、発光効率の低下及び波形歪みを効果的に防止することができる。

また、意図的に利得領域がレーザー光の光強度分布域と一致しないように光強度をリッジ側に広げるので、単位面積あたりの光強度が弱まり、端面破壊を抑えることができる。
さらに、リッジ構造にしたテーパ状に形成された部分に利得領域があることで、モード形状の変換が起こり、ビーム径を大きくして発散角を狭めることが可能であるので、導波路を広げて弱化する光強度を補って高出力化することができる。

本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置では、層構造を構成するＰ型クラッド層が、低屈折率の第１クラッド層と、少なくとも前記第１クラッド層よりも屈折率の高い第２クラッド層とを含む二層以上の積層構造に構成されていることが望ましい。

Ｐ型クラッド層を二層以上の積層構造にし、このＰ型クラッド層の少なくとも一部にテーパ状構造が複数段重ねられた階段状のリッジ構造を形成するようにすることができる。
また、Ｐ型クラッド層を複数層で構成する場合に、半導体基板上のＰ型高屈折率層側から順に屈折率が高くなる構成、例えば二層構成の場合には、半導体基板上のＰ型高屈折率層の上に低屈折率の第１クラッド層、第１クラッド層より屈折率の高い第２クラッド層をこの順に設けて構成することで、リッジ側に光の広がりを持たせつつ、レーザー光の閉じ込め効果をも確保でき、発光効率の低下及び波形歪みを効果的に防止しながら、高出力化することができる。

また、Ｐ型クラッド層の半導体基板から離れた側に更にコンタクト層を設けた層構造にしてもよく、この場合には、Ｐ型クラッド層におけるテーパ状構造とコンタクト層におけるテーパ状構造とを重ねて階段状のリッジ構造を形成することができる。

本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置を構成する半導体レーザー構造（レーザー部位）には、回折格子を設けて好適に構成することができる。

本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置を構成する半導体レーザー構造（レーザー部位）の端面及び半導体光増幅器構造（光増幅部位）の端面の少なくとも一つは、光導波路の中心線に対して傾斜する（≠９０°）ように設けられていることが望ましい。

レーザー部位と光増幅部位との間が連続的でない場合、レーザー部位及び光増幅部位の端面（例えばレーザー部位側の一端及びこれと反対側の他端）の少なくとも一つが、光導波路の導波方向における中心線に対して傾斜していることで、各部位の端面反射率が著しく低下するので、レーザー出力時に、例えばレーザー部位から出射したレーザー光が光増幅部位に入射するときに光増幅部位のレーザー部位側端面で反射したり、光増幅部位のレーザー部位側端面と反対側の端面で反射する等を防止することができ、反射により光導波路を出射方向と逆方向に戻る戻り光が低減されると共に、外部の光学部品からの戻り光が導波路に結合するのを防止できる。高出力化に効果的である。
また、ファブリペロモードが著しく抑圧され、シングルモード動作が良好になるほか、製造工程上、無反射コーティングの工程を省くことが可能になり、低コスト化の点でも有用である。

本発明における半導体光増幅器構造（光増幅部位）には、電流注入領域と電流非注入領域とを設けることができる。例えば光増幅部位のレーザー出射端面に電流非注入領域を設けることにより、出射端の端面破壊を防止することができる。

さらに、本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置は、半導体基板として単一の基板で構成された半導体チップを用い、この単一の半導体チップの上に、複数のレーザー部位及び／又は複数の光増幅部位を設ける（例えば、レーザー部位及び光増幅部位の複合構造を複数設ける）ことによってアレイ光源に好適に構成することが可能である。
同一の半導体チップ上に複数個を集積することで小型化することができる。

本発明によれば、レーザー光の発光効率が高く、波形歪みが少なくモード乱れを抑えた高ビーム品質のレーザー光を得ることができる高出力型の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の実施形態について詳細に説明すると共に、該説明を通じてアレイ光源についても述べる。

（第１実施形態）
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第１実施形態を図１〜図４を参照して説明する。本実施形態の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置は、半導体基板上に設けられたＰ型クラッド層に隣接して更にコンタクト層を設け、Ｐ型クラッド層とコンタクト層とをテーパ状構造に形成して重ね、二段のリッジ構造を設けて構成したものである。

本実施形態の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置は、図１〜図２に示すように、Ｎ型のＩｎＰ基板（Ｓドープ、キャリア濃度１０¹⁸cm^-3）１１の上に順次、厚み０．２μｍのＮ型ＩｎＰ層（Ｓドープ、キャリア濃度１０¹⁷cm^-3）１２と、厚み０．２μｍのＩｎＧａＡｓＰガイド層（キャリア濃度１０¹⁷cm^-3；Ｎ型高屈折率層）１３と、厚み０．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層（キャリア濃度０cm^-3）１４と、厚み０．２μｍのＩｎＧａＡｓＰガイド層（キャリア濃度１０¹⁷cm^-3；Ｐ型高屈折率層）１５とが積層されており、このＩｎＧａＡｓＰガイド層１５上には、さらに単層のＩｎＰクラッド層（Ｚｎドープ、キャリア濃度１０¹⁷cm^-3；Ｐ型クラッド層）１６が積層された層構造となっている。

ＩｎＰクラッド層１６は、図１及び図２に示すように、レーザー部位２５と光増幅部位２６とで厚みが異なるようにして設けられている。レーザー部位２５は、層構造の一方の端面から長さａの領域であり、この領域には厚みａ´＝１μｍのＩｎＰクラッド層が形成されている。また、光増幅部位２６は、長さａのレーザー部位２５から間隙ｃの位置と層構造の他端との間の長さｂの領域であり、この領域はレーザー部位のＩｎＰクラッド層と連続した厚みｂ´＝２μｍのＩｎＰクラッド層が形成されている。

レーザー部位２５には、回折格子２０が形成されてレーザー光の出射が可能な幅Ｒ＝３μｍの半導体レーザー構造２７が形成されており、半導体レーザー構造２７の一端から光増幅部位２６にレーザー光が入射されるようになっている。

回折格子２０は、ＩｎＧａＡｓ（キャリア濃度１０¹⁷cm^-3）を周期性が得られるように形成して構成された構造であり、幅１１５ｎｍ、周期２３０ｎｍ、厚み１００ｎｍのサイズに形成されている。回折格子は、ＩｎＧａＡｓ以外に、ＩｎＧａＡｓＰなどを適宜選択してＩｎＧａＡｓと同様の方法により構成することができる。

光増幅部位２６は、図２に示すように、レーザー部位よりもＩｎＰクラッド層が厚く、レーザー部位からみてリッジな構造となっている。また、光増幅部位２６におけるＩｎＰクラッド層１６は、図１に示すように、光増幅部位２６のレーザー部位側の端面で半導体レーザー構造２７と略同一の幅Ｒとなっており、層構造の他端に向かって漸次的に幅広に大きくなる台形状のテーパ状構造となっている。層構造の他端でのＩｎＰクラッド層１６の幅は、一端の幅Ｒ（３μｍ）に対して３００μｍである。

光増幅部位２６におけるＩｎＰクラッド層１６の上には、ＩｎＧａＡｓコンタクト層（高濃度Ｚｎドープ、キャリア濃度１０¹⁸cm^-3）１７が更に積層されている。このＩｎＧａＡｓコンタクト層１７は、図１に示すように、ＩｎＰクラッド層１６の端面から距離ｄにおける幅方向中央を起点に、層構造の他端に向かって漸次的に幅広に大きくなる二等辺三角形のテーパ状構造となっている。層構造の他端では、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７はＩｎＰクラッド層１６の幅と同一幅となっている。

上記したように、ＩｎＰクラッド層１６を、ＩｎＰクラッド層のレーザー部位側の一端の幅をＩｎＧａＡｓコンタクト層１７よりも広幅にして他端側に漸次的に幅広になるテーパ状構造に形成すると共に、このＩｎＰクラッド層１６上に重ねて、ＩｎＰクラッド層のレーザー部位側の一端の幅方向中央部を起点に、幅方向が漸次的に幅広になるテーパ状構造のＩｎＧａＡｓコンタクト層１７を設けることにより、テーパ状構造が二段に重ねられた階段状のリッジ構造が形成されている。以下、リッジ構造を形成したことによる動作原理について図３を参照して詳細に説明する。

図３−（ａ）は、半導体光増幅器複合半導体レーザー装置のレーザー部位２５と光増幅部位２６との境界（Ａ−Ａ’線）での断面図を表すものである。図３−（ａ）に示すように、レーザー部位２５と光増幅部位２６との境界付近では、ビームプロファイルで示される光強度分布域、すなわち光強度が強くなる利得領域がＩｎＧａＡｓＰ活性層１４と一致しているが、テーパ状構造が二段に重ねられた階段状のリッジ構造となっている領域では、利得領域が図３−（ｂ）に示すように、リッジ構造の幅の拡大とともに拡がると同時に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１４からリッジ構造側（上階方向）にやや移動している。さらに、リッジ構造がより幅広で高層の層構造となる他端側では、図３−（ｃ）に示すように、利得領域がさらにリッジ構造の幅の拡がりとともに拡がり、リッジ構造側に偏っている。
このように、レーザー部位２５から光増幅部位２６に向かって導波モードの光が広がって伝播していくにしたがい、層構造中の光強度が強くなる利得領域が、リッジ構造の幅の拡がりとリッジ高の高まりにしたがって大きくなるために、単位面積あたりの光強度が弱まる。そのため、利得領域では、光強度が過大に強くなることがなく、利得飽和が起きるのを防止することができる。これにより、発光効率の低下及び波形歪みを効果的に防止することができる。

また、上記のようにリッジ構造を設けることで意図的に利得領域が光強度分布域と一致しないようにし、単位面積あたりの光強度が弱まることで、利得領域での光強度が過大になることに伴なうレーザー出射端の端面破壊が抑えられる。さらに、利得領域は、テーパ状に構成されたリッジ構造の部位に移動して、モード形状の変換を起こしつつ形成され、ビーム径を大きくして発散角を狭めることが可能であるので、導波路を広げて弱化する光強度を補って高出力化することが可能になる。

光増幅部位における、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７の表面、ＩｎＰクラッド層１６のＩｎＧａＡｓコンタクト層１７が形成されていない露出面、及びＩｎＧａＡｓＰガイド層１５のＩｎＰクラッド層１６が形成されていない露出面には、蒸着形成されたＴｉ膜１００ｎｍの上にＡｕ１００ｎｍを蒸着した金属多層膜のＰ電極１８が形成されている。

また、レーザー部位におけるＩｎＰクラッド層１６の表面には、Ｐ電極と同様にＴｉ膜１００ｎｍの上にＡｕ１００ｎｍを蒸着した金属多層膜（Ｔｉ／Ａｕ膜）のレーザーＰ電極１９が形成されている。

Ｐ電極及びレーザーＰ電極を構成する電極材料には、Ｔｉ／Ａｕ膜以外に、Ｐｔ／Ｔｉ／Ａｕ膜などの多層膜を用いることができる。

ＩｎＰ基板１１のＩｎＰ層１２等が設けられていない側には、蒸着形成されたＴｉ膜１００ｎｍの上にＡｕ１００ｎｍを蒸着した金属多層膜のＮ電極２１が形成されている。
Ｎ電極を構成する電極材料には、Ｔｉ／Ａｕ膜以外に、Ａｕ−Ｇｅ合金などの金属を用いることができる。

次に、本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の作製方法を説明する。
−１）基板上への各層の形成−
Ｎ型のＩｎＰ基板（Ｓドープ、キャリア濃度１０¹⁸cm^-3）を用意し、このＩｎＰ基板を５００〜７００℃に加熱して、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法；キャリアガス：水素（Ｈ₂）、原料ガス：ターシャルブチルホスフィン（ＴＢＰ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ））を用いた常法により、図２に示すように、ＩｎＰ基板１１上に厚み０．２μｍのＮ型ＩｎＰ層（Ｓドープ、キャリア濃度１０¹⁷cm^-3）１２を成長させて形成する。

ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）は、半導体レーザ等の生産に一般に用いられる化合物体の薄膜成長法である。原料ガスには、主に液体の有機金属〔例えば、ターシャルブチルホスフィン（以下、ＴＢＰと略記する）、ターシャルブチルアルシン（以下、ＴＢＡｓと略記する）、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡｌと略記する）、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧａと略記する）、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩｎと略記する）〕を用い、キャリアガス（例えば水素（Ｈ₂））でバブリングして気体として反応室に供給する。原料ガスは、５００〜７００℃に加熱された基板上で分解し、基板上に薄膜が成長される。

Ｎ型ＩｎＰ層１２の形成後に連続して、前記同様に５００〜７００℃に加熱しつつ、ＭＯＣＶＤ法〔キャリアガス：水素（Ｈ₂）、原料ガス：ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＢＰ、ＴＢＡｓ〕を用いた常法により、Ｎ型ＩｎＰ層１２上に、厚み０．２μｍのＮ型のＩｎＧａＡｓＰガイド層（キャリア濃度１０¹⁷cm^-3）１３を成長させて積層し、引き続いて、ＭＯＣＶＤ法〔キャリアガス：水素（Ｈ₂）、原料ガス：ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＢＰ、ＴＢＡｓ〕を用いた常法により、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１３上に、厚み０．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層（キャリア濃度０cm^-3）１４を成長させて積層する。

その後さらに連続して、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１４上に、ＭＯＣＶＤ法〔キャリアガス：水素（Ｈ₂）、原料ガス：ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＢＰ、ＴＢＡｓ〕を用いた常法により、厚み０．２μｍのＰ型のＩｎＧａＡｓＰガイド層（キャリア濃度１０¹⁷cm^-3）１５を成長させて積層する。

−２）半導体レーザー構造の形成−
その後、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１５上に、ＭＯＣＶＤ法〔キャリアガス：水素（Ｈ₂）、原料ガス：ＴＭＩｎ、ＴＢＰ〕を用いた常法により、ＩｎＰクラッド層（Ｚｎドープ、キャリア濃度１０¹⁷cm^-3）１６を所定の厚みに一旦形成しておき、このＩｎＰクラッド層上のレーザー部位を形成する領域に、電子線描画装置（クレステック（株）製）により、燐酸及び過酸化水素水を水で希釈した混合液を用いて周期性が得られるようにして、幅１１５ｎｍ、周期２３０ｎｍ、厚み１００ｎｍよりなる回折格子を形成し、光の進行方向に沿って周期構造を設けた分布帰還形半導体レーザーを構成する。その後、再びＭＯＣＶＤ法により上記同様の条件にて、ＩｎＰクラッド層を結晶成長させる。

−３）半導体光増幅器構造の形成−
引き続いて、ＩｎＰクラッド層１６上に、上記同様にＭＯＣＶＤ法〔キャリアガス：水素（Ｈ₂）、原料ガス：ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＢＡｓ〕を用いた常法により、ＩｎＧａＡｓコンタクト層（高濃度Ｚｎドープ、キャリア濃度１０¹⁸cm^-3）１７を積層し、ＩｎＰ基板上に６層が積層された層構造を形成する。

そして、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７の表面に、半導体製造工程で一般に用いられるフォトリソ法により、層構造のレーザー部位を形成しようとする領域（図１中の幅ａの領域）のみが露出するようにパターニングして、ＩｎＧａＡｓコンタクト層上の光増幅部位を形成しようとする領域（図１中の幅ｂの領域）にフォトレジスト膜を形成する。

このフォトレジスト膜をマスクとして、塩素ガスを用いたドライエッチング法により、レーザー部位となる領域のＩｎＧａＡｓコンタクト層１７及びＩｎＰクラッド層１６をＩｎＰクラッド層１６の厚みがａ’になるまでエッチングすると共に、光増幅部位となる領域のＩｎＧａＡｓコンタクト層１７及びＩｎＰクラッド層１６を、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１５が露出するまでエッチングする。
このとき、図２に示すように、レーザー部位２５が光増幅部位２６に比べて薄い段差構造が形成されており、光増幅部位２６には、図１に示すように、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７及びＩｎＰクラッド層１６からなる高さｂの台形状の一段のリッジ構造が形成されている。

続いて、再び層構造の光増幅部位２６となる領域の表面全面（すなわち台形状のＩｎＧａＡｓコンタクト層１７及び露出したＩｎＧａＡｓＰガイド層１５の表面）にフォトレジスト膜を形成後、半導体製造工程で一般に用いられるフォトリソ法により、図１に示すように、リッジ構造の２段目となる二等辺三角形状パターンにパターニングされたフォトレジスト膜を形成する。

このフォトレジスト膜をマスクとして、塩素ガスを用いたドライエッチング法により、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７のみを、二等辺三角形状パターン外のＩｎＰクラッド層１６が露出するまでエッチングし、二等辺三角形状のＰ型クラッド層と台形状のＩｎＧａＡｓコンタクト層とを重ねて導波路となる二段の段差構造のリッジ構造を形成する。

その後、残存するフォトレジスト膜をアセトン（有機溶剤）又はレジスト剥離液を用いて除去する。

次に、層構造の露出するＩｎＧａＡｓＰガイド層１５の表面並びにＩｎＰクラッド層１６及びＩｎＧａＡｓコンタクト層１７の表面全体に、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＮ膜（絶縁膜）を形成し、半導体製造工程で一般に用いられるフォトリソ法により、電極窓をパターニングし、光増幅部位２６のＩｎＰクラッド層１６及びＩｎＧａＡｓコンタクト層１７上のＳｉＮ膜のみを緩衝フッ酸（ＨＦ）を用いてエッチングする。
なお、プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ₂膜を形成するようにしてもよい。

そして、半導体製造工程で一般に用いられるフォトリソ法により、Ｐ電極リフトオフ用にレジストパターンを、図１及び図２に示す距離ｃに相当する領域にのみ形成し、真空蒸着装置を用いてＰ型電極を蒸着する。その後、リフトオフ法により、レジスト剥離液を用いてフォトレジスト膜上に形成されている不要な電極材を、残存するフォトレジスト膜と共に除去する。

上記のようにＩｎＰ基板の一方の側にレーザー部位（半導体レーザー構造）２５及び光増幅部位（半導体光増幅器構造）２６を形成した後、ＩｎＰ基板の他方の側を、ダイヤモンド微粒等の研磨材により基板の厚みが１００μｍになるまで研磨する。研磨後、真空蒸着装置を用いて、Ｔｉ膜を蒸着してＮ電極を形成する。
以上のようにして、本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置を作製することができる。

本実施形態では、ＩｎＰクラッド層（Ｐ型クラッド層）を単層に構成したが、単層に限らず、複数の層を積層した多層構成とすることができる。多層構成は、光密度を下げることができる点で好適である。
この場合、Ｐ型クラッド層は、低屈折率の第１クラッド層と、少なくとも第１クラッド層よりも屈折率の高い第２クラッド層とを含む二層以上の多層構造に構成することができる。具体的には、例えば図４に示すように、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１５上に該ガイド層側から順に、屈折率ρ¹の第１のＩｎＧａＡｓＰクラッド層〔Ｚｎドープ、キャリア濃度１０¹⁷cm^-3〕３１、屈折率ρ²（ρ¹＜ρ²）の第２のＩｎＧａＡｓＰクラッド層〔Ｚｎドープ、キャリア濃度１０¹⁷cm^-3〕３２を積層した２層構造にすることができる。

上記のように、Ｐ型クラッド層を多層構造にする場合、各層の厚みは適宜選択すればよい。また、多層構造の層構成は、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１５側から徐々に屈折率が高くなる構成になっていればよく、二層のほか、三層以上の多層であってもよい。

（第２実施形態）
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第２実施形態を図５〜図６を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の互いに対向しないレーザー部位２５の端面と光増幅部位２６の端面とをそれぞれ光導波路の中心線に対して傾斜面となるように構成したものである。

なお、各層は第１実施形態で使用した材料及び方法を用いて第１実施形態と同様に形成することが可能であり、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施形態の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置は、図５に示すように、レーザー部位２５の光増幅部位２６側端面と反対側の端面及び、光増幅部位２６のレーザー部位２５側端面と反対側の端面は、光導波路の中心線ｅの方向と直交しない傾斜角を有するように形成されている。

光導波路の光の伝搬方向である中心線ｅの方向に対して傾斜する傾斜面に構成されるので、端面反射率を大幅に低減することができる。例えば図６に示すように、レーザー出力時には、端面で反射した反射光が共振器に還らず端面反射率が低くなって半導体レーザーへの戻り光が減少し、半導体レーザー動作が良好になる。また、光増幅部位のレーザー部位側端面と反対側の端面での反射を防止でき、反射して光導波路を出射方向と逆方向に戻る戻り光や、外部の光学部品からの戻り光が導波路に結合するのを防止できるようになっている。

中心線ｅの方向に対して傾斜する傾斜面は、予め図１及び図２に示すような層構造を作製しておき、その後所望の傾斜面（端面）が形成されるように断裁することにより作製することができる。

（第３実施形態）
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第３実施形態を図７を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態における光増幅部位のレーザー部位と対向しない側に、電流非注入領域を形成して構成したものである。

なお、電流非注入領域を除き各層は第１実施形態で使用した材料及び方法を用いて第１実施形態と同様に形成することが可能であり、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施形態では、図７に示すように、光増幅部位２６のレーザー部位側と反対側の端面から所定の領域には、電流非注入領域２７が設けられており、活性領域ができる光増幅部位における光強度が大きくなった場合に、レーザー出射端の端面破壊を防止できようになっている。
光増幅部位２６における電流非注入領域以外のリッジ構造の領域は、電流注入領域に構成されている。

この電流非注入領域２７は、Ｐ電極及びＮ電極の形成前に、ＩｎＰ基板（半導体基板）及び該ＩｎＰ基板上の層構造を絶縁膜で所望の電流非注入領域を形成しようとする領域を覆うようにすることにより形成することができる。絶縁膜は、例えばプラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＮ膜やＳｉＣ膜を形成することにより設けることができる。

（第４実施形態）
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第４実施形態を図８を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態でＩｎＰ基板上に形成したレーザー部位２５と光増幅部位２６とをそれぞれ複数個同一の半導体チップ上に配列してアレイ光源としたものである。

なお、各層は第１実施形態で使用した材料及び方法を用いて第１実施形態と同様に形成することが可能であり、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施形態は、図８に示すように、単一の半導体チップ３０上に、レーザー部位（半導体レーザー構造）２５及び光増幅部位（半導体光増幅器構造）２６の複合体構造を５個所定の間隔で配列して構成したものである。単一基板上に複数の半導体レーザー構造及び半導体光増幅器構造が設けられるので、高出力型のレーザー装置を小型化することができる。

半導体チップとしては、ＩｎＰ基板、ＧａＡｓ基板等を用いることができる。

なお、本実施形態では、５個の複合体構造を同一基板上に設けるようにしたが、同一基板上に設ける半導体レーザー構造及び半導体光増幅器構造の構造体数は目的等に応じて適宜選択することができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の概略構成を示す平面図である。 図１のＸ−Ｘ’線断面図である。 （ａ）はＡ−Ａ’線境界でのビームの光強度とその分布域を示し、（ｂ）はＢ−Ｂ’線境界でのビームの光強度とその分布域を示し、（ｃ）はＣ−Ｃ’線境界でのビームの光強度とその分布域を示す。 図１のＰ型クラッド層が二層構造に構成されているところを示すＸ−Ｘ’線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の概略構成を示す平面図である。 光導波路の中心線に対して傾斜する端面で反射する光の方向を説明するための概念図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１１…ＩｎＰ基板
１２…Ｎ型ＩｎＰ層
１３…ＩｎＧａＡｓＰガイド層（Ｎ型高屈折率層）
１４…ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１５…ＩｎＧａＡｓＰガイド層（Ｐ型高屈折率層）
１６…ＩｎＰクラッド層（Ｐ型クラッド層）
１７…ＩｎＧａＡｓコンタクト層
２０…回折格子
２５…レーザー部位
２６…光増幅部位
２７…半導体レーザー構造
３１…第１のＩｎＧａＡｓＰクラッド層
３２…第２のＩｎＧａＡｓＰクラッド層

Claims (7)

1. 半導体基板上に、少なくともＮ型高屈折率層と活性層とＰ型高屈折率層と該Ｐ型高屈折率層より屈折率の低いＰ型クラッド層とが前記半導体基板側から順に設けられた層構造を有し、
   前記層構造は、半導体レーザー構造に形成されたレーザー部位と、テーパ状構造が複数段重ねられた階段状のリッジ構造を有する半導体光増幅器構造に形成された光増幅部位とを含む半導体光増幅器複合半導体レーザー装置。
2. 前記Ｐ型クラッド層は、低屈折率の第１クラッド層と、少なくとも前記第１クラッド層よりも屈折率の高い第２クラッド層とを含む二層以上からなる請求項１に記載の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置。
3. 前記Ｐ型クラッド層の半導体基板から離れた側にコンタクト層を更に有し、
   前記リッジ構造は、前記Ｐ型クラッド層のテーパ状構造と前記コンタクト層のテーパ状構造とを重ねて構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置。
4. 半導体レーザー構造に形成された前記レーザー部位は回折格子を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置。
5. 半導体レーザー構造に形成された前記レーザー部位の端面及び半導体光増幅器構造に形成された前記光増幅部位の端面の少なくとも一つは、光導波路の中心線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置。
6. 半導体光増幅器構造に構成された前記光増幅部位は、電流注入領域と電流非注入領域とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置。
7. 前記半導体基板が単一の基板で構成された半導体チップであり、該半導体チップの上に、複数の前記レーザー部位及び／又は複数の前記光増幅部位を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置。

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