JP2007273690A - Optical semiconductor element and variable-wavelength light source equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スーパールミネッセントダイオード(SLD)や半導体光アンプ(SOA)等として利用可能な光半導体素子、及びこれを備えた波長可変光源に関するものである。 The present invention relates to an optical semiconductor element that can be used as a super luminescent diode (SLD), a semiconductor optical amplifier (SOA), and the like, and a wavelength tunable light source including the same.
スーパールミネッセントダイオード(SLD)は、発光ダイオードと同様に低コヒーレント性を示し、広帯域な発光スペクトルを示しながら、半導体レーザと同程度の出力を得ることが可能な光半導体素子である。SLDの発光は増幅自然出力光(ASE光)と称され、反転分布の大きなレーザ媒質中でランダムに発生した自然出力光がレーザ媒質を通過する間に誘導放出過程で増幅されたものと言われている。 A super luminescent diode (SLD) is an optical semiconductor element that exhibits low coherence like a light emitting diode, and can obtain an output comparable to a semiconductor laser while exhibiting a broad emission spectrum. The light emitted from the SLD is called amplified spontaneous output light (ASE light), and it is said that the spontaneous output light randomly generated in the laser medium having a large inversion distribution is amplified in the stimulated emission process while passing through the laser medium. ing.
SLDは、基本的には半導体レーザから共振器構造を取り除いて、レーザ発振を抑制した構造を有している。レーザ発振を抑制するためには、端面における光反射率を抑制する必要がある。比較的簡易に端面反射率を低減する構造としては、例えば、光導波路の少なくとも一部を素子端面の法線方向に対して斜めとする斜め光導波路構造が提案されている。 The SLD basically has a structure in which laser oscillation is suppressed by removing the resonator structure from the semiconductor laser. In order to suppress laser oscillation, it is necessary to suppress the light reflectance at the end face. As a structure for reducing the end face reflectance relatively easily, for example, an oblique optical waveguide structure in which at least a part of the optical waveguide is inclined with respect to the normal direction of the element end face has been proposed.
SLDでは、光出力が高く、かつ発光スペクトルの半値幅が広いことが、好ましい。光出力を高めるには、(1)誘導放出による増幅利得の増大、あるいは(2)自然出力光成分の増大が必要と考えられる。 In SLD, it is preferable that the light output is high and the half width of the emission spectrum is wide. In order to increase the light output, it is considered necessary to (1) increase the amplification gain by stimulated emission, or (2) increase the natural output light component.
しかしながら、(1)誘導放出は、物質の放射遷移に伴う光子の放出過程であり、入射光強度に比例して入射光に等しい位相の光を放出する過程である。そのため、誘導放出による増幅利得を大きくすると、もともと広帯域な発光スペクトル形状をもつ自然出力光のうち強度の強い光波長が優先的に増幅を受け、発光スペクトルの半値幅は高出力化とともに狭くなってしまう。 However, (1) stimulated emission is a process of emitting a photon accompanying a radiation transition of a substance, and is a process of emitting light having a phase equal to the incident light in proportion to the incident light intensity. Therefore, when the amplification gain due to stimulated emission is increased, the strong light wavelength of the natural output light that originally has a broad emission spectrum shape is preferentially amplified, and the half-value width of the emission spectrum becomes narrower with higher output. End up.
広帯域なスペクトル形状を維持しつつ、光出力を高めるには、(2)自然出力光成分による光出力を増大させることが必要と考えられる。発光面積を増大させることで、自然出力光成分による光出力を増大させることができる。 In order to increase the light output while maintaining a broadband spectrum shape, it is considered necessary to increase the light output by (2) natural output light component. By increasing the light emitting area, the light output by the natural output light component can be increased.
発光面積を増大させるために、半導体レーザの共振器長に相当する素子奥行き長を長くすることは増幅利得をも大きくすることを意味してしまうため、好ましくない。 Increasing the element depth length corresponding to the cavity length of the semiconductor laser in order to increase the light emitting area is not preferable because it means that the amplification gain is also increased.
非特許文献1には、高出力化を目的として、光導波路を光入力側から光出力側に向けてテーパ状に拡幅させたSLDが開示されている。
非特許文献1に記載の構造では、必然的に光導波路の光出力口の幅が最も大きくなる。かかる構造では、光導波路の光出力口の幅がある大きさを超えると、出力光が基本横モードから高次横モードに変わってしまう。
In the structure described in
すなわち、非特許文献1に記載の構造では、基本横モードの出力光を得るには、光導波路の光出力口の幅を、基本横モードのみが許容される範囲内という限られた範囲内で幅広にせざるを得ず、発光面積の増大と高出力化には限界がある。
In other words, in the structure described in
半導体光アンプ(SOA)も、SLDと同様の素子構成を有する光半導体素子であり、高出力化には同様の課題を有している。 A semiconductor optical amplifier (SOA) is also an optical semiconductor element having an element configuration similar to that of an SLD, and has the same problem in increasing output.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、広帯域性を損なうことなく、高出力化を図ることが可能な、SLDやSOA等の光半導体素子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 the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an optical semiconductor element such as an SLD or SOA that can achieve high output without impairing broadband characteristics. .
本発明の光半導体素子は、第1導電型半導体基板に、第1導電型電極と半導体活性層と第2導電型電極とが設けられた光半導体素子において、
前記半導体基板の基板面に対して非平行な一素子端面に形成された第1の光導波路口から、該一素子端面又は他素子端面に形成された第2の光導波路口に連通し、少なくとも一部が前記一素子端面の法線方向に対して斜めに延びる光導波路が形成されており、
かつ、該光導波路が、前記第1の光導波路口の近傍部分及び前記第2の光導波路口の近傍部分を除く範囲内に、前記第1の光導波路口の幅及び前記第2の光導波路口の幅よりも広い幅広部を有する幅パターンで形成されていることを特徴とするものである。
The optical semiconductor element of the present invention is an optical semiconductor element in which a first conductive type electrode, a semiconductor active layer, and a second conductive type electrode are provided on a first conductive type semiconductor substrate.
The first optical waveguide port formed on one element end surface non-parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate communicates with the second optical waveguide port formed on the one element end surface or the other element end surface, and at least An optical waveguide is formed partly extending obliquely with respect to the normal direction of the one element end face,
In addition, the width of the first optical waveguide port and the second optical waveguide are within the range in which the optical waveguide excludes the vicinity of the first optical waveguide port and the vicinity of the second optical waveguide port. It is formed by a width pattern having a wide portion wider than the width of the roadway.
本明細書において、「第1導電型」及び「第2導電型」はp型又はn型に相当し、導電型の異なることを示している。 In this specification, “first conductivity type” and “second conductivity type” correspond to p-type or n-type, and indicate that the conductivity types are different.
前記幅広部は、光導波方向の幅分布が略均一なものでもよいし、幅分布を有するものでもよい。
幅分布を有する前記幅広部としては、光導波方向の幅分布が略均一である略均一幅部分と、前記第1の光導波路口側から前記略均一幅部分に向けて光導波方向に連続的又は段階的に拡幅化する拡幅化部分と、前記略均一幅部分から前記第2の光導波路口側に向けて光導波方向に連続的又は段階的に縮幅化する縮幅化部分とからなるものが挙げられる。
The wide portion may have a substantially uniform width distribution in the optical waveguide direction or may have a width distribution.
The wide portion having a width distribution includes a substantially uniform width portion having a substantially uniform width distribution in the optical waveguide direction, and a continuous portion in the optical waveguide direction from the first optical waveguide opening side toward the substantially uniform width portion. Alternatively, it includes a widened portion that is widened stepwise and a narrowed portion that is continuously or stepwise reduced in the optical waveguide direction from the substantially uniform width portion toward the second optical waveguide port side. Things.
本明細書において、「幅が略均一である」とは、基準幅±10%の幅が維持されていることを意味する。 In this specification, “the width is substantially uniform” means that a reference width of ± 10% is maintained.
前記第1の光導波路口の幅及び前記第2の光導波路口の幅が基本横モード(シングル横モード)のみを許容する幅であり、前記幅広部の最大幅が基本横モード(シングル横モード)と高次横モード(マルチ横モード)の双方を許容する幅であることが好ましい。 The width of the first optical waveguide port and the width of the second optical waveguide port allow only the fundamental transverse mode (single transverse mode), and the maximum width of the wide portion is the fundamental transverse mode (single transverse mode). ) And a high-order transverse mode (multi transverse mode) are preferred.
また、前記幅広部の最大幅が下記式(I)及び(II)を充足することが好ましい。
3×W1≦W3≦10×W1・・・(I)、
3×W2≦W3≦10×W2・・・(II)
(式中、W1は第1の光導波路口の幅、W2は第2の光導波路口の幅、W3は幅広部の最大幅である。)
Moreover, it is preferable that the maximum width of the wide part satisfies the following formulas (I) and (II).
3 × W1 ≦ W3 ≦ 10 × W1 (I),
3 × W2 ≦ W3 ≦ 10 × W2 (II)
(W1 is the width of the first optical waveguide port, W2 is the width of the second optical waveguide port, and W3 is the maximum width of the wide portion.)
本発明の光半導体素子の一態様としては、前記半導体活性層と前記第2導電型電極との間に、前記光導波路の前記幅パターンに対応した幅パターンで形成されたリッジ構造部を有する単数又は複数の第2導電型クラッド層を備えたものが挙げられる。 As an aspect of the optical semiconductor element of the present invention, a singular structure having a ridge structure portion formed in a width pattern corresponding to the width pattern of the optical waveguide between the semiconductor active layer and the second conductivity type electrode. Or the thing provided with the several 2nd conductivity type clad layer is mentioned.
本発明の光半導体素子の他の態様としては、前記半導体活性層と前記第2導電型電極との間に、前記光導波路の前記幅パターンに対応した幅パターンで形成されたメサ構造部を有する単数又は複数の第2導電型クラッド層を備えたものが挙げられる。 As another aspect of the optical semiconductor element of the present invention, a mesa structure portion formed with a width pattern corresponding to the width pattern of the optical waveguide is provided between the semiconductor active layer and the second conductivity type electrode. The thing provided with the 1st or several 2nd conductivity type clad layer is mentioned.
本発明の光半導体素子は、光導波路の少なくとも一部が素子端面の法線方向に対して斜めに延びる斜め光導波路構造を有しており、この構成によって半導体レーザとは異なり素子内部に共振器構造を有していない。本発明の光半導体素子は、スーパールミネッセントダイオード(SLD)や半導体光アンプ(SOA)等として利用可能なものである。 The optical semiconductor element of the present invention has an oblique optical waveguide structure in which at least a part of the optical waveguide extends obliquely with respect to the normal direction of the element end face. Does not have a structure. The optical semiconductor element of the present invention can be used as a super luminescent diode (SLD), a semiconductor optical amplifier (SOA), or the like.
半導体レーザの分野においては、特開平7-297482号公報及び特開2000-183463号公報に、光導波路の第1の光導波路口の近傍部分及び第2の光導波路口の近傍部分が残りの部分より幅狭とされた素子構造が記載されている。これらの素子構造は、レーザビームの低アスペクト化(ビーム形状の真円化)等のレーザ特性の改善を目的としたものである。したがって、これらの素子構造では、幅広部は通常の基本横モードのみが許容される幅であり、光導波路の第1の光導波路口の近傍部分及び第2の光導波路口の近傍部分はそれよりもさらに幅狭になっている。 In the field of semiconductor lasers, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-297482 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-183463 disclose that a portion near the first optical waveguide port and a portion near the second optical waveguide port are the remaining portions. A narrower device structure is described. These element structures are intended to improve laser characteristics such as low aspect ratio of laser beam (roundness of beam shape). Therefore, in these element structures, the wide portion has a width that allows only the normal fundamental transverse mode, and the vicinity of the first optical waveguide port and the vicinity of the second optical waveguide port of the optical waveguide Is even narrower.
本発明が対象とするSLDやSOA等の分野においては、光導波路が、第1の光導波路口の近傍部分及び第2の光導波路口の近傍部分を除く範囲内に、第1の光導波路口及び前記第2の光導波路口の幅よりも広い幅広部を有する素子構造は過去に報告されていない。また、半導体レーザの分野においても、第1の光導波路口の近傍部分及び前記第2の光導波路口の近傍部分の幅が基本横モードのみを許容する幅であり、幅広部の最大幅が基本横モードと高次横モードの双方を許容する幅である素子構造は過去に報告されていない。 In the field of SLD and SOA targeted by the present invention, the optical waveguide is within the range excluding the vicinity of the first optical waveguide opening and the vicinity of the second optical waveguide opening. No device structure having a wide portion wider than the width of the second optical waveguide port has been reported in the past. Also in the field of semiconductor lasers, the widths of the vicinity of the first optical waveguide port and the vicinity of the second optical waveguide port are widths that allow only the fundamental transverse mode, and the maximum width of the wide part is basically the same. An element structure having a width that allows both a transverse mode and a high-order transverse mode has not been reported in the past.
本発明の波長可変光源は、上記の本発明の光半導体素子と、該光半導体素子から発せられた光を共振させる共振手段と、該共振手段からの発振波長を選択し、かつ、該発振波長を変更可能な波長選択手段とを備えたことを特徴とするものである。 The wavelength tunable light source of the present invention selects the above-described optical semiconductor element of the present invention, a resonance means for resonating light emitted from the optical semiconductor element, an oscillation wavelength from the resonance means, and the oscillation wavelength And a wavelength selection means capable of changing the wavelength.
本発明の波長可変光源において、共振手段は本発明の光半導体素子とは独立した部材であってもよいし、本発明の光半導体素子自身が共振手段の一部を為していてもよい。 In the wavelength tunable light source of the present invention, the resonance means may be a member independent of the optical semiconductor element of the present invention, or the optical semiconductor element of the present invention itself may form part of the resonance means.
前記波長選択手段としては、入射光の光軸に対する格子面角度を変更可能な回折格子、又は光透過特性を変更可能な光フィルタが挙げられる。 Examples of the wavelength selection means include a diffraction grating capable of changing a grating plane angle with respect to the optical axis of incident light, or an optical filter capable of changing light transmission characteristics.
本発明の光半導体素子は、SLDやSOA等の光半導体素子に適用可能なものであり、光導波路を、第1の光導波路口の近傍部分及び第2の光導波路口の近傍部分を除く範囲内に、第1の光導波路口の幅及び第2の光導波路口の幅よりも広い幅広部を有する幅パターンで形成する構成としている。 The optical semiconductor element of the present invention is applicable to optical semiconductor elements such as SLD and SOA, and the optical waveguide is in a range excluding the vicinity of the first optical waveguide port and the vicinity of the second optical waveguide port. Inside, the width of the first optical waveguide port and the width pattern having a wider portion than the width of the second optical waveguide port are formed.
かかる構成では、光導波路に幅広部を設けているので、発光面積を増大させることができ、自然出力光成分による光出力を増大させることができる。 In such a configuration, since the wide portion is provided in the optical waveguide, the light emission area can be increased, and the light output by the natural output light component can be increased.
本発明における高出力化は、(1)誘導放出による増幅利得の増大ではなく、(2)自然出力光成分の増大によるものであるので、SLDやSOA等に必要な特性である広帯域性を損なうことなく、高出力化を実現できる。 The increase in output in the present invention is not due to (1) an increase in amplification gain due to stimulated emission, but (2) an increase in natural output light component, which impairs the broadband characteristics required for SLD, SOA, and the like. High output can be realized without this.
また、本発明の光半導体素子では、光導波路の第1の光導波路口及び第2の光導波路口の幅は大きくする必要がないので、光導波路の第1の光導波路口の幅及び第2の光導波路口の幅を基本横モードのみを許容する幅とすることができる。したがって、出力光のモードを基本横モードに維持しつつ、光出力を増大させることができる。 In the optical semiconductor device of the present invention, it is not necessary to increase the widths of the first optical waveguide port and the second optical waveguide port of the optical waveguide. The width of the optical waveguide opening can be set to allow only the fundamental transverse mode. Accordingly, it is possible to increase the light output while maintaining the mode of the output light in the basic transverse mode.
以上のように、本発明によれば、広帯域性を損なうことなく、高出力化を図ることが可能な、SLDやSOA等の光半導体素子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical semiconductor element such as an SLD or an SOA that can achieve high output without impairing broadband characteristics.
「光半導体素子の第1実施形態」
図面を参照して、本発明に係る光半導体素子の第1実施形態の構成について説明する。図1は全体斜視図、図2(a)はA−A’断面図(幅狭部54を通る断面図)、図2(b)はB−B’断面図(幅広部55を通る断面図)である。本実施形態は、埋込型リッジストライプ構造の赤外発光SLDを例に挙げて説明する。図1には、光導波路50を素子上面に投影したときの光導波路50の幅パターンを破線で示してある。
“First Embodiment of Optical Semiconductor Device”
The configuration of the first embodiment of the optical semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is an overall perspective view, FIG. 2A is an AA ′ cross-sectional view (a cross-sectional view passing through a narrow portion 54), and FIG. 2B is a BB ′ cross-sectional view (a cross-sectional view passing through a wide portion 55). ). In the present embodiment, an infrared light emitting SLD having a buried ridge stripe structure will be described as an example. In FIG. 1, the width pattern of the
図1に示す本実施形態の光半導体素子1においては、図示奥側の素子端面(一素子端面)が後方端面1Rであり、図示手前側の素子端面(他素子端面)が前方端面(光出力側の端面)1Fである。本実施形態では、後方端面1R及び前方端面1Fは、半導体基板11の基板面に対して垂直であり、後方端面1R及び前方端面1Fは互いに平行である。
In the
光半導体素子1には、後方端面1Rに形成された第1の光導波路口51から前方端面1Fに形成された第2の光導波路口(光出力口)52に連通する光導波路50が形成されている。第1、第2の光導波路口51、52は実際には、後方端面1R、前方端面1Fにおいて、半導体活性層15の後記電流注入領域15a(図2を参照)及びその近傍部分に位置するが、図1では便宜上、素子上面に投影した光導波路50のパターン上に図示してある。
In the
以下、本実施形態の光半導体素子1の層構成について説明する。
Hereinafter, the layer configuration of the
光半導体素子1は、n型(第1導電型)半導体基板11の図示上面に、該基板側から、半導体活性層15とp型(第2導電型)電極41とが順次設けられ、半導体基板11の図示下面にn型(第1導電型)電極42が設けられた素子である。
In the
半導体基板11と半導体活性層15との間には、半導体基板11側から、n型バッファ層12とn型下部クラッド層13とノンドープ下部光ガイド層14とが順次積層されている。半導体活性層15としては、多重量子井戸活性層が好ましい。
Between the
半導体活性層15上には、ノンドープ上部光ガイド層16とp型上部第1クラッド層17とp型エッチングストップ層18とが順次積層されている。
On the semiconductor
p型エッチングストップ層18上に、p型上部第2クラッド層21及びp型キャップ層22の積層構造からなるメサストライプ状のリッジ構造部20が形成されている。p型のリッジ構造部20は、同じくp型エッチングストップ層18上に設けられたn型電流阻止層31により挟まれている。本実施形態では、光導波方向に見て、リッジ構造部20が特定の幅パターンで形成されており、これによって、光導波路50が特定の幅パターンで形成されている。
On the p-type
p型リッジ構造部20及びn型電流阻止層31の上に、p型上部第3クラッド層32とp型コンタクト層33とp型電極41とが順次積層されている。
A p-type upper
p型リッジ構造部20及びn型電流阻止層31は所定のパターンで形成されており、それ以外の層はすべて半導体基板11の略全面に形成されている。
The p-
以下、半導体基板11と各層の組成及び厚みの設計例を挙げる。
半導体基板11:n−GaAs基板、
n型バッファ層12:n−GaAs層(0.2μm厚、キャリア濃度5.0×1017cm−3)、
n型下部クラッド層13:n−In0.49Ga0.51P層(2.0μm厚、キャリア濃度5.0×1017cm−3)、
下部光ガイド層14:ノンドープGaAs層(34nm厚) 、
半導体活性層15:InGaAs多重量子井戸活性層(6nm厚の量子井戸層と10nm厚の障壁層とが交互に積層された積層構造)、
上部光ガイド層16:ノンドープGaAs層(34nm厚)、
p型上部第1クラッド層17:p−In0.49Ga0.51P層(0.2μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
p型エッチングストップ層18:p− GaAs層(10nm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
p型上部第2クラッド層21: p−In0.49Ga0.51P層(0.5μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
p型キャップ層22:p− GaAs層(0.2μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
n型電流阻止層31:n−In0.49(Al0.12Ga0.88)0.51P層(0.5μm厚、キャリア濃度1.0×1018cm−3)、
p型上部第3クラッド層32:p−Al0.58Ga0.42As層(1.3μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
p型コンタクト層33:p−GaAs層(2.0μm厚、キャリア濃度1.0×1019cm−3) 。
Hereinafter, design examples of the composition and thickness of the
Semiconductor substrate 11: n-GaAs substrate,
n-type buffer layer 12: n-GaAs layer (0.2 μm thick, carrier concentration 5.0 × 10 17 cm −3 ),
n-type lower cladding layer 13: n-In 0.49 Ga 0.51 P layer (2.0 μm thick, carrier concentration 5.0 × 10 17 cm −3 ),
Lower light guide layer 14: non-doped GaAs layer (34 nm thick),
Semiconductor active layer 15: InGaAs multiple quantum well active layer (laminated structure in which 6 nm thick quantum well layers and 10 nm thick barrier layers are alternately stacked),
Upper light guide layer 16: non-doped GaAs layer (34 nm thick),
p-type upper first cladding layer 17: p-In 0.49 Ga 0.51 P layer (0.2 μm thickness, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
p-type etching stop layer 18: p-GaAs layer (10 nm thick, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
p-type upper second cladding layer 21: p-In 0.49 Ga 0.51 P layer (0.5 μm thickness, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
p-type cap layer 22: p-GaAs layer (thickness 0.2 μm, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
n-type current blocking layer 31: n-In 0.49 (Al 0.12 Ga 0.88 ) 0.51 P layer (0.5 μm thickness, carrier concentration 1.0 × 10 18 cm −3 ),
p-type upper third cladding layer 32: p-Al 0.58 Ga 0.42 As layer (1.3 μm thick, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
p-type contact layer 33: p-GaAs layer (2.0 μm thick, carrier concentration 1.0 × 10 19 cm −3 ).
本実施形態において、電流阻止層31は、該層の上下に形成された層17、18、32及びリッジ構造部20とは導電型が異なるように設計されている。すなわち、p型上部第1クラッド層17と電流阻止層31との間の逆バイアス構造によって、n型電流阻止層31に流れる電流が無効化され、リッジ構造部20をなすp型上部第2クラッド層21に選択的に電流が流れるようになっている。かかる構成では、リッジ構造部20の略下方に位置する半導体活性層15の特定領域15aに選択的に電流が注入され、リッジ構造部20の幅パターンに対応した幅パターンの光導波路50が形成される。以下、特定領域15aを電流注入領域と称す。なお、図面上は、便宜上、半導体活性層15の電流注入領域15aと非電流注入領域との境界を明確に図示してあるが、電流注入領域15aと非電流注入領域との境界は明確なものではない。
In the present embodiment, the
光導波路50は、半導体活性層15の電流注入領域15a、及びその近傍部分(光ガイド層14、16の電流注入領域15aの近傍部分など)により構成される。
The
リッジ構造部20と光導波路50との幅パターンが対応していることを述べた。本実施形態では、ある断面におけるリッジ構造部20の形状は、基板11側からp型電極41側に向けてテーパ状に縮幅した形状であり、厚み方向に分布を有している。かかる場合、ある断面におけるリッジ構造部20の最大幅が、その断面における光導波路50の幅とほぼ一致する。したがって、本実施形態では、ある断面におけるリッジ構造部20の幅は、その断面におけるリッジ構造部20の最大幅を意味するものとする。
It has been described that the width patterns of the
以下、本実施形態における光導波路50の幅パターンについて説明する。
Hereinafter, the width pattern of the
光導波路50は、後方端面1Rに形成された第1の光導波路口51から前方端面1Fに形成された第2の光導波路口(光出力口)52に連通しており、その光軸50Xは後方端面1R及び前方端面1Fの法線方向Hに対して斜めとされている。光導波路50の光軸50Xの後方端面1R及び前方端面1Fの法線方向Hに対する傾き角θは特に制限なく、例えば3〜7°程度が好ましい。図面上は、θを実際よりも誇張して図示してある。
The
光導波路50には、第1の光導波路口51の近傍部分及び第2の光導波路口52の近傍部分を除く範囲内に、第1の光導波路口51及び第2の光導波路口52の幅よりも広い幅広部55が設けられている。本実施形態では、光導波路50にかかる幅広部55を設けることで、発光面積が増大されている。
The
すなわち、光導波路50は、第1の光導波路口51及びその近傍部分を含む範囲に形成された幅狭部53と、第2の光導波路口52及びその近傍部分を含む範囲に形成された幅狭部54と、これら幅狭部53/幅狭部54間に形成された幅広部55により構成されている。本実施形態では、幅狭部53の光導波方向の幅分布、幅狭部54の光導波方向の幅分布、及び幅広部55の光導波方向の幅分布が、いずれも略均一である。
That is, the
第1の光導波路口51の幅(=幅狭部53の幅)をW1、第2の光導波路口52の幅(=幅狭部54の幅)をW2、幅広部55の幅をW3とすれば、W3>W1、かつW3>W2である。幅狭部53の幅W1と幅狭部24の幅W2は略同一であることが好ましい。
The width of the first optical waveguide port 51 (= width of the narrow portion 53) is W1, the width of the second optical waveguide port 52 (= width of the narrow portion 54) is W2, and the width of the
本実施形態においては、発光面積の増大効果が良好に得られ、かつ基本横モード出力光が安定的に得られることから、幅狭部53、54の幅W1、W2が基本横モードのみを許容する幅であり、幅広部55の幅W3が基本横モードと高次横モードの双方を許容する幅であることが好ましい。
In this embodiment, since the effect of increasing the light emitting area can be obtained satisfactorily and the fundamental transverse mode output light can be stably obtained, the widths W1 and W2 of the
具体的には、幅狭部53、54の幅W1、W2は、2.0〜6.0μmであることが好ましい。また、幅広部55の幅W3は、下記式(I)及び(II)を充足することが好ましい。
3×W1≦W3≦10×W1・・・(I)、
3×W2≦W3≦10×W2・・・(II)
Specifically, the widths W1 and W2 of the
3 × W1 ≦ W3 ≦ 10 × W1 (I),
3 × W2 ≦ W3 ≦ 10 × W2 (II)
幅広部55の幅W3を幅狭部の幅W1、W2の3倍以上とすることで、発光面積の増大効果、及びこれによる高出力化の効果が、効果的に得られる。ただし、本実施形態の素子構造では、光導波路50の幅広部55で発生した光の全てが幅狭部54に結合するわけではないので、幅広部55の幅W3を幅狭部53、54の幅W1、W2の10倍以上に極端に広げても、動作電流値が上昇するだけで、それに見合った光出力増は得られず、効果が飽和してしまう。したがって、幅広部55の幅W3は、幅狭部53、54の幅W1、W2の10倍以下とすることが好ましい。
By making the width W3 of the
半導体レーザの共振器長に相当する素子奥行き長をLTとすれば、LTは例えば0.50〜2.0mmである。幅狭部53、54及び幅広部55の各々の光導波方向の長さL1〜L3は特に制限なく、基本横モード光を出力する条件であることが好ましい。
If the element depth length corresponding to the resonator length of the semiconductor laser is LT, LT is, for example, 0.50 to 2.0 mm. The lengths L1 to L3 in the optical waveguide direction of each of the
すなわち、本実施形態においては、基本横モード光を出力する条件となる幅狭部53、54の光導波方向の長さL1、L2を確保し、これらを除いた範囲内(=第1の光導波路口の近傍部分51及び第2の光導波路口52の近傍部分を除く範囲内)に、幅広部55を設ける構成とすればよい。LT=1.5〜2.0mmであれば、L1、L2は例えば、基本横モード光を出力するのに最小限必要な長さ〜0.5mmの範囲で、設計することができる。
That is, in the present embodiment, the lengths L1 and L2 in the optical waveguide direction of the
以上、光導波路50の幅パターンについて説明したが、本実施形態では図2(a)、(b)に示す如くリッジ構造部20が同様の幅パターンで形成されており、これによって上記幅パターンを有する光導波路50が形成されている。
The width pattern of the
本実施形態の光半導体素子1では、光導波路50を、第1の光導波路口51の近傍部分及び第2の光導波路口52の近傍部分を除く範囲内に、第1の光導波路口51の幅及び第2の光導波路口52の幅よりも広い幅広部55を有する幅パターンで形成する構成とした。かかる構成では、光導波路50に幅広部55を設けているので、発光面積を増大させることができる。
In the
SLDの光出力を制限しているのは、利得飽和と発熱による光出力の飽和現象である。本実施形態の光半導体素子1では、従来の素子に比べて発光領域が広がっていることから、同一光出力に対する活性層の利得を低減することができ、その結果として利得飽和出力を向上させることができる。また、発光領域の拡大によって熱抵抗も小さくなるので、発熱による熱飽和の光出力も向上させることができる。本実施形態では、これらの効果が相俟って、自然出力光成分による光出力を増大させることができる。
The optical output of the SLD is limited by the saturation phenomenon of the optical output due to gain saturation and heat generation. In the
本実施形態における高出力化は、(1)誘導放出による増幅利得の増大ではなく、(2)自然出力光成分の増大によるものであるので、SLDやSOA等に必要な特性である広帯域性を損なうことなく、高出力化を実現できる。 The increase in output in this embodiment is not due to (1) an increase in amplification gain due to stimulated emission, but (2) an increase in natural output light component. Therefore, wideband characteristics, which are necessary characteristics for SLD, SOA, etc., are achieved. High output can be achieved without loss.
また、本実施形態の光半導体素子1では、光導波路50の第1の光導波路口51の幅及び第2の光導波路口52の幅は大きくする必要がないので、光導波路50の第1の光導波路51口の幅及び第2の光導波路口52の幅を基本横モードのみを許容する幅とすることができる。したがって、出力光のモードを基本横モードに維持しつつ、光出力を増大させることができる。
Further, in the
以上のように、本実施形態によれば、広帯域性を損なうことなく、高出力化を図ることが可能な光半導体素子1を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the
(第1実施形態の設計変更例)
光導波路50(リッジ構造部20)の幅パターンは、適宜設計変更可能である。図3(a)〜(c)に、その他の幅パターン例を示す。図3(a)〜(c)は、図1に対応する斜視図である。
(Design change example of the first embodiment)
The width pattern of the optical waveguide 50 (ridge structure portion 20) can be appropriately changed in design. 3A to 3C show other width pattern examples. 3A to 3C are perspective views corresponding to FIG.
光導波路50の幅広部55は、光導波方向に幅分布を有するものでもよい。図3(a)に示す光導波路50は、幅広部55が、光導波方向の幅分布が略均一である略均一幅部分55Aと、第1の光導波路口51側から略均一幅部分55Aに向けて光導波方向に連続的に拡幅化する拡幅化部分55Bと、略均一幅部分55Aから第2の光導波路口52側に向けて光導波方向に連続的に縮幅化する縮幅化部分55Cとからなり、光導波方向に幅分布を有している。拡幅化部分55B及び縮幅化部分55Cにおける光導波方向の幅変化は、段階的な変化であってもよい。かかる構成では、幅広部55の最大幅(略均一幅部分55Aの幅に相当)W3が、幅狭部53、54の幅W1、W2の3〜10倍であることが好ましい。
The
素子内の共振を抑制できればよいので、光導波路50の光軸50Xは、少なくとも一部が素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して斜めに延びていればよい。
したがって、光導波路50は、素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して斜めに延びる部分と、素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して平行に延びる部分とが組み合わされたものであってもよい。図3(b)に示す例では、後方端面1R側の幅狭部53及び幅広部55が素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して斜めに延び、前方端面1F側の幅狭部54が素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して平行に延びている。
As long as resonance within the element can be suppressed, it is sufficient that at least a part of the
Therefore, the
光導波路50の光軸50Xは曲線状であってもよいし、直線状と曲線状との組み合わせであってもよい。
The
光導波路50の第1の光導波路口51と第2の光導波路口52とは、同一素子端面に形成されてもよい。図3(c)に示す例では、光導波路50を、前方端面1Fから後方端面1Rに通じさせ、さらに後方端面1Rで光導波路50をV字状に折り返して前方端面1Fに戻している。かかる構成においても、光導波路50を、第1の光導波路口51の近傍部分及び第2の光導波路口の近傍部分を除く範囲内に、第1の光導波路口51の幅及び第2の光導波路口52の幅よりも広い幅広部55を有する幅パターンで形成することで、上記実施形態と同様の効果が得られる。
The first
「光半導体素子の第2実施形態」
図4に基づいて、本発明に係る光半導体素子の第2実施形態の構成について説明する。本実施形態においても、SLDを例として説明する。図4は、図2(b)に対応する断面図であり、第1実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明を省略する。
“Second Embodiment of Optical Semiconductor Device”
The configuration of the second embodiment of the optical semiconductor element according to the present invention will be described with reference to FIG. Also in this embodiment, an SLD will be described as an example. FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2B, and the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態においては、p型上部第1クラッド層17までの層構造は第1実施形態と同様である。
In the present embodiment, the layer structure up to the p-type upper
p型上部第1クラッド層17上に、p型エッチングストップ層18とn型電流阻止層31とが開口部30を有するパターンで積層されている。また、n型電流阻止層31上にp型上部第2クラッド層61が形成されている。このp型上部第2クラッド層61は、n型電流阻止層31の開口部30内に入り込んでおり、p型上部第2クラッド層61のn型電流阻止層31により挟まれた部分が、メサ構造部60となっている。p型上部第2クラッド層61上に、p型コンタクト層33とp型電極41とが順次積層されている。
A p-type
本実施形態においても、第1実施形態と同様、p型上部第1クラッド層17と電流阻止層31との間の逆バイアス構造によって、n型電流阻止層31に流れる電流が無効化され、p型上部第2クラッド層61のメサ構造部60に選択的に電流が流れるようになっている。かかる構成では、メサ構造部60の略下方に位置する半導体活性層15の特定領域15aに選択的に電流が注入される。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the reverse bias structure between the p-type upper
本実施形態では、メサ構造部60が、上記第1実施形態のリッジ構造部20の幅パターンと同様のパターンで形成されており、これによって、第1実施形態と同様の幅パターンを有する光導波路50が形成されている(図1を参照)。
In the present embodiment, the
本実施形態においては、ある断面におけるメサ構造部60の形状は、基板11側からp型電極41側に向けて逆テーパ状に拡幅した形状であり、厚み方向に分布を有している。かかる場合、ある断面におけるメサ構造部60の最小幅が、その断面における光導波路50の幅とほぼ一致している。
In the present embodiment, the shape of the
光半導体素子2の層組成は適宜設計できる。以下に設計例を示す。
半導体基板11:n−GaAs基板、
n型バッファ層12:n−GaAs層、
n型下部クラッド層13:n−GaInP層、
下部光ガイド層14:i−InGaAsP層、
半導体活性層15:InGaAs多重量子井戸活性層、
上部光ガイド層16:i−InGaAsP層、
p型上部第1クラッド層17:p−GaInP層、
p型エッチングストップ層18:p− GaAs層、
n型電流阻止層31:n−GaInP層、
p型上部第2クラッド層61: p−AlGaAs層、
p型コンタクト層33:p−GaAs層。
The layer composition of the
Semiconductor substrate 11: n-GaAs substrate,
n-type buffer layer 12: n-GaAs layer,
n-type lower cladding layer 13: n-GaInP layer,
Lower light guide layer 14: i-InGaAsP layer,
Semiconductor active layer 15: InGaAs multiple quantum well active layer,
Upper light guide layer 16: i-InGaAsP layer,
p-type upper first cladding layer 17: p-GaInP layer,
p-type etching stop layer 18: p-GaAs layer,
n-type current blocking layer 31: n-GaInP layer,
p-type upper second cladding layer 61: p-AlGaAs layer,
p-type contact layer 33: p-GaAs layer.
本実施形態においても、第1実施形態と同様の幅パターンを有する光導波路50が形成されているので、第1実施形態と同様の効果が得られる。
Also in this embodiment, since the
(設計変更例)
本発明の光半導体素子の素子構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
(Design change example)
The element configuration of the optical semiconductor element of the present invention can be appropriately changed within the scope not departing from the gist of the present invention.
光半導体素子の第1、第2実施形態では、SLDを例に挙げて説明したが、SLDと同様の素子構成の半導体光アンプ(SOA)にも適用可能である。 In the first and second embodiments of the optical semiconductor element, the SLD has been described as an example. However, the present invention is also applicable to a semiconductor optical amplifier (SOA) having an element configuration similar to that of the SLD.
「波長可変光源の第1実施形態」
図5に基づいて、本発明に係る波長可変光源の第1実施形態の構成について説明する。本実施形態では、リットマン配置の波長可変レーザを例として説明する。
“First embodiment of wavelength tunable light source”
Based on FIG. 5, the structure of 1st Embodiment of the wavelength-tunable light source which concerns on this invention is demonstrated. In the present embodiment, a wavelength-variable laser having a Littman arrangement will be described as an example.
本実施形態の波長可変光源4は、本発明の光半導体素子の一実施形態である光半導体素子3と、光半導体素子3から発せられた光を共振させるレーザ共振器(共振手段)80と、レーザ共振器80からの発振波長を選択し、かつ、発振波長を変更可能な回折格子(波長選択手段)91とから概略構成されている。図中、符号71〜73は、必要に応じて設けられるレンズである。
The wavelength tunable
光半導体素子3は、上記第1実施形態の光半導体素子1と同様の構造を有し、光導波路50(リッジ構造部20)の幅パターンが図3(b)に示したパターンのSLDである。すなわち、光半導体素子3は、光導波路50が上記第1実施形態の光半導体素子1と同様に、幅狭部53、54と幅広部55とからなる幅パターンを有するものであるが、後方端面1R側の幅狭部53及び幅広部55が素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して斜めに延び、前方端面1F側の幅狭部54が素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して平行に延びた幅パターンを有するものである。
The
光半導体素子3には、前方端面1Fに部分反射(HR)コーティング、後方端面1Rに無反射(AR)コーティングが施されており、光半導体素子3と外部に配置した共振ミラー81との間でレーザ共振器80が構成されている。
The
上記レーザ共振器80内に、波長選択手段として回折格子91が備えられている。かかる構成では、レーザ共振器80内で発振する複数の波長モードから回折格子91によって1つの発振波長が選択され、光半導体素子3の前方端面1Fから基本横モードのレーザ光が出力される。
In the
回折格子91は、回折格子91に入射する入射光の光軸(レーザ共振器の光軸)に対する格子面角度が変更可能とされており、回折格子91の格子面角度に応じて、回折格子91により選択される発振波長が変更されるようになっている。
In the
また、共振ミラー81に入射する入射光の光軸(レーザ共振器の光軸)に対する共振ミラー81のミラー面角度を変更可能とすれば、レーザ共振器80における共振光周波数を変えることができる。
Further, if the mirror surface angle of the
レーザ共振器80から出力されたレーザ光は、光ファイバ75を介して外部に出力されるようになっている。光半導体素子3と光ファイバ75との間には光アイソレータ76が配置されている。光アイソレータ76を介在させることで、光ファイバ75の遠端からの反射光が光半導体素子3に結合することを防ぐことができる。
The laser light output from the
本実施形態の波長可変光源4は、本発明の一実施形態である光半導体素子3を備えたものであるので、高出力化を実現できるものとなる。また、光半導体素子3はSLDに必要な広帯域性を有するので、本実施形態によれば、波長可変動作範囲が広く、高出力な波長可変光源4を提供することができる。
Since the wavelength tunable
本実施形態ではリットマン配置について説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、リトロー配置等でも構わない。 Although the Littman arrangement has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to such a configuration, and a Littrow arrangement or the like may be used.
「波長可変光源の第2実施形態」
図6に基づいて、本発明に係る波長可変光源の第2実施形態の構成について説明する。本実施形態においても、波長可変レーザを例として説明する。本実施形態の波長可変光源5は、リング状のレーザ共振器を有するものであり、リングレーザと称されるものである。
“Second embodiment of wavelength tunable light source”
Based on FIG. 6, the structure of 2nd Embodiment of the wavelength-tunable light source which concerns on this invention is demonstrated. Also in this embodiment, a wavelength tunable laser will be described as an example. The wavelength tunable light source 5 of this embodiment has a ring-shaped laser resonator, and is called a ring laser.
本実施形態の波長可変光源5は、上記実施形態の光半導体素子1と、光半導体素子1から発せられた光を共振させるレーザ共振器(共振手段)82と、レーザ共振器82からの発振波長を選択し、かつ、該発振波長を変更可能な光フィルタ92(波長選択手段)とから概略構成されている。図中、符号71〜74は、必要に応じて設けられるレンズである。
The wavelength tunable light source 5 of the present embodiment includes the
本実施形態においては、光半導体素子1及びリング状に配置された光ファイバ75等によりリングレーザ共振器82が構成されており、レーザ共振器82内に波長選択手段である光フィルタ92が配置されている。光半導体素子1からの自然出力光は光フィルタ92に入射し、光フィルタ92を透過した光がリング状に配置された光ファイバ75に入射し、光半導体素子1に帰還するようになっている。
In the present embodiment, a
本実施形態の波長可変光源5では、光半導体素子1の持つ光利得がリングレーザ共振器82の全損失を上回る状態になるとレーザ発振が生じる。
In the wavelength tunable light source 5 of the present embodiment, laser oscillation occurs when the optical gain of the
光フィルタ92は多層誘電体膜からなり、特定の波長のみを通過させる特性を有する光学素子である。レーザ共振器82からの発振波長は光フィルタ92の透過中心波長により決まるので、光フィルタ92によって、レーザ共振器82内で発振する複数の波長モードから1つの発振波長が選択される。
The
また、光フィルタ92は、光フィルタ92に入射する入射光の光軸に対するフィルタ面角度が変更可能とされており、光フィルタ92のフィルタ面角度に応じて、光フィルタ92の光透過特性が変更され、光フィルタ92により選択される発振波長が変更されるようになっている。
The
レーザ共振器82内には、光アイソレータ76が配置されている。光アイソレータ76は光の周回方向を決めると共に、リングレーザの安定な発振動作にも寄与する光学素子である。
An
本実施形態では、リングレーザ共振器82内の光を、リングレーザ共振器82内に配置された光カプラ77から外部に取り出すことができる。
In the present embodiment, the light in the
本実施形態の波長可変光源5は、本発明の一実施形態である光半導体素子1を備えたものであるので、高出力化を実現できるものとなる。また、光半導体素子1はSLDに必要な広帯域性を有するので、本実施形態によれば、波長可変動作範囲が広く、高出力な波長可変光源5を提供することができる。
Since the wavelength tunable light source 5 of the present embodiment includes the
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。 Examples and comparative examples according to the present invention will be described.
(実施例1)
下記手順にて、上記実施形態の光半導体素子(SLD)1を製造した。半導体基板11と各層の組成及び厚みは、実施形態に挙げた設計例の通りとした。
結晶成長は有機金属気相成長(MOCVD)法により実施した。原料ガスとしては、TEG(トリエチルガリウム)/TMA(トリメチルアルミニウム)/TMI(トリメチルインジウム)/AsH3(アルシン)/PH3(ホスフィン)を用いた。n型ド−パント源としてはSiH4(シラン)、p型ド−パント源としてはDEZ(ジエチル亜鉛)を用いた。
Example 1
The optical semiconductor element (SLD) 1 of the above embodiment was manufactured by the following procedure. The composition and thickness of the
Crystal growth was performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). As the source gas, TEG (triethylgallium) / TMA (trimethylaluminum) / TMI (trimethylindium) / AsH 3 (arsine) / PH 3 (phosphine) was used. SiH 4 (silane) was used as the n-type dopant source, and DEZ (diethyl zinc) was used as the p-type dopant source.
はじめに、成長温度600〜700℃、圧力10.1kPaの条件下、n型半導体基板11上に、n型バッファ層12〜p型エッチングストップ層18、及びパターニング前のp型上部第2クラッド層21とパターニング前のp型キャップ層22とを順次結晶成長させた(1回目の結晶成長)。
First, an n-
次いで、リッジ構造部20のパターンに対応したSiO2選択成長マスク(誘電体マスク)を形成し、これをマスクとして、p型上部第2クラッド層21とp型キャップ層22とをエッチングして、上記実施形態で説明した幅パターンを有するリッジ構造部20を形成した(図1の光導波路50の幅パターンを参照)。
Next, a SiO 2 selective growth mask (dielectric mask) corresponding to the pattern of the
次に、上記SiO2選択成長マスクをマスクとして、p型エッチングストップ層18上のリッジ構造部20を除く領域に、n型電流阻止層31を結晶成長させた(2回目の結晶成長)。
Next, using the SiO 2 selective growth mask as a mask, the n-type
上記SiO2選択成長マスクを除去した後、リッジ構造部20及びn型電流阻止層31上に、p型上部第3クラッド層32、p型コンタクト層33を順次結晶成長させた(3回目の結晶成長)。
After removing the SiO 2 selective growth mask, the p-type upper
次に、素子の全体厚みが100μm程度になるまで半導体基板11を研磨し、p型電極41及びn型電極42を蒸着及び熱処理により形成した。
Next, the
得られた素子から、素子奥行き長LT=1.50mm程度のSLDバ−を劈開により切り出し、後方端面1R及び前方端面1FにARコーティング(素子自体からの発光波長に対して0.5%以下の反射率のコ−ティング)を施した。
An SLD bar having an element depth length LT of about 1.50 mm is cut out from the obtained element by cleavage, and an AR coating (less than 0.5% of the emission wavelength from the element itself) is applied to the rear end face 1R and the
最後に、劈開によりチップ化し、SLDチップを得た。このチップを、放熱効果を高めるために、放熱側であるp型電極41側を下にして実装する、いわゆるジャンクションダウン方式にて駆動回路を備えた実装基板のヒートシンクに実装した。
Finally, a chip was obtained by cleavage to obtain an SLD chip. In order to enhance the heat dissipation effect, this chip was mounted on a heat sink of a mounting substrate equipped with a drive circuit by a so-called junction down system, which is mounted with the p-
本実施例では、光導波路50の光軸50Xの後方端面1R及び前方端面1Fの法線方向Hに対する傾き角θ、及び光導波路50の幅狭部53、54及び幅広部55の幅と長さを、以下の通りとした。
光導波路50の光軸50Xの傾き角θ:7°、
光導波路50の幅狭部53:幅W1=3μm、光導波方向の長さL1=0.3mm、
光導波路50の幅狭部54:幅W2=3μm、光導波方向の長さL2=0.3mm、
光導波路50の幅広部55:幅W3=10μm、光導波方向の長さL3=0.9mm。
In the present embodiment, the inclination angle θ of the
The inclination angle θ of the
(比較例1)
光導波路50に幅広部を設けず、光導波路の幅を均一幅(3μm)とした以外は実施例1と同様にして、比較用のSLDチップを得、実装基板に実装した。
(Comparative Example 1)
An SLD chip for comparison was obtained and mounted on a mounting substrate in the same manner as in Example 1 except that the wide portion was not provided in the
(実施例1・比較例1の評価)
実施例1と比較例1の素子について、電流−光出力特性の評価を行った。結果を図7に示す。
(Evaluation of Example 1 and Comparative Example 1)
For the elements of Example 1 and Comparative Example 1, the current-light output characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
実施例1の素子は、同光出力を得るための駆動動作電流値が比較例1に比べて大きいものの、30mW出力における波長スペクトルの半値幅を測定したところ、比較例1では40nmであったのに対して、実施例1では80nmであり、より広帯域な発光スペクトルが得られた。 Although the element of Example 1 had a larger driving operation current value for obtaining the same optical output as compared with Comparative Example 1, the half-value width of the wavelength spectrum at 30 mW output was measured. On the other hand, in Example 1, it was 80 nm, and a broader emission spectrum was obtained.
このことは、発光スペクトルの帯域が同じ条件で比較すれば、実施例1の素子では比較例1より高い出力が得られることを示しており、実施例1の素子構成により、広帯域化と高出力化とを両立できることが示された。 This indicates that the output of the element of Example 1 can be higher than that of Comparative Example 1 if the bands of the emission spectra are compared under the same conditions. It was shown that both can be realized.
(実施例2)
上記実施例1と同様の素子構成であるが、光導波路50(リッジ構造部20)の幅パターンが図3(b)に示したパターンの光半導体素子(SLD)3を用いて、上記実施形態の波長可変光源(波長可変レーザ)4を製造した。
(Example 2)
The device configuration is the same as that of the first embodiment, but the optical waveguide 50 (ridge structure portion 20) has the width pattern of the optical semiconductor device (SLD) 3 having the pattern shown in FIG. The wavelength variable light source (wavelength variable laser) 4 was manufactured.
SLD3の光導波路50の幅パターンは、後方端面1R側の幅狭部53及び幅広部55が素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して斜めに延び、前方端面1F側の幅狭部54が素子端面1R、1Fの法線方向Hに対して平行に延びた幅パターンである。
The width pattern of the
光導波路50の幅狭部53、54及び幅広部55の設計は、以下の通りとした(基本的に実施例1と同様)。
光導波路50の後方端面1R側の幅狭部53及び幅広部55が素子端面1R、1Fの法線方向Hに対する傾き角θ:7°、
光導波路50の幅狭部53:幅W1=3μm、光導波方向の長さL1=0.3mm、
光導波路50の幅狭部54:幅W2=3μm、光導波方向の長さL2=0.3mm、
光導波路50の幅広部55:幅W3=10μm、光導波方向の長さL3=0.9mm。
The
The
(比較例2)
光導波路50に幅広部を設けず、光半導体素子(SLD)の光導波路の幅を均一幅(3μm)とした以外実施例2と同様にして、比較用の波長可変光源(波長可変レーザ)を製造した。
(Comparative Example 2)
A comparative wavelength tunable light source (wavelength tunable laser) is provided in the same manner as in Example 2 except that the
(実施例2・比較例2の評価)
実施例2と比較例2の波長可変光源について波長可変動作範囲を評価した。比較例2の波長可変動作範囲は60nmであったのに対し、実施例2の波長可変動作範囲は120nmであった。また、実施例2では飽和出力の向上も見られ、比較例2に対して約2倍の出力を得ることができた。
(Evaluation of Example 2 and Comparative Example 2)
The wavelength variable operation range of the wavelength variable light source of Example 2 and Comparative Example 2 was evaluated. While the wavelength tunable operating range of Comparative Example 2 was 60 nm, the wavelength tunable operating range of Example 2 was 120 nm. Further, in Example 2, an improvement in saturation output was also observed, and an output about twice that in Comparative Example 2 could be obtained.
本発明の光半導体素子は、スーパールミネッセントダイオード(SLD)や半導体光アンプ(SOA)等として利用可能な素子である。本発明の光半導体素子は、通信、計測、医療、印刷、画像処理等の分野に用いられる光源等として利用できる。 The optical semiconductor element of the present invention is an element that can be used as a super luminescent diode (SLD), a semiconductor optical amplifier (SOA), or the like. The optical semiconductor element of the present invention can be used as a light source used in the fields of communication, measurement, medical care, printing, image processing, and the like.
1、2 光半導体素子(SLD)
1R 後方端面(一素子端面)
1F 前方端面(他素子端面)
11 n型(第1導電型)半導体基板
15 半導体活性層
20 リッジ構造部
21、61 p型(第2導電型)クラッド層
41 p型(第2導電型)電極
42 n型(第1導電型)電極
50 光導波路
50X 光導波路の光軸
51 第1の光導波路口
52 第2の光導波路口
53、54 幅狭部
55 幅広部
55A 略均一幅部分
55B 拡幅化部分
55C 縮幅化部分
60 メサ構造部
W1 第1の光導波路口の幅
W2 第2の光導波路口の幅
W3 幅広部の最大幅
4、5 波長可変光源
3 光半導体素子(SLD)
80、82 レーザ共振器(共振手段)
91 回折格子(波長選択手段)
92 光フィルタ(波長選択手段)
1, 2 Optical semiconductor device (SLD)
1R Rear end face (one element end face)
1F Front end face (end face of other elements)
11 n-type (first conductivity type)
55C
80, 82 Laser resonator (resonance means)
91 Diffraction grating (wavelength selection means)
92 Optical filter (wavelength selection means)
Claims (9)
前記半導体基板の基板面に対して非平行な一素子端面に形成された第1の光導波路口から、該一素子端面又は他素子端面に形成された第2の光導波路口に連通し、少なくとも一部が前記一素子端面の法線方向に対して斜めに延びる光導波路が形成されており、
かつ、該光導波路が、前記第1の光導波路口の近傍部分及び前記第2の光導波路口の近傍部分を除く範囲内に、前記第1の光導波路口の幅及び前記第2の光導波路口の幅よりも広い幅広部を有する幅パターンで形成されていることを特徴とする光半導体素子。 In an optical semiconductor element in which a first conductivity type electrode, a semiconductor active layer, and a second conductivity type electrode are provided on a first conductivity type semiconductor substrate,
The first optical waveguide port formed on one element end surface non-parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate communicates with the second optical waveguide port formed on the one element end surface or the other element end surface, and at least An optical waveguide is formed partly extending obliquely with respect to the normal direction of the one element end face,
In addition, the width of the first optical waveguide port and the second optical waveguide are within the range in which the optical waveguide excludes the vicinity of the first optical waveguide port and the vicinity of the second optical waveguide port. An optical semiconductor element characterized by being formed in a width pattern having a wide portion wider than the width of the roadway.
光導波方向の幅分布が略均一である略均一幅部分と、
前記第1の光導波路口側から前記略均一幅部分に向けて光導波方向に連続的又は段階的に拡幅化する拡幅化部分と、
前記略均一幅部分から前記第2の光導波路口側に向けて光導波方向に連続的又は段階的に縮幅化する縮幅化部分とからなることを特徴とする請求項1に記載の光半導体素子。 The wide part is
A substantially uniform width portion where the width distribution in the optical waveguide direction is substantially uniform;
A widened portion that is continuously or stepwise widened in the optical waveguide direction from the first optical waveguide port side toward the substantially uniform width portion;
2. The light according to claim 1, comprising a narrowed portion that is continuously or stepwise reduced in the optical waveguide direction from the substantially uniform width portion toward the second optical waveguide port side. Semiconductor element.
3×W1≦W3≦10×W1・・・(I)、
3×W2≦W3≦10×W2・・・(II)
(式中、W1は第1の光導波路口の幅、W2は第2の光導波路口の幅、W3は幅広部の最大幅である。) 5. The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the maximum width of the wide portion satisfies the following formulas (I) and (II).
3 × W1 ≦ W3 ≦ 10 × W1 (I),
3 × W2 ≦ W3 ≦ 10 × W2 (II)
(W1 is the width of the first optical waveguide port, W2 is the width of the second optical waveguide port, and W3 is the maximum width of the wide portion.)
該光半導体素子から発せられた光を共振させる共振手段と、
該共振手段からの発振波長を選択し、かつ、該発振波長を変更可能な波長選択手段とを備えたことを特徴とする波長可変光源。 An optical semiconductor element according to any one of claims 1 to 7,
A resonance means for resonating light emitted from the optical semiconductor element;
A wavelength tunable light source comprising: a wavelength selection unit that selects an oscillation wavelength from the resonance unit and can change the oscillation wavelength.
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