JP2008198957A - 半導体レーザ装置および光増幅装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 シリコン導波路の横から電流注入し、かつ電流をシリコン導波路近傍に集中する構造を化合物半導体に形成することにより解決される。具体的な方法は以下の2つである。1つ目は化合物半導体にトンネルジャンクション構造を形成する方法、2つ目は化合物半導体に横方向P-I-Nジャンクションを形成する方法である。
【選択図】 図7
Description
(1)1つ目の方法は、化合物半導体基板にトンネルジャンクションを設ける方法である。化合物半導体基板上に第1の導電型の第1の半導体層と、半導体活性層と、第2の導電型の第2の半導体層と、基板上の一部にストライプ状に形成され、かつ第2の半導体層と比べ高濃度にドーピングされた第2の導電型の第3の半導体層と、基板上の一部にストライプ状に形成された第1の導電型の第4の半導体層と、第4の半導体層と比べ低濃度にドーピングされた第1の導電型の第5の半導体層とを有するトンネルジャンクション構造を備え、基板の両面のうち前記トンネルジャンクション構造に近い面の一部に第1の電極、前記トンネルジャンクション構造から遠い面の少なくとも一部に第2の電極が備えた化合物半導体部材を製造し、準備する。
(2)2つ目の方法は、化合物半導体基板に横方向P-I-Nジャンクションを形成する方法である。化合物半導体基板上に、基板上の一部にストライプ状に形成された導波路型半導体活性層と、前記導波路型半導体活性層を中心に、第1の側に第1の導電型の第1のコンタクト層と、第2の側に第2の導電性を持つ第2のコンタクト層を備え、第1のコンタクト層の上に第1の電極が、第2のコンタクト層の上に第2の電極が備えられた化合物半導体部材を作製する。更にシリコン基板の上に埋め込み酸化層を介してシリコン層が形成されたSOI基板上に、シリコン層を矩形に加工することにより形成されたシリコン導波路と、第1の導電型の第3の電極と第2の導電型の第4の電極とが備えられたシリコン部材を作製する。前記シリコン導波路の上に前記半導体活性層を平行して位置するよう前記シリコン部材上に前記化合物半導体部材を接合し、半導体レーザ導波路を形成し、前記第1の電極と前記第3の電極とを接触し、前記第2の電極と前記第4の電極とを接触する構造を作る方法である。本構造を用いて第3の電極から第4の電極へ電流注入すれば、シリコン導波路近傍の化合物半導体部に電流が集中し、シリコン導波路を導波するレーザ発振や光増幅が実現する。
前記第2のクラッド層上の一部に前記第2のクラッド層のそれに比べて高濃度に不純物がドーピングされた第2導電型の第1の半導体層と、第1導電型の第2の半導体層とが設けられ、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とは重なっていて、かつ、ストライプ形状となっており、
前記第2の半導体層のそれに比べて低濃度にドーピングされた第1導電型の第3の半導体層が設けられ、前記第3の半導体層は前記第1および第2の半導体層を覆い、かつ、前記第2のクラッド層上に設けられ、
前記第1および第2の半導体層により電流狭窄を行い、かつ、前記第1乃至第3の半導体層の部分によりトンネルジャンクション構造をなしており、
前記化合物半導体基板上の前記第1のクラッド層のある側と反対側の前記化合物半導体基板上に第1の電極が設けられ、
前記第3の半導体層上であって、かつ、前記トンネルジャンクション構造部分から離間した位置に第2および第3の電極が設けられた化合物半導体部材と、
シリコン部材上に埋込酸化層を介してシリコン層が設けられたSOI (Silicon on Insulator)基板上にストライプ形状をしたシリコン光導波路と、
前記第2および第3の電極にそれぞれ固定して前記活性層に電流を供給するための第4および第5の電極が互いに離間して設けられたシリコン部材とを有し、
前記第2の電極と前記第4の電極とが固定され、前記第3の電極と前記第5の電極とが固定され、それらが固定されたときに、前記シリコン光導波路の少なくとも一部と前記第3の半導体層との間は接触していることを特徴とする半導体レーザ装置。
前記第1のシリコン光導波路の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第1のリング型共振器が設けられ、前記第1のリング型共振器の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第3のシリコン光導波路が設けられ、前記第3のシリコン光導波路の一部に第1の導電型反射鏡が設けられ、
前記第2のシリコン光導波路の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第2のリング型共振器が設けられ、前記第2のリング型共振器の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第4のシリコン光導波路が設けられ、前記第4のシリコン光導波路の一部に第2の導電型反射鏡が設けられていることを特徴とする上記1記載の半導体レーザ装置。
前記第2のクラッド層上の一部に前記第2のクラッド層のそれに比べて高濃度に不純物がドーピングされた第2導電型の第1の半導体層と、第1導電型の第2の半導体層とが設けられ、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とは重なっていて、かつ、ストライプ形状となっており、
前記第2の半導体層のそれに比べて低濃度にドーピングされた第1導電型の第3の半導体層が設けられ、前記第3の半導体層は前記第1および第2の半導体層を覆い、かつ、前記第2のクラッド層上に設けられ、
前記第1および第2の半導体層により電流狭窄を行い、かつ、前記第1乃至第3の半導体層の部分によりトンネルジャンクション構造をなしており、
前記化合物半導体基板上の前記第1のクラッド層のある側と反対側の前記化合物半導体基板上に第1の電極が設けられ、
前記第3の半導体層上であって、かつ、前記トンネルジャンクション構造部分から離間した位置に第2および第3の電極が設けられた化合物半導体部材と、
シリコン部材上に埋込酸化層を介してシリコン層が設けられたSOI (Silicon on Insulator)基板上にストライプ形状をしたシリコン光導波路と、
前記第2および第3の電極にそれぞれ固定して前記活性層に電流を供給するための第4および第5の電極が互いに離間して設けられたシリコン部材とを有し、
前記第2の電極と前記第4の電極とが固定され、前記第3の電極と前記第5の電極とが固定され、それらが固定されたときに、前記シリコン光導波路の少なくとも一部と前記第3の半導体層との間は接触していることを特徴とする光増幅装置。
前記第1のシリコン光導波路の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第1のリング型共振器が設けられ、前記第1のリング型共振器の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第3のシリコン光導波路が設けられ、前記第3のシリコン光導波路の一部に第1の導電型反射鏡が設けられ、
前記第2のシリコン光導波路の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第2のリング型共振器が設けられ、前記第2のリング型共振器の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第4のシリコン光導波路が設けられ、前記第4のシリコン光導波路の一部に第2の導電型反射鏡が設けられていることを特徴とする上記6記載の光増幅装置。
前記活性層上に、前記活性層へ電流を閉じ込めるための第2の絶縁半導体層が設けられ、
前記活性層および前記第2の絶縁半導体層とは重なっていて、かつ、ストライプ形状となっており、
前記前記活性層および前記第2の絶縁半導体層を有する積層体の一方の側方側には第1導波路型の第1のコンタクト層が設けられ、前記積層体の他方の側方側には第2導波路型の第2のコンタクト層が設けられ、
前記第1のコンタクト層上には第1の電極が設けられ、前記第2のコンタクト層上には第2の電極が設けられた化合物半導体部材と、
シリコン部材上に埋込酸化層を介してシリコン層が設けられたSOI (Silicon on Insulator)基板上にストライプ形状をした第1のシリコン光導波路と、
前記第1および第2の電極にそれぞれ固定して前記活性層に電流を供給するための第3および第4の電極が互いに離間して設けられたシリコン部材とを有し、
前記第1の電極と前記第3の電極とが固定され、前記第2の電極と前記第4の電極とが固定され、それらが固定されたときに、前記第1のシリコン光導波路の少なくとも一部と前記第2の絶縁半導体層との間は接触していることを特徴とする半導体レーザ装置。
図1AおよびBに本発明の第1の実施例を示す。本実施例は、端面31、32間でレーザ共振器を形成し、レーザ発振を実現する例である。図1Aは化合物半導体の斜視図、図1BはSOI(Silicon on Insulator)基板の斜視図、図1Cは全体の斜視図、図1Dは全体の上面図である。図7は全体の上面図に電流注入経路を明示した図である。
図2に本発明の第2の実施例を示す。本実施例は、端面61、62間でレーザ共振器を形成し、レーザ発振を実現する例である。図2Aは化合物半導体の斜視図、図2BはSOI(Silicon on Insulator)基板の斜視図、図2Cは化合物半導体部材とSOI基板とを組み合わせた、例えば、半導体レーザ装置全体の斜視図、図2(d)はその全体の上面図である。図8は全体の鳥瞰図に電流注入経路を明示した図である。
本実施例では化合物半導体材料をInPとしたが、GaAsでもよい。
図3に本発明の第3の実施例を示す。この実施例は、実施例1に記載の化合物半導体部材に回折格子を追加して形成することにより、分布帰還型レーザとしたものである。
図4に本発明の第4の実施例を示す。この実施例は、実施例2に記載の化合物半導体部材に回折格子を追加して形成することにより、分布帰還型レーザとしたものである。
図5に本発明の第5の実施例を示す。シリコン部材101の光導波路の両端面に反射鏡が形成されている実施例である。
前記活性層上に、前記活性層へ電流を閉じ込めるための第2の絶縁半導体層が設けられ、
前記活性層および前記第2の絶縁半導体層とは重なっていて、かつ、ストライプ形状となっており、
前記前記活性層および前記第2の絶縁半導体層を有する積層体の一方の側方側には第1導波路型の第1のコンタクト層が設けられ、前記積層体の他方の側方側には第2導波路型の第2のコンタクト層が設けられ、
前記第1のコンタクト層上には第1の電極が設けられ、前記第2のコンタクト層上には第2の電極が設けられた化合物半導体部材と、
シリコン部材上に埋込酸化層を介してシリコン層が設けられたSOI (Silicon on Insulator)基板上にストライプ形状をした第1のシリコン光導波路と、
前記第1および第2の電極にそれぞれ固定して前記活性層に電流を供給するための第3および第4の電極が互いに離間して設けられたシリコン部材とを有し、
前記第1の電極と前記第3の電極とが固定され、前記第2の電極と前記第4の電極とが固定され、それらが固定されたときに、前記第1のシリコン光導波路の少なくとも一部と前記第2の絶縁半導体層との間は接触していることを特徴とする光増幅装置。
121‥半導体基板
131、132、133‥電流注入経路。
Claims (14)
- 化合物半導体基板上に第1導電型の第1のクラッド層、その上に活性層、その上に第2導電型の第2のクラッド層が設けられ、
前記第2のクラッド層上の一部に前記第2のクラッド層のそれに比べて高濃度に不純物がドーピングされた第2導電型の第1の半導体層と、第1導電型の第2の半導体層とが設けられ、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とは重なっていて、かつ、ストライプ形状となっており、
前記第2の半導体層のそれに比べて低濃度にドーピングされた第1導電型の第3の半導体層が設けられ、前記第3の半導体層は前記第1および第2の半導体層を覆い、かつ、前記第2のクラッド層上に設けられ、
前記第1および第2の半導体層により電流狭窄を行い、かつ、前記第1乃至第3の半導体層の部分によりトンネルジャンクション構造をなしており、
前記化合物半導体基板上の前記第1のクラッド層のある側と反対側の前記化合物半導体基板上に第1の電極が設けられ、
前記第3の半導体層上であって、かつ、前記トンネルジャンクション構造部分から離間した位置に第2および第3の電極が設けられた化合物半導体部材と、
シリコン部材上に埋込酸化層を介してシリコン層が設けられたSOI (Silicon on Insulator)基板上にストライプ形状をしたシリコン光導波路と、
前記第2および第3の電極にそれぞれ固定して前記活性層に電流を供給するための第4および第5の電極が互いに離間して設けられたシリコン部材とを有し、
前記第2の電極と前記第4の電極とが固定され、前記第3の電極と前記第5の電極とが固定され、それらが固定されたときに、前記シリコン光導波路の少なくとも一部と前記第3の半導体層との間は接触していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記活性層の近くに回折格子が設けられることにより分布帰還型としていることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 前記シリコン光導波路と前記第3の半導体層との接触した部分の両方の外側に前記シリコン光導波路はそれぞれ延在して第1のシリコン光導波路および第2のシリコン光導波路をなし、
前記第1のシリコン光導波路の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第1のリング型共振器が設けられ、前記第1のリング型共振器の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第3のシリコン光導波路が設けられ、前記第3のシリコン光導波路の一部に第1の導電型反射鏡が設けられ、
前記第2のシリコン光導波路の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第2のリング型共振器が設けられ、前記第2のリング型共振器の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第4のシリコン光導波路が設けられ、前記第4のシリコン光導波路の一部に第2の導電型反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。 - 前記第1および第2のリング型共振器の反射率ピークが一致した波長λ1でシングルモード発振することを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ装置。
- 前記シリコン光導波路の端部と前記第3の半導体層の端部とが、それぞれ第1および第2の反射鏡(31, 32)となっていることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 化合物半導体基板上に第1導電型の第1のクラッド層、その上に活性層、その上に第2導電型の第2のクラッド層が設けられ、
前記第2のクラッド層上の一部に前記第2のクラッド層のそれに比べて高濃度に不純物がドーピングされた第2導電型の第1の半導体層と、第1導電型の第2の半導体層とが設けられ、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とは重なっていて、かつ、ストライプ形状となっており、
前記第2の半導体層のそれに比べて低濃度にドーピングされた第1導電型の第3の半導体層が設けられ、前記第3の半導体層は前記第1および第2の半導体層を覆い、かつ、前記第2のクラッド層上に設けられ、
前記第1および第2の半導体層により電流狭窄を行い、かつ、前記第1乃至第3の半導体層の部分によりトンネルジャンクション構造をなしており、
前記化合物半導体基板上の前記第1のクラッド層のある側と反対側の前記化合物半導体基板上に第1の電極が設けられ、
前記第3の半導体層上であって、かつ、前記トンネルジャンクション構造部分から離間した位置に第2および第3の電極が設けられた化合物半導体部材と、
シリコン部材上に埋込酸化層を介してシリコン層が設けられたSOI (Silicon on Insulator)基板上にストライプ形状をしたシリコン光導波路と、
前記第2および第3の電極にそれぞれ固定して前記活性層に電流を供給するための第4および第5の電極が互いに離間して設けられたシリコン部材とを有し、
前記第2の電極と前記第4の電極とが固定され、前記第3の電極と前記第5の電極とが固定され、それらが固定されたときに、前記シリコン光導波路の少なくとも一部と前記第3の半導体層との間は接触していることを特徴とする光増幅装置。 - 前記活性層の近くに回折格子が設けられることにより分布帰還型としていることを特徴とする請求項6記載の光増幅装置。
- 前記シリコン光導波路と前記第3の半導体層との接触した部分の両方の外側に前記シリコン光導波路はそれぞれ延在して第1のシリコン光導波路および第2のシリコン光導波路をなし、
前記第1のシリコン光導波路の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第1のリング型共振器が設けられ、前記第1のリング型共振器の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第3のシリコン光導波路が設けられ、前記第3のシリコン光導波路の一部に第1の導電型反射鏡が設けられ、
前記第2のシリコン光導波路の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第2のリング型共振器が設けられ、前記第2のリング型共振器の近くであって、かつ、前記シリコン部材上に第4のシリコン光導波路が設けられ、前記第4のシリコン光導波路の一部に第2の導電型反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項6記載の光増幅装置。 - 前記第1および第2のリング型共振器の反射率ピークが一致した波長λ1でシングルモード発振することを特徴とする請求項8記載の光増幅装置。
- 前記シリコン光導波路の端部と前記第3の半導体層の端部とが、それぞれ第1および第2の無反射鏡となっていることを特徴とする請求項6記載の光増幅装置。
- 化合物半導体基板上に設けられた第1の絶縁半導体層上の一部に、導波路型半導体活性層が設けられ、
前記活性層上に、前記活性層へ電流を閉じ込めるための第2の絶縁半導体層が設けられ、
前記活性層および前記第2の絶縁半導体層とは重なっていて、かつ、ストライプ形状となっており、
前記前記活性層および前記第2の絶縁半導体層を有する積層体の一方の側方側には第1導波路型の第1のコンタクト層が設けられ、前記積層体の他方の側方側には第2導波路型の第2のコンタクト層が設けられ、
前記第1のコンタクト層上には第1の電極が設けられ、前記第2のコンタクト層上には第2の電極が設けられた化合物半導体部材と、
シリコン部材上に埋込酸化層を介してシリコン層が設けられたSOI (Silicon on Insulator)基板上にストライプ形状をした第1のシリコン光導波路と、
前記第1および第2の電極にそれぞれ固定して前記活性層に電流を供給するための第3および第4の電極が互いに離間して設けられたシリコン部材とを有し、
前記第1の電極と前記第3の電極とが固定され、前記第2の電極と前記第4の電極とが固定され、それらが固定されたときに、前記第1のシリコン光導波路の少なくとも一部と前記第2の絶縁半導体層との間は接触していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記活性層の近くに回折格子が設けられることにより分布帰還型としていることを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ装置。
- 前記第2の絶縁半導体層と接触している前記第1シリコン光導波路と、第2のシリコン光導波路とが接続されており、前記第2のシリコン光導波路は前記シリコン部材上に設けられていることを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ装置。
- 前記第1のシリコン光導波路の端部と前記第2のシリコン光導波路の端部とが、それぞれ第1および第2の反射鏡となっていることを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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