JP3390893B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に関
し、特に、レーザ光の出射角を小さくして光ファイバと
の光学的結合を容易にした光通信システムに用いる半導
体レーザ装置に関するものである。
し、特に、レーザ光の出射角を小さくして光ファイバと
の光学的結合を容易にした光通信システムに用いる半導
体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信技術の高度化に伴って、半
導体レーザと他の光半導体装置とを集積化する研究が盛
んに行われており、例えば、ＤＦＢ（分布帰還）型半導
体レーザと光変調器を集積化したもの或いは半導体レー
ザとビームサイズ変換器とを集積化したもの等の研究が
なされている。
導体レーザと他の光半導体装置とを集積化する研究が盛
んに行われており、例えば、ＤＦＢ（分布帰還）型半導
体レーザと光変調器を集積化したもの或いは半導体レー
ザとビームサイズ変換器とを集積化したもの等の研究が
なされている。
【０００３】この内、後者のビームサイズ変換器は、半
導体レーザと光ファイバとをモジュール化する際に、出
射角が３０°〜４０°と大きい半導体レーザからの出力
ビームを狭めて両者の光学的結合を容易にするために設
けるものであり、ファブリ・ペロー共振器やＤＢＲ（分
布ブラッグ反射器）型共振器等の各種の共振器と共に用
いられている。
導体レーザと光ファイバとをモジュール化する際に、出
射角が３０°〜４０°と大きい半導体レーザからの出力
ビームを狭めて両者の光学的結合を容易にするために設
けるものであり、ファブリ・ペロー共振器やＤＢＲ（分
布ブラッグ反射器）型共振器等の各種の共振器と共に用
いられている。
【０００４】この様なビームサイズ変換器を一体化した
ＢＨ（埋め込みヘテロ接合）構造の半導体レーザ装置
（特開昭６３−２３３５８４号公報）を図５を参照して
説明する。
ＢＨ（埋め込みヘテロ接合）構造の半導体レーザ装置
（特開昭６３−２３３５８４号公報）を図５を参照して
説明する。
【０００５】図５参照
この半導体レーザ装置は、ｎ型ＩｎＰ基板４１上にＩｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層４２、異なった混晶比のＩｎＧａ
ＡｓＰの多層構造からなる歪量子井戸層４３からなる活
性層、及び、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４４の一方の出
射側において層厚方向にテーパを形成すると共に、メサ
ストライプを形成し、次いで、このメサストライプをｐ
型ＩｎＰ埋込層４５、ｎ型ＩｎＰ埋込層４６、及び、再
びｐ型ＩｎＰ埋込層４５で埋め込んで電流狭窄構造を設
け、さらに、メサストライプに対応するストライプ状の
開口を設けたＳｉＯ2 等の絶縁膜４８を介してｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層４７に対してｐ型電極４９（基
板側にはｎ型電極５０）を形成したものである。
ＧａＡｓＰ光ガイド層４２、異なった混晶比のＩｎＧａ
ＡｓＰの多層構造からなる歪量子井戸層４３からなる活
性層、及び、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４４の一方の出
射側において層厚方向にテーパを形成すると共に、メサ
ストライプを形成し、次いで、このメサストライプをｐ
型ＩｎＰ埋込層４５、ｎ型ＩｎＰ埋込層４６、及び、再
びｐ型ＩｎＰ埋込層４５で埋め込んで電流狭窄構造を設
け、さらに、メサストライプに対応するストライプ状の
開口を設けたＳｉＯ2 等の絶縁膜４８を介してｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層４７に対してｐ型電極４９（基
板側にはｎ型電極５０）を形成したものである。
【０００６】このような半導体レーザ装置においては、
活性層と横方向のモード変換器が同一光軸上に配置され
た構成になっているので、レーザ光はレーザ領域５２の
劈開面と横方向モード変換器領域、即ち、ビームサイズ
変換器領域５１の端面の劈開面との間で共振することに
なる。
活性層と横方向のモード変換器が同一光軸上に配置され
た構成になっているので、レーザ光はレーザ領域５２の
劈開面と横方向モード変換器領域、即ち、ビームサイズ
変換器領域５１の端面の劈開面との間で共振することに
なる。
【０００７】この場合、ビームサイズ変換器領域５１に
おいては、レーザ領域５２に比べて光閉じ込めが弱いた
め先端部での近視野像は拡がり、結果として近視野像の
回折パターンである遠視野像は狭くなり、したがって、
ビーム出射角は小さくなるので、光ファイバとの光学的
結合が容易になる。
おいては、レーザ領域５２に比べて光閉じ込めが弱いた
め先端部での近視野像は拡がり、結果として近視野像の
回折パターンである遠視野像は狭くなり、したがって、
ビーム出射角は小さくなるので、光ファイバとの光学的
結合が容易になる。
【０００８】また、このような構造以外に、共振器の光
軸方向に沿って活性層自体の厚さ方向と直交する方向の
幅をテーパ状に細くすることによって出射角を小さくし
たテーパ導波路集積化レーザ（１９９４年電子情報通信
学会春季大会予稿集Ｃ２４３）も報告されている。
軸方向に沿って活性層自体の厚さ方向と直交する方向の
幅をテーパ状に細くすることによって出射角を小さくし
たテーパ導波路集積化レーザ（１９９４年電子情報通信
学会春季大会予稿集Ｃ２４３）も報告されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来提案され
ているビームサイズ変換器付き半導体レーザ装置におい
ては、再結合発光の起こる活性層自体をエッチングして
所定の形状に加工するものであるので、製造工程が複雑
化するため製造歩留りが低下すると共に、活性層に加工
損傷が生じやすいので、リーク電流が増加し、しきい値
電流密度が増加する等の基本的なレーザ特性も低下する
問題があった。
ているビームサイズ変換器付き半導体レーザ装置におい
ては、再結合発光の起こる活性層自体をエッチングして
所定の形状に加工するものであるので、製造工程が複雑
化するため製造歩留りが低下すると共に、活性層に加工
損傷が生じやすいので、リーク電流が増加し、しきい値
電流密度が増加する等の基本的なレーザ特性も低下する
問題があった。
【００１０】したがって、本発明は、簡単な製造工程に
よってレーザの基本的特性を劣化させることなく、光フ
ァイバとの光学的結合を容易にするビームサイズ変換器
を一体化した半導体レーザを提供することを目的とす
る。
よってレーザの基本的特性を劣化させることなく、光フ
ァイバとの光学的結合を容易にするビームサイズ変換器
を一体化した半導体レーザを提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成を説明するためのビームサイズ変換器付き半導体レー
ザ装置の斜視図であり、この図１を参照して本発明にお
ける課題を解決するための手段を説明する。
成を説明するためのビームサイズ変換器付き半導体レー
ザ装置の斜視図であり、この図１を参照して本発明にお
ける課題を解決するための手段を説明する。
【００１２】図１参照
本発明は、基板１上に一導電型の第１クラッド層２、第
１光導波路層３、一導電型の第２クラッド層４、活性層
を含む第２光導波路層５、及び、光軸方向において一部
が欠落したメサストライプ状のリッジ８を有する反対導
電型のクラッド層６，７とを順次積層させた半導体レー
ザ装置において、リッジ８が一定のメサ幅Ｗを有する長
さＬ1 の領域と、メサ幅が光軸方向にテーパ状になった
長さＬ2の領域とからなり、リッジ部が一定のメサ幅を
有する領域をレーザ領域１０とし、リッジの欠落した長
さＬ3 の領域を方向性結合器領域１２としたことを特徴
とする。なお、図１における図番９は電極であり、図番
１１はテーパ領域である。
１光導波路層３、一導電型の第２クラッド層４、活性層
を含む第２光導波路層５、及び、光軸方向において一部
が欠落したメサストライプ状のリッジ８を有する反対導
電型のクラッド層６，７とを順次積層させた半導体レー
ザ装置において、リッジ８が一定のメサ幅Ｗを有する長
さＬ1 の領域と、メサ幅が光軸方向にテーパ状になった
長さＬ2の領域とからなり、リッジ部が一定のメサ幅を
有する領域をレーザ領域１０とし、リッジの欠落した長
さＬ3 の領域を方向性結合器領域１２としたことを特徴
とする。なお、図１における図番９は電極であり、図番
１１はテーパ領域である。
【００１３】また、本発明は、反対導電型のクラッド層
が第２光導波路層５と接する平坦な第１クラッド層６と
リッジ８を構成する第２クラッド層７とからなることを
特徴とする。
が第２光導波路層５と接する平坦な第１クラッド層６と
リッジ８を構成する第２クラッド層７とからなることを
特徴とする。
【００１４】また、本発明は、反対導電型の第１クラッ
ド層６と第２クラッド層７との間に、第２クラッド層７
と組成の異なるエッチング停止層を設けたことを特徴と
する。
ド層６と第２クラッド層７との間に、第２クラッド層７
と組成の異なるエッチング停止層を設けたことを特徴と
する。
【００１５】
【作用】本発明の半導体レーザ装置においては、メサ幅
がテーパ状になった領域１１と方向性結合器領域１２と
によってビームサイズ変換器が構成され、活性層を含む
第２光導波路層５及び出力用の第１光導波路層３にはエ
ッチング加工を施さないのでレーザの基本特性が劣化す
ることがなく、また、最上層の反対導電型のクラッド層
６，７の一部にエッチングによりリッジ８を形成するだ
けであるので、製造歩留りも向上する。
がテーパ状になった領域１１と方向性結合器領域１２と
によってビームサイズ変換器が構成され、活性層を含む
第２光導波路層５及び出力用の第１光導波路層３にはエ
ッチング加工を施さないのでレーザの基本特性が劣化す
ることがなく、また、最上層の反対導電型のクラッド層
６，７の一部にエッチングによりリッジ８を形成するだ
けであるので、製造歩留りも向上する。
【００１６】また、反対導電型のクラッド層が第２光導
波路層５と接する平坦な第１クラッド層６とリッジ８を
構成する第２クラッド層７とからなることによって、第
２光導波路層５は平坦な第１クラッド層６により保護さ
れ、さらに、両者の間に第２クラッド層７と組成の異な
るエッチング停止層を設けることにより、リッジ構造を
精度良く且つ再現性良く形成することができる。
波路層５と接する平坦な第１クラッド層６とリッジ８を
構成する第２クラッド層７とからなることによって、第
２光導波路層５は平坦な第１クラッド層６により保護さ
れ、さらに、両者の間に第２クラッド層７と組成の異な
るエッチング停止層を設けることにより、リッジ構造を
精度良く且つ再現性良く形成することができる。
【００１７】次に、図２を参照して、本発明の動作・作
用を説明する。なお、図２（ａ）は、図１の光軸方向、
即ち、図１のＡ−Ａ’方向と直交する方向の断面図を示
すものであり、図２（ｂ）は、図１のＡ−Ａ’に沿った
断面図を示すものである。但し、リッジ８については、
夫々正面図、側面図を示している。
用を説明する。なお、図２（ａ）は、図１の光軸方向、
即ち、図１のＡ−Ａ’方向と直交する方向の断面図を示
すものであり、図２（ｂ）は、図１のＡ−Ａ’に沿った
断面図を示すものである。但し、リッジ８については、
夫々正面図、側面図を示している。
【００１８】図２（ａ）及び（ｂ）参照
リッジ８のメサ幅が一定のレーザ領域１０で発生したレ
ーザ光は、レーザ領域１０においては第２光導波路層５
と第１光導波路層３との結合係数が小さいため第１光導
波路層３に移行せず、図２（ｂ）において略円形の破線
で示すように通常の比較的狭い近視野像を持つ垂直横モ
ードで発振するが、テーパ領域１１に入ると水平横モー
ドの近視野像が拡がり、テーパ領域１１が終わって方向
性結合領域１２になるとリッジ８がなくなって第１光導
波路層３と第２光導波路層５との結合係数が大きくなる
ため方向性結合領域１２の影響が強くなり、垂直方向の
近視野像の下半分は一導電型の第２クラッド層４及び第
１クラッド層２からなる下部クラッド層に拡がる。
ーザ光は、レーザ領域１０においては第２光導波路層５
と第１光導波路層３との結合係数が小さいため第１光導
波路層３に移行せず、図２（ｂ）において略円形の破線
で示すように通常の比較的狭い近視野像を持つ垂直横モ
ードで発振するが、テーパ領域１１に入ると水平横モー
ドの近視野像が拡がり、テーパ領域１１が終わって方向
性結合領域１２になるとリッジ８がなくなって第１光導
波路層３と第２光導波路層５との結合係数が大きくなる
ため方向性結合領域１２の影響が強くなり、垂直方向の
近視野像の下半分は一導電型の第２クラッド層４及び第
１クラッド層２からなる下部クラッド層に拡がる。
【００１９】その結果、垂直横モードの中心は、図２
（ｂ）において略楕円形の破線で示すように第１光導波
路層３に移行し、レーザ光は拡がった近視野像として方
向性結合領域１２の出射端面から出射されるので、近視
野像の回折パターンである遠視野像は狭くなり、出射角
は小さくなる。
（ｂ）において略楕円形の破線で示すように第１光導波
路層３に移行し、レーザ光は拡がった近視野像として方
向性結合領域１２の出射端面から出射されるので、近視
野像の回折パターンである遠視野像は狭くなり、出射角
は小さくなる。
【００２０】
【実施例】図３を参照して本発明の第１の実施例である
ＩｎＧａＰ系半導体レーザ装置を説明する。なお、本発
明の第１の実施例の半導体レーザ装置の基本的構造は図
１に示す構造と同様であり、図３（ａ）は図１のＡ−
Ａ’に沿った断面に相当する断面図を示し、また、図３
（ｂ）は図３（ａ）の積層方向に沿った禁制帯幅の相対
的大きさを示すものである。
ＩｎＧａＰ系半導体レーザ装置を説明する。なお、本発
明の第１の実施例の半導体レーザ装置の基本的構造は図
１に示す構造と同様であり、図３（ａ）は図１のＡ−
Ａ’に沿った断面に相当する断面図を示し、また、図３
（ｂ）は図３（ａ）の積層方向に沿った禁制帯幅の相対
的大きさを示すものである。
【００２１】図３（ａ）参照
まず、厚さ１００μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１３上に３μ
ｍのｎ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層１４、０．２μｍの
ｎ型ＧａＡｓ光導波路層１５、３μｍのｎ型ＩｎＧａＰ
第２クラッド層１６、禁制帯幅Ｅg が１．６１ｅＶで光
ガイド層となる５０ｎｍ（０．０５μｍ）のＩｎＧａＡ
ｓＰ層１７、バリア層となる１０ｎｍのＧａＡｓ層１
８、１０ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層１
９、バリア層となる１０ｎｍのＧａＡｓ層２０、Ｅg が
１．６１ｅＶで光ガイド層となる５０ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰ層２１、０．２μｍのｐ型ＩｎＧａＰ第１クラッド
層２２、１０ｎｍのｐ型ＧａＡｓエッチング停止層２
３、２μｍのｐ型ＩｎＧａＰ第２クラッド層２４、及
び、０．５μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２５を順次
エピタキシャル成長させる。なお、この場合の各クラッ
ド層１４、１６、２２、及び、２４を構成するＩｎＧａ
Ｐの組成は、ＧａＡｓと格子整合するＩｎ0.49Ｇａ0.51
Ｐである。
ｍのｎ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層１４、０．２μｍの
ｎ型ＧａＡｓ光導波路層１５、３μｍのｎ型ＩｎＧａＰ
第２クラッド層１６、禁制帯幅Ｅg が１．６１ｅＶで光
ガイド層となる５０ｎｍ（０．０５μｍ）のＩｎＧａＡ
ｓＰ層１７、バリア層となる１０ｎｍのＧａＡｓ層１
８、１０ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層１
９、バリア層となる１０ｎｍのＧａＡｓ層２０、Ｅg が
１．６１ｅＶで光ガイド層となる５０ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰ層２１、０．２μｍのｐ型ＩｎＧａＰ第１クラッド
層２２、１０ｎｍのｐ型ＧａＡｓエッチング停止層２
３、２μｍのｐ型ＩｎＧａＰ第２クラッド層２４、及
び、０．５μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２５を順次
エピタキシャル成長させる。なお、この場合の各クラッ
ド層１４、１６、２２、及び、２４を構成するＩｎＧａ
Ｐの組成は、ＧａＡｓと格子整合するＩｎ0.49Ｇａ0.51
Ｐである。
【００２２】図３（ｂ）参照
この場合、各層の禁制帯幅分布から判るように、ＧａＡ
ｓ層１８、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層１９、及
び、ＧａＡｓ層２０によって単一量子井戸型活性層を構
成し、且つ、ＩｎＧａＡｓＰ層１７乃至ＩｎＧａＡｓＰ
層２１によって、活性層及び光ガイド層からなるＳＣＨ
（ｓｅｐａｒａｔｅ−ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｈｅｔ
ｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）型光導波路を構成してい
る。
ｓ層１８、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層１９、及
び、ＧａＡｓ層２０によって単一量子井戸型活性層を構
成し、且つ、ＩｎＧａＡｓＰ層１７乃至ＩｎＧａＡｓＰ
層２１によって、活性層及び光ガイド層からなるＳＣＨ
（ｓｅｐａｒａｔｅ−ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｈｅｔ
ｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）型光導波路を構成してい
る。
【００２３】また、ｎ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層１
４、ｎ型ＧａＡｓ光導波路層１５、及び、ｎ型ＩｎＧａ
Ｐ第２クラッド層１６によって、出力用の光導波路を構
成している。
４、ｎ型ＧａＡｓ光導波路層１５、及び、ｎ型ＩｎＧａ
Ｐ第２クラッド層１６によって、出力用の光導波路を構
成している。
【００２４】次いで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２５を
エッチングすることによって、幅が２μｍで一定の部分
と、幅が光軸方向にテーパ状となっている部分とからな
るメサストライプを形成したのち、ｐ型ＩｎＧａＰ第２
クラッド層２４を同じパターンにエッチングしてリッジ
２６を形成する。
エッチングすることによって、幅が２μｍで一定の部分
と、幅が光軸方向にテーパ状となっている部分とからな
るメサストライプを形成したのち、ｐ型ＩｎＧａＰ第２
クラッド層２４を同じパターンにエッチングしてリッジ
２６を形成する。
【００２５】この場合、ｐ型ＩｎＧａＰ第２クラッド層
２４とｐ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層２２との間にｐ型
ＧａＡｓエッチング停止層２３を設けているので、精度
良くリッジを形成することができるが、必ずしも必要と
するものではない。
２４とｐ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層２２との間にｐ型
ＧａＡｓエッチング停止層２３を設けているので、精度
良くリッジを形成することができるが、必ずしも必要と
するものではない。
【００２６】次いで、ｎ型ＧａＡｓ基板１３裏面及びｐ
型ＧａＡｓコンタクト層２５表面に電極（図示せず）を
形成したのち劈開することによって、図１に示す構造と
同様な、リッジ幅が一定で長さが６００μｍのレーザ領
域、長さ２００μｍのテーパ領域、及び、リッジの存在
しない長さ１００μｍの方向性結合器領域とからなる全
体の長さが９００μｍの共振器長を有する半導体レーザ
装置が完成する。この様な構成にすることによって、レ
ーザ光の出射角を１０％以下にすることができる。
型ＧａＡｓコンタクト層２５表面に電極（図示せず）を
形成したのち劈開することによって、図１に示す構造と
同様な、リッジ幅が一定で長さが６００μｍのレーザ領
域、長さ２００μｍのテーパ領域、及び、リッジの存在
しない長さ１００μｍの方向性結合器領域とからなる全
体の長さが９００μｍの共振器長を有する半導体レーザ
装置が完成する。この様な構成にすることによって、レ
ーザ光の出射角を１０％以下にすることができる。
【００２７】なお、各層の厚さも実施例に示した数値に
限られるものではなく、ｎ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層
１４、ｎ型ＧａＡｓ光導波路層１５、ｎ型ＩｎＧａＰ第
２クラッド層１６、ＩｎＧａＡｓＰ層１７、ＧａＡｓ層
１８、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層１９、ＧａＡ
ｓ層２０、ＩｎＧａＡｓＰ層２１、ｐ型ＩｎＧａＰ第１
クラッド層２２、ｐ型ＧａＡｓエッチング停止層２３、
ｐ型ＩｎＧａＰ第２クラッド層２４、及び、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層２５の厚さは、夫々２．５〜３．０μ
ｍ、０．１〜０．２μｍ、２．５〜３．０μｍ、３０〜
７０ｎｍ、０〜１０ｎｍ、５〜１０ｎｍ、０〜１０ｎ
ｍ、３０〜７０ｎｍ、０．１〜０．３μｍ、３〜１０ｎ
ｍ、１．５〜２．０μｍ、及び、０．３〜０．５μｍで
あれば良いが、この数値は好適な数値範囲を示すもの
で、これらの数値と異なっても多少特性は劣るものの充
分機能するものである。
限られるものではなく、ｎ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層
１４、ｎ型ＧａＡｓ光導波路層１５、ｎ型ＩｎＧａＰ第
２クラッド層１６、ＩｎＧａＡｓＰ層１７、ＧａＡｓ層
１８、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層１９、ＧａＡ
ｓ層２０、ＩｎＧａＡｓＰ層２１、ｐ型ＩｎＧａＰ第１
クラッド層２２、ｐ型ＧａＡｓエッチング停止層２３、
ｐ型ＩｎＧａＰ第２クラッド層２４、及び、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層２５の厚さは、夫々２．５〜３．０μ
ｍ、０．１〜０．２μｍ、２．５〜３．０μｍ、３０〜
７０ｎｍ、０〜１０ｎｍ、５〜１０ｎｍ、０〜１０ｎ
ｍ、３０〜７０ｎｍ、０．１〜０．３μｍ、３〜１０ｎ
ｍ、１．５〜２．０μｍ、及び、０．３〜０．５μｍで
あれば良いが、この数値は好適な数値範囲を示すもの
で、これらの数値と異なっても多少特性は劣るものの充
分機能するものである。
【００２８】また、ｐ型ＧａＡｓ層１８及び２０はその
数値範囲が０〜１０ｎｍのように、必ずしも設ける必要
のないものであり、その場合にはＩｎＧａＡｓＰ層１７
及び２１がバリア層として作用する。また、ｐ型ＧａＡ
ｓエッチング停止層２３の厚さは薄いので、電気的にも
光学的にもレーザの特性に悪影響を与えるものではな
い。
数値範囲が０〜１０ｎｍのように、必ずしも設ける必要
のないものであり、その場合にはＩｎＧａＡｓＰ層１７
及び２１がバリア層として作用する。また、ｐ型ＧａＡ
ｓエッチング停止層２３の厚さは薄いので、電気的にも
光学的にもレーザの特性に悪影響を与えるものではな
い。
【００２９】次に、第４図を参照して本発明の第２の実
施例であるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置を説明す
る。なお、本発明の第２の実施例の半導体レーザ装置の
基本的構造も図１に示す構造と同様であり、図４（ａ）
は図１のＡ−Ａ’に沿った断面に相当する断面図を示
し、また、図４（ｂ）は図４（ａ）の積層方向に沿った
禁制帯幅の相対的大きさを示すものである。
施例であるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置を説明す
る。なお、本発明の第２の実施例の半導体レーザ装置の
基本的構造も図１に示す構造と同様であり、図４（ａ）
は図１のＡ−Ａ’に沿った断面に相当する断面図を示
し、また、図４（ｂ）は図４（ａ）の積層方向に沿った
禁制帯幅の相対的大きさを示すものである。
【００３０】図４（ａ）参照
まず、厚さ１００μｍのｎ型ＧａＡｓ基板２７上に３μ
ｍのｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層２８、０．２μｍ
のｎ型ＧａＡｓ光導波路層２９、３μｍのｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第２クラッド層３０、光ガイド層となる５０ｎｍの
Ａｌ0.2 Ｇａ0. 8 Ａｓ層３１、バリア層となる５ｎｍの
ＧａＡｓ層３２、７ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓ歪量子
井戸層３３、バリア層となる５ｎｍのＧａＡｓ層３４、
７ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３５、バリ
ア層となる５ｎｍのＧａＡｓ層３６、光ガイド層となる
５０ｎｍのＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３７、２μｍのｐ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層３８、及び、０．５μｍのｐ型
ＧａＡｓコンタクト層３９を順次エピタキシャル成長さ
せる。なお、この場合のクラッド層２８、３０、及び、
３８となるＡｌＧａＡｓ層は、Ａｌ比が０．４のＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓである。
ｍのｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層２８、０．２μｍ
のｎ型ＧａＡｓ光導波路層２９、３μｍのｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第２クラッド層３０、光ガイド層となる５０ｎｍの
Ａｌ0.2 Ｇａ0. 8 Ａｓ層３１、バリア層となる５ｎｍの
ＧａＡｓ層３２、７ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓ歪量子
井戸層３３、バリア層となる５ｎｍのＧａＡｓ層３４、
７ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３５、バリ
ア層となる５ｎｍのＧａＡｓ層３６、光ガイド層となる
５０ｎｍのＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３７、２μｍのｐ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層３８、及び、０．５μｍのｐ型
ＧａＡｓコンタクト層３９を順次エピタキシャル成長さ
せる。なお、この場合のクラッド層２８、３０、及び、
３８となるＡｌＧａＡｓ層は、Ａｌ比が０．４のＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓである。
【００３１】図４（ｂ）参照
この場合も、各層の禁制帯幅分布から判るように、Ｇａ
Ａｓ層３２、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３３、
ＧａＡｓ層３４、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３
５、及び、ＧａＡｓ層３６によって多重量子井戸型活性
層を構成し、且つ、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３１乃至Ａ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３７によって、活性層及び光ガイ
ド層からなるＳＣＨ型光導波路を構成している。
Ａｓ層３２、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３３、
ＧａＡｓ層３４、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３
５、及び、ＧａＡｓ層３６によって多重量子井戸型活性
層を構成し、且つ、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３１乃至Ａ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３７によって、活性層及び光ガイ
ド層からなるＳＣＨ型光導波路を構成している。
【００３２】また、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層２
８、ｎ型ＧａＡｓ光導波路層２９、及び、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第２クラッド層３０によって、出力用の光導波路を
構成している。
８、ｎ型ＧａＡｓ光導波路層２９、及び、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第２クラッド層３０によって、出力用の光導波路を
構成している。
【００３３】次いで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３９を
エッチングすることによって、幅が２μｍで一定の部分
と、幅が光軸方向にテーパ状となっている部分とからな
るメサストライプを形成したのち、ｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層３８を同じパターンに所定深さまでエッチング
してリッジ４０を形成する。
エッチングすることによって、幅が２μｍで一定の部分
と、幅が光軸方向にテーパ状となっている部分とからな
るメサストライプを形成したのち、ｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層３８を同じパターンに所定深さまでエッチング
してリッジ４０を形成する。
【００３４】この場合は、エッチング停止層を設けてい
ないので、精度の良いエッチング工程を必要とするが、
第１の実施例と同様にＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層とエッチ
ング特性の異なる他の半導体層、例えば、ＧａＡｓ層を
３〜１０ｎｍ程度設けても良い。
ないので、精度の良いエッチング工程を必要とするが、
第１の実施例と同様にＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層とエッチ
ング特性の異なる他の半導体層、例えば、ＧａＡｓ層を
３〜１０ｎｍ程度設けても良い。
【００３５】次いで、ｎ型ＧａＡｓ基板２７裏面及びｐ
型ＧａＡｓコンタクト層３９表面に電極（図示せず）を
形成したのち劈開することによって、第１の実施例と同
様に、リッジ幅が一定で長さが６００μｍのレーザ領
域、長さ２００μｍのテーパ領域、及び、リッジの存在
しない長さ１００μｍの方向性結合器領域とからなる全
体の長さが９００μｍの共振器長を有する半導体レーザ
装置が完成する。この場合にも、レーザ光の出射角を１
０％以下にすることができる。
型ＧａＡｓコンタクト層３９表面に電極（図示せず）を
形成したのち劈開することによって、第１の実施例と同
様に、リッジ幅が一定で長さが６００μｍのレーザ領
域、長さ２００μｍのテーパ領域、及び、リッジの存在
しない長さ１００μｍの方向性結合器領域とからなる全
体の長さが９００μｍの共振器長を有する半導体レーザ
装置が完成する。この場合にも、レーザ光の出射角を１
０％以下にすることができる。
【００３６】なお、この第２の実施例においても各層の
厚さは実施例に示した数値に限られるものではなく、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層２８、ｎ型ＧａＡｓ光導
波路層２９、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層３０、Ａ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３１、ＧａＡｓ層３２、Ｉｎ0.2
Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３３、ＧａＡｓ層３４、Ｉｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３５、ＧａＡｓ層３６、
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３７、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層３８、及び、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３９の厚さ
は、夫々２．５〜３．０μｍ、０．１〜０．２μｍ、
２．５〜３．０μｍ、３０〜７０ｎｍ、４〜６ｎｍ、６
〜８ｎｍ、４〜６ｎｍ、６〜８ｎｍ、４〜６ｎｍ、３０
〜７０ｎｍ、１．５〜２．０μｍ、及び、０．３〜０．
５μｍであれば良いが、この数値も好適な数値範囲を示
すもので、これらの数値と異なっても多少特性は劣るも
のの充分機能するものである。
厚さは実施例に示した数値に限られるものではなく、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層２８、ｎ型ＧａＡｓ光導
波路層２９、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層３０、Ａ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３１、ＧａＡｓ層３２、Ｉｎ0.2
Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３３、ＧａＡｓ層３４、Ｉｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層３５、ＧａＡｓ層３６、
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３７、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層３８、及び、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３９の厚さ
は、夫々２．５〜３．０μｍ、０．１〜０．２μｍ、
２．５〜３．０μｍ、３０〜７０ｎｍ、４〜６ｎｍ、６
〜８ｎｍ、４〜６ｎｍ、６〜８ｎｍ、４〜６ｎｍ、３０
〜７０ｎｍ、１．５〜２．０μｍ、及び、０．３〜０．
５μｍであれば良いが、この数値も好適な数値範囲を示
すもので、これらの数値と異なっても多少特性は劣るも
のの充分機能するものである。
【００３７】また、ｐ型ＧａＡｓ層３２、３４、及び、
３６は、Ａｌ比ｘが０．２以下のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層
であっても良く、ｘ＝０．２の場合は、光ガイド層とな
るＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３１及び３７と同一になるの
で省略することが可能であり、更に、ＡｌＧａＡｓはＧ
ａＡｓと格子定数が略等しいので、クラッド層及び光導
波路層の組成比は実施例の数値に限られるものではな
く、適宜変更可能なものである。
３６は、Ａｌ比ｘが０．２以下のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層
であっても良く、ｘ＝０．２の場合は、光ガイド層とな
るＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３１及び３７と同一になるの
で省略することが可能であり、更に、ＡｌＧａＡｓはＧ
ａＡｓと格子定数が略等しいので、クラッド層及び光導
波路層の組成比は実施例の数値に限られるものではな
く、適宜変更可能なものである。
【００３８】また、第１の実施例及び第２の実施例にお
ける他の数値も一つの例示であってその数値に限られる
ものではなく、例えば、リッジの幅（図１のＷに相当）
は、２〜３μｍであれば良く、また、レーザ領域の長さ
（図１のＬ1 に相当）、テーパ領域の長さ（図１のＬ2
に相当）、及び、方向性結合器領域の長さ（図１のＬ 3
に相当）は、夫々３００〜６００μｍ、２００〜４００
μｍ、及び、１００〜２００μｍであれば良いが、これ
らの数値も好適な数値範囲を示すもので、これらの数値
と異なっても機能するものである。
ける他の数値も一つの例示であってその数値に限られる
ものではなく、例えば、リッジの幅（図１のＷに相当）
は、２〜３μｍであれば良く、また、レーザ領域の長さ
（図１のＬ1 に相当）、テーパ領域の長さ（図１のＬ2
に相当）、及び、方向性結合器領域の長さ（図１のＬ 3
に相当）は、夫々３００〜６００μｍ、２００〜４００
μｍ、及び、１００〜２００μｍであれば良いが、これ
らの数値も好適な数値範囲を示すもので、これらの数値
と異なっても機能するものである。
【００３９】また、第１及び第２の実施例は、０．９８
μｍ（９８０ｎｍ）帯の半導体レーザ装置を対象として
いるため、再結合発光領域としてＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ
歪量子井戸層を用いており、それに伴って、他の層もＩ
ｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層と略格子整合する組成
の半導体層を用いてＩｎＧａＰ系半導体レーザ装置及び
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置を構成しているが、本
発明の基本的技術思想は、０．９８μｍ帯の半導体レー
ザ装置に限られるものでなく、必要とする波長帯に応じ
て各層の組成を適宜選択すれば良いものである。
μｍ（９８０ｎｍ）帯の半導体レーザ装置を対象として
いるため、再結合発光領域としてＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ
歪量子井戸層を用いており、それに伴って、他の層もＩ
ｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層と略格子整合する組成
の半導体層を用いてＩｎＧａＰ系半導体レーザ装置及び
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置を構成しているが、本
発明の基本的技術思想は、０．９８μｍ帯の半導体レー
ザ装置に限られるものでなく、必要とする波長帯に応じ
て各層の組成を適宜選択すれば良いものである。
【００４０】また、第１及び第２の実施例は、ｎ型基板
を用いた半導体レーザ装置であるが、この導電型は反対
でも良く、その場合には、ｐ型基板を用いると共に基板
からより離れた側の上部クラッド層をｎ型層にすれば良
く、さらに、基板の厚さとして１００μｍを採用してい
るが、この値に限られるものではなく、これ以上の厚さ
を有する基板を用いても良いものである。
を用いた半導体レーザ装置であるが、この導電型は反対
でも良く、その場合には、ｐ型基板を用いると共に基板
からより離れた側の上部クラッド層をｎ型層にすれば良
く、さらに、基板の厚さとして１００μｍを採用してい
るが、この値に限られるものではなく、これ以上の厚さ
を有する基板を用いても良いものである。
【００４１】また、第１及び第２の実施例の場合は、通
常のファブリ・ペロー共振器を用いているが、集積化型
半導体レーザ装置に多用されているＤＦＢ（分布帰還）
型共振器を用いても良いものである。
常のファブリ・ペロー共振器を用いているが、集積化型
半導体レーザ装置に多用されているＤＦＢ（分布帰還）
型共振器を用いても良いものである。
【００４２】さらに、第１及び第２の実施例に場合に
は、レーザ発振のしきい値を低くするために、テーパ領
域及び方向性結合器領域を一方の端面側にのみ設けてい
るが、両側、即ち、光軸方向に沿って対称的に設けても
良く、この場合には、ファブリ・ペロー共振器のみでは
しきい値が高くなるので、ＤＦＢ構造を設けることがよ
り有効になる。
は、レーザ発振のしきい値を低くするために、テーパ領
域及び方向性結合器領域を一方の端面側にのみ設けてい
るが、両側、即ち、光軸方向に沿って対称的に設けても
良く、この場合には、ファブリ・ペロー共振器のみでは
しきい値が高くなるので、ＤＦＢ構造を設けることがよ
り有効になる。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、基板からより離れた側
の上部クラッド層の一部にテーパ部を有するリッジを設
けてレーザ領域、テーパ領域、及び、方向性結合器領域
とを一体化したので、簡素化された構造のビームサイズ
変換器を簡単な製造工程によって作製することができ、
したがって、光ファイバ等との光学的結合が良好なビー
ムサイズ変換器付き半導体レーザ装置を、レーザの基本
特性を劣化することなく且つ製造歩留り良く提供するこ
とができ、加入者系光ファイバ通信の発展に寄与すると
ころが大きい。
の上部クラッド層の一部にテーパ部を有するリッジを設
けてレーザ領域、テーパ領域、及び、方向性結合器領域
とを一体化したので、簡素化された構造のビームサイズ
変換器を簡単な製造工程によって作製することができ、
したがって、光ファイバ等との光学的結合が良好なビー
ムサイズ変換器付き半導体レーザ装置を、レーザの基本
特性を劣化することなく且つ製造歩留り良く提供するこ
とができ、加入者系光ファイバ通信の発展に寄与すると
ころが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の作用の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施例の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施例の説明図である。
【図５】従来のビームサイズ変換器を有する半導体レー
ザの説明図である。
ザの説明図である。
１ 基板
２ 一導電型の第１クラッド層
３ 第１光導波路層
４ 一導電型の第２クラッド層
５ 第２光導波路層
６ 反対導電型の第１クラッド層
７ 反対導電型の第２クラッド層
８ リッジ
９ 電極
１０ レーザ領域
１１ テーパ領域
１２ 方向性結合器領域
１３ ｎ型ＧａＡｓ基板
１４ ｎ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層
１５ ｎ型ＧａＡｓ光導波路層
１６ ｎ型ＩｎＧａＰ第２クラッド層
１７ ＩｎＧａＡｓＰ層
１８ ＧａＡｓ層
１９ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層
２０ ＧａＡｓ層
２１ ＩｎＧａＡｓＰ層
２２ ｐ型ＩｎＧａＰ第１クラッド層
２３ ｐ型ＧａＡｓエッチング停止層
２４ ｐ型ＩｎＧａＰ第２クラッド層
２５ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２６ リッジ
２７ ｎ型ＧａＡｓ基板
２８ ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層
２９ ｎ型ＧａＡｓ光導波路層
３０ ｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層
３１ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層
３２ ＧａＡｓ層
３３ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層
３４ ＧａＡｓ層
３５ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層
３６ ＧａＡｓ層
３７ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層
３８ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３９ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
４０ リッジ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−243679（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−174982（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−293204（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−142814（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−168146（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−160658（ＪＰ，Ａ)
米国特許5078516（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
G02B 6/12 - 6/14
H01L 33/00
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に一導電型の第１クラッド層、第
１光導波路層、一導電型の第２クラッド層、活性層を含
む第２光導波路層、及び、光軸方向において一部が欠落
したメサストライプ状のリッジ部を有する反対導電型の
クラッド層とを順次積層した半導体レーザ装置におい
て、前記リッジ部が一定のメサ幅を有する領域と、前記
メサ幅が光軸方向にテーパ状になった領域とからなり、
前記リッジ部が一定のメサ幅を有する領域をレーザ領域
とし、前記リッジの欠落した領域を方向性結合器領域と
したことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 上記反対導電型のクラッド層が、上記第
２光導波路層と接する平坦な第１のクラッド層と上記リ
ッジを構成する第２のクラッド層とからなることを特徴
とする請求項１記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 上記反対導電型の第１クラッド層と第２
クラッド層との間に、前記第２クラッド層と組成の異な
るエッチング停止層を設けたことを特徴とする請求項２
記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3641495A JP3390893B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3641495A JP3390893B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236862A JPH08236862A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3390893B2 true JP3390893B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=12469179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3641495A Expired - Fee Related JP3390893B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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|---|---|---|---|---|
| US6381380B1 (en) * | 1998-06-24 | 2002-04-30 | The Trustees Of Princeton University | Twin waveguide based design for photonic integrated circuits |
| JP3595167B2 (ja) * | 1998-07-29 | 2004-12-02 | 日本オプネクスト株式会社 | 半導体発光素子およびその素子を組み込んだ半導体発光装置ならびにそれらの製造方法 |
| FR2786278B1 (fr) * | 1998-11-24 | 2001-01-26 | Cit Alcatel | Composant optique a semi-conducteur comportant un adapteur de mode |
| DE102007058950A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender Halbleiterlaser mit einem Wellenleiter |
| JP6065663B2 (ja) * | 2013-03-08 | 2017-01-25 | 住友電気工業株式会社 | 半導体光導波路素子を作製する方法 |
| JP6372112B2 (ja) * | 2014-03-14 | 2018-08-15 | 住友電気工業株式会社 | 半導体光導波路素子を作製する方法 |
| WO2016129618A1 (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子およびレーザ光照射装置 |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP3641495A patent/JP3390893B2/ja not_active Expired - Fee Related
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