JP3401714B2 - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体装置に関
し、より詳しくは、集積化された半導体レーザとテーパ
導波路とを有する光半導体装置に関する。
し、より詳しくは、集積化された半導体レーザとテーパ
導波路とを有する光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、光通信、光ディスク、
光インターコネクションなどの光源として用いられてい
る。近年では、光通信技術の高度化に伴って半導体レー
ザの作製技術も向上し、半導体レーザと他の光半導体素
子を集積化する研究が盛んである。例えば、ＤＦＢレー
ザと光変調器を集積した装置や、ＤＢＲレーザとモード
変換器（ビームサイズ変換器）を集積したものがある。
光インターコネクションなどの光源として用いられてい
る。近年では、光通信技術の高度化に伴って半導体レー
ザの作製技術も向上し、半導体レーザと他の光半導体素
子を集積化する研究が盛んである。例えば、ＤＦＢレー
ザと光変調器を集積した装置や、ＤＢＲレーザとモード
変換器（ビームサイズ変換器）を集積したものがある。
【０００３】モード変換器は、本来３０〜４０度という
広い出射角をもつ半導体レーザの出力ビームを狭めるた
めの機構であり、半導体レーザと光ファイバをモジュー
ル化する場合に光結合を容易にするものである。モード
変換器としては、断面がテーパ状の導波路（以下、テー
パ導波路という）があり、テーパ導波路と半導体レーザ
を集積化した装置は、例えばT. L. Koch et al., IEEE
PHOTONICS TECHNOLOGYLETTER, VOL.2, NO, 2, FEB. 199
0. などに記載されている。
広い出射角をもつ半導体レーザの出力ビームを狭めるた
めの機構であり、半導体レーザと光ファイバをモジュー
ル化する場合に光結合を容易にするものである。モード
変換器としては、断面がテーパ状の導波路（以下、テー
パ導波路という）があり、テーパ導波路と半導体レーザ
を集積化した装置は、例えばT. L. Koch et al., IEEE
PHOTONICS TECHNOLOGYLETTER, VOL.2, NO, 2, FEB. 199
0. などに記載されている。
【０００４】一方、本発明者等は、低閾値で安定にレー
ザ発振できるモード変換器付きの光半導体装置を平成６
年７月１８日に出願している。次に、その光半導体装置
の構造を図４に基づいて簡単に説明する。その光半導体
装置は、ｎ型化合物半導体基板１の上に化合物半導体よ
りなるｎ型クラッド層２、第一のガイド層３、多重量子
井戸層４、第二のガイド層５及びｐ型クラッド層８を順
に形成した層構造を有している。この光半導体装置はレ
ーザ領域Ａとモード変換領域Ｂに２分され、モード変換
領域Ｂでは多重量子井戸層４などの膜厚は端面にかけて
徐々に薄くなってテーパ導波路となっている。
ザ発振できるモード変換器付きの光半導体装置を平成６
年７月１８日に出願している。次に、その光半導体装置
の構造を図４に基づいて簡単に説明する。その光半導体
装置は、ｎ型化合物半導体基板１の上に化合物半導体よ
りなるｎ型クラッド層２、第一のガイド層３、多重量子
井戸層４、第二のガイド層５及びｐ型クラッド層８を順
に形成した層構造を有している。この光半導体装置はレ
ーザ領域Ａとモード変換領域Ｂに２分され、モード変換
領域Ｂでは多重量子井戸層４などの膜厚は端面にかけて
徐々に薄くなってテーパ導波路となっている。
【０００５】また、第一のガイド層３、多重量子井戸層
４及び第二のガイド層５などはストライプ形状にパター
ニングされていて、その両側にはｐ型埋め込み層６、ｎ
型埋め込み層７とｐ型クラッド層８からなるサイリスタ
構造の電流狭窄層９が形成されている。また、ｎ型化合
物半導体基板１の下面にはｎ側電極１２が全体に形成さ
れ、さらにｐ型クラッド層８の上面のうちのレーザ領域
Ａとモード変換領域Ｂの一部にかけてｐ+ 型コンタクト
層１０を介してｐ側電極１３が形成されている。なお、
ｐ側電極１３とｐ+ 型コンタクト層１０の間には絶縁膜
１１が形成され、ｐ型電極１３は絶縁膜１１の開口部１
１ａを通してｐ+ 型コンタクト層１０に接続している。
４及び第二のガイド層５などはストライプ形状にパター
ニングされていて、その両側にはｐ型埋め込み層６、ｎ
型埋め込み層７とｐ型クラッド層８からなるサイリスタ
構造の電流狭窄層９が形成されている。また、ｎ型化合
物半導体基板１の下面にはｎ側電極１２が全体に形成さ
れ、さらにｐ型クラッド層８の上面のうちのレーザ領域
Ａとモード変換領域Ｂの一部にかけてｐ+ 型コンタクト
層１０を介してｐ側電極１３が形成されている。なお、
ｐ側電極１３とｐ+ 型コンタクト層１０の間には絶縁膜
１１が形成され、ｐ型電極１３は絶縁膜１１の開口部１
１ａを通してｐ+ 型コンタクト層１０に接続している。
【０００６】この装置は、ファブリペロー半導体レーザ
（以下、ＦＰ−ＬＤともいう）と横方向或いは縦方向テ
ーパ導波路を同一の光軸上に配置したものである。レー
ザ光は、レーザ領域Ａの劈開面とモード変換領域Ｂの劈
開面の間で共振する。モード変換領域Ｂのテーパ導波路
（多重量子井戸層４）ではレーザ領域Ａよりも光閉じ込
めが弱くなるためにテーパ導波路の先端部での近視野像
は広がり、結果として近視野像の回折パターンである遠
視野像は狭くなる。
（以下、ＦＰ−ＬＤともいう）と横方向或いは縦方向テ
ーパ導波路を同一の光軸上に配置したものである。レー
ザ光は、レーザ領域Ａの劈開面とモード変換領域Ｂの劈
開面の間で共振する。モード変換領域Ｂのテーパ導波路
（多重量子井戸層４）ではレーザ領域Ａよりも光閉じ込
めが弱くなるためにテーパ導波路の先端部での近視野像
は広がり、結果として近視野像の回折パターンである遠
視野像は狭くなる。
【０００７】従って、テーパ導波路先端から出射された
ビームの出射角は狭くなり、光ファイバとの結合が容易
になる。このようなテーパ導波路と半導体レーザを集積
化した装置を高速変調に用いる場合には、電流狭窄層９
の接合容量を低減するために、図５に示すように、多重
量子井戸層４の両側に一定の間隔をおいて一対のメサ溝
１４を形成することが考えられる。このような一定間隔
をおいた一対のメサ溝１４を半導体レーザに形成するこ
とはよく知られている。
ビームの出射角は狭くなり、光ファイバとの結合が容易
になる。このようなテーパ導波路と半導体レーザを集積
化した装置を高速変調に用いる場合には、電流狭窄層９
の接合容量を低減するために、図５に示すように、多重
量子井戸層４の両側に一定の間隔をおいて一対のメサ溝
１４を形成することが考えられる。このような一定間隔
をおいた一対のメサ溝１４を半導体レーザに形成するこ
とはよく知られている。
【０００８】ところで、接合容量を低減するためには、
両側のメサ溝１４の間隔は狭いほど望ましいが、狭すぎ
る場合には、メサ溝１４によりレーザ光が反射、散乱さ
れ、伝搬モードの変形が起こるので、最適な間隔が必要
となる。通常のレーザ素子では、スポットサイズの径が
１μｍ程度となるため、メサ間隔は５μｍ程度まで狭め
ることができる。
両側のメサ溝１４の間隔は狭いほど望ましいが、狭すぎ
る場合には、メサ溝１４によりレーザ光が反射、散乱さ
れ、伝搬モードの変形が起こるので、最適な間隔が必要
となる。通常のレーザ素子では、スポットサイズの径が
１μｍ程度となるため、メサ間隔は５μｍ程度まで狭め
ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示すよ
うな光半導体装置では、テーパ導波路内でスポットサイ
ズが２〜１０μｍ程度まで広がるために、メサ溝１４の
間隔を５μｍ程度とするとレーザ光が反射、散乱されて
しまう。これに対して、メサ溝１４の間隔を５μｍ以上
に広げることも考えられるが接合容量の低減の効果が弱
くなって高速変調動作が期待できないことになる。
うな光半導体装置では、テーパ導波路内でスポットサイ
ズが２〜１０μｍ程度まで広がるために、メサ溝１４の
間隔を５μｍ程度とするとレーザ光が反射、散乱されて
しまう。これに対して、メサ溝１４の間隔を５μｍ以上
に広げることも考えられるが接合容量の低減の効果が弱
くなって高速変調動作が期待できないことになる。
【００１０】本発明は、レーザ光の反射、散乱を防止す
るとともに、埋め込み層の接合容量を低減することがで
きる光半導体装置を提供することを目的とする。
るとともに、埋め込み層の接合容量を低減することがで
きる光半導体装置を提供することを目的とする。
【００１１】
（手段）上記した課題は、図１に例示するように、半導
体レーザとモード変換用導波路とを集積化した光半導体
装置において、前記半導体レーザＡの活性層２４と前記
モード変換用導波路Ｂのコア層２４のそれぞれの両側方
の領域に形成された２つの電流狭窄層２９と、２つの前
記電流狭窄層２９のそれぞれに形成され且つ互いの間隔
が前記半導体レーザＡの領域よりも前記モード変換用導
波路Ｂの領域の方が間隔が広がっている一対の溝３２と
を有することを特徴とする光半導体装置によって解決す
る。
体レーザとモード変換用導波路とを集積化した光半導体
装置において、前記半導体レーザＡの活性層２４と前記
モード変換用導波路Ｂのコア層２４のそれぞれの両側方
の領域に形成された２つの電流狭窄層２９と、２つの前
記電流狭窄層２９のそれぞれに形成され且つ互いの間隔
が前記半導体レーザＡの領域よりも前記モード変換用導
波路Ｂの領域の方が間隔が広がっている一対の溝３２と
を有することを特徴とする光半導体装置によって解決す
る。
【００１２】一対の前記溝３２の間隔は、前記モード変
換用導波路Ｂのコア層２４の側方では、光進行方向に徐
々に広がっているか、階段状に広がっているかのいずれ
かであることを特徴とする。一対の前記溝３２は、前記
光ビームスポット径変換用導波路Ｂのコア層２４の側方
では、光出射端に達しない領域に形成されていることを
特徴とする。
換用導波路Ｂのコア層２４の側方では、光進行方向に徐
々に広がっているか、階段状に広がっているかのいずれ
かであることを特徴とする。一対の前記溝３２は、前記
光ビームスポット径変換用導波路Ｂのコア層２４の側方
では、光出射端に達しない領域に形成されていることを
特徴とする。
【００１３】上記した課題は、半導体レーザとモード変
換用導波路とを集積化した光半導体装置において、前記
半導体レーザの活性層と前記モード変換用導波路のコア
層のそれぞれの両側方の領域に形成された２つの電流狭
窄層と、前記活性層の両側方の領域の前記電流狭窄層の
みに形成された一対の溝とを有することを特徴とする光
半導体装置によって解決する。
換用導波路とを集積化した光半導体装置において、前記
半導体レーザの活性層と前記モード変換用導波路のコア
層のそれぞれの両側方の領域に形成された２つの電流狭
窄層と、前記活性層の両側方の領域の前記電流狭窄層の
みに形成された一対の溝とを有することを特徴とする光
半導体装置によって解決する。
【００１４】また、前記半導体レーザＡはファブリペロ
ーレーザであることを特徴とする。さらに、前記コア層
と活性層は同一層であることを特徴とする。 （作用）次に、本発明の作用について説明する。本発明
によれば、半導体レーザと導波路を集積化した光半導体
装置において、半導体レーザの活性層や導波路のコア層
の両側の電流狭窄層に形成される溝の平面形状を導波路
側で広くしている。
ーレーザであることを特徴とする。さらに、前記コア層
と活性層は同一層であることを特徴とする。 （作用）次に、本発明の作用について説明する。本発明
によれば、半導体レーザと導波路を集積化した光半導体
装置において、半導体レーザの活性層や導波路のコア層
の両側の電流狭窄層に形成される溝の平面形状を導波路
側で広くしている。
【００１５】このため、半導体レーザ領域の電流狭窄層
では溝同士の間隔が狭くなるので、半導体レーザ領域の
接合容量が小さくなって高速変調を損なうことはない。
しかも、導波路の電流狭窄層では溝同士の間隔が広くな
っているので、導波路内で大きくなるレーザ光が溝に当
たって反射されたり散乱されることがなく、ビーム放射
角を狭くする機能が損なわれない。
では溝同士の間隔が狭くなるので、半導体レーザ領域の
接合容量が小さくなって高速変調を損なうことはない。
しかも、導波路の電流狭窄層では溝同士の間隔が広くな
っているので、導波路内で大きくなるレーザ光が溝に当
たって反射されたり散乱されることがなく、ビーム放射
角を狭くする機能が損なわれない。
【００１６】導波路でのビーム放射角を狭くするために
は、溝が導波路で広がることで十分であるが、溝を導波
路の側方に形成しないことによっても達成される。ま
た、レーザ光が広がるのは出射端面に近い領域で急峻に
大きくなるので、溝同士の間隔を広げる領域は、その導
波路領域の出射端面に近い領域だけでもよい。また、そ
の出射端面に近い領域では溝を設けないことでも、ビー
ムのレーザ光のスポット径の広がりの妨げにならない
し、接合容量を十分に低減できる。
は、溝が導波路で広がることで十分であるが、溝を導波
路の側方に形成しないことによっても達成される。ま
た、レーザ光が広がるのは出射端面に近い領域で急峻に
大きくなるので、溝同士の間隔を広げる領域は、その導
波路領域の出射端面に近い領域だけでもよい。また、そ
の出射端面に近い領域では溝を設けないことでも、ビー
ムのレーザ光のスポット径の広がりの妨げにならない
し、接合容量を十分に低減できる。
【００１７】なお、半導体レーザはＤＦＢレーザでもよ
いし、ファブリペローレーザであってもよい。
いし、ファブリペローレーザであってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施例を
図面に基づいて説明する。図１(a) は、本発明の第１実
施形態の１．３μｍ帯縦型テーパ導波路集積化ＦＰ−Ｌ
Ｄを有する光半導体装置を示す斜視断面図、図１(b)
は、その光半導体装置の電極を除いた状態を示す上面図
である。
図面に基づいて説明する。図１(a) は、本発明の第１実
施形態の１．３μｍ帯縦型テーパ導波路集積化ＦＰ−Ｌ
Ｄを有する光半導体装置を示す斜視断面図、図１(b)
は、その光半導体装置の電極を除いた状態を示す上面図
である。
【００１９】図１において、ｎ型InP 基板２１の上に
は、ストライプ状のn-InP クラッド層２２、InGaAsP よ
りなる第一のガイド層２３、多重量子井戸活性層２４、
InGaAsP よりなる第二のガイド層２５及びp-InP クラッ
ド層２６が順にストライプ状に形成されている。それら
の層の結晶はＭＯＶＰＥ法により選択成長されており、
しかもそれらの層の厚さは半導体レーザ領域Ａでは一定
であり、導波路領域（モード変換導波路領域）Ｂでは端
部にかけて徐々に薄くなっている。第一のガイド層２
３、多重量子井戸活性層２４及び第二のガイド層２５
は、その周囲の層よりも高屈折率であって導波路領域Ｂ
ではコア層とも呼ばれる。
は、ストライプ状のn-InP クラッド層２２、InGaAsP よ
りなる第一のガイド層２３、多重量子井戸活性層２４、
InGaAsP よりなる第二のガイド層２５及びp-InP クラッ
ド層２６が順にストライプ状に形成されている。それら
の層の結晶はＭＯＶＰＥ法により選択成長されており、
しかもそれらの層の厚さは半導体レーザ領域Ａでは一定
であり、導波路領域（モード変換導波路領域）Ｂでは端
部にかけて徐々に薄くなっている。第一のガイド層２
３、多重量子井戸活性層２４及び第二のガイド層２５
は、その周囲の層よりも高屈折率であって導波路領域Ｂ
ではコア層とも呼ばれる。
【００２０】なお、多重量子井戸活性層２４は、Inx Ga
1-x Asy P1-y（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる複数
の井戸層とその間に挟まれるInx'Ga1-x'Asy'P1-y' （０
＜ｘ’＜１、０＜ｙ’＜１）よりなる障壁層から構成さ
れたものであり、半導体レーザ領域Ａでの井戸層の厚さ
は７nm、障壁層の厚さは１５nmであり、導波路領域Ｂで
の厚さは、半導体レーザ領域Ａから離れるに従って井戸
層及び障壁層の厚さが徐々に薄くなってその１／５程度
の厚さに形成されている。
1-x Asy P1-y（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる複数
の井戸層とその間に挟まれるInx'Ga1-x'Asy'P1-y' （０
＜ｘ’＜１、０＜ｙ’＜１）よりなる障壁層から構成さ
れたものであり、半導体レーザ領域Ａでの井戸層の厚さ
は７nm、障壁層の厚さは１５nmであり、導波路領域Ｂで
の厚さは、半導体レーザ領域Ａから離れるに従って井戸
層及び障壁層の厚さが徐々に薄くなってその１／５程度
の厚さに形成されている。
【００２１】ストライプ状のn-InP クラッド層２２の上
部から第二のガイド層２５までの両側には、p-InP 埋め
込み層２７とn-InP 埋め込み層２８がＭＯＶＰＥ法によ
り形成されている。n-InP 埋め込み層２８はp-InP クラ
ッド層２６の上部で覆われいるので、p-InP クラッド層
２６とn-InP 埋め込み層２８とp-InP 埋め込み層２７と
n-InP 基板２１によってｐｎｐｎ構造の電流狭窄層２９
が構成される。
部から第二のガイド層２５までの両側には、p-InP 埋め
込み層２７とn-InP 埋め込み層２８がＭＯＶＰＥ法によ
り形成されている。n-InP 埋め込み層２８はp-InP クラ
ッド層２６の上部で覆われいるので、p-InP クラッド層
２６とn-InP 埋め込み層２８とp-InP 埋め込み層２７と
n-InP 基板２１によってｐｎｐｎ構造の電流狭窄層２９
が構成される。
【００２２】また、p-InP クラッド層２６の上にはｐ+
型InGaAsP よりなるコンタクト層３０がＭＯＶＰＥ法に
より成長されている。そのコンタクト層３０の上にはSi
O2よりなる絶縁膜３１が形成され、この絶縁膜３１には
多重量子井戸活性層２４の上方位置に開口部３１ａが形
成されている。また、多重量子井戸活性層２４等のスト
ライプ状の層の両側方にはそれぞれコンタクト層３０か
らInP 基板２１の上部に至る深さの一対の溝３２が形成
されている。それらの溝３２の間隔は、図１(b) に示す
ように、半導体レーザ領域Ａでは例えば約５μｍと一定
であって、導波路領域Ｂでは半導体レーザ領域Ａから離
れるにつれて徐々に広がった平面形状をしており、導波
路領域Ｂの端部では１０μｍと光ビームスポット径より
も広くなっている。また、溝３２の内面には露出による
電流狭窄層２９の劣化を防止するためにSiO2膜４０が形
成されている。
型InGaAsP よりなるコンタクト層３０がＭＯＶＰＥ法に
より成長されている。そのコンタクト層３０の上にはSi
O2よりなる絶縁膜３１が形成され、この絶縁膜３１には
多重量子井戸活性層２４の上方位置に開口部３１ａが形
成されている。また、多重量子井戸活性層２４等のスト
ライプ状の層の両側方にはそれぞれコンタクト層３０か
らInP 基板２１の上部に至る深さの一対の溝３２が形成
されている。それらの溝３２の間隔は、図１(b) に示す
ように、半導体レーザ領域Ａでは例えば約５μｍと一定
であって、導波路領域Ｂでは半導体レーザ領域Ａから離
れるにつれて徐々に広がった平面形状をしており、導波
路領域Ｂの端部では１０μｍと光ビームスポット径より
も広くなっている。また、溝３２の内面には露出による
電流狭窄層２９の劣化を防止するためにSiO2膜４０が形
成されている。
【００２３】InP 基板２１の下面にはｎ側電極３３が形
成され、さらに、半導体レーザ領域Ａから導波路領域Ｂ
に僅かにはみ出した部分の範囲では絶縁膜３１上及び開
口部３１ａ内にはそれぞれ多層金属のｐ側電極３４が形
成されている。そのｐ側電極３４を構成する多層金属４
１は、下から順にチタン、白金、金を積層したものであ
り、ｐ側電極３４以外の領域ではSiO2膜４０を介して溝
３２内に埋め込まれている。
成され、さらに、半導体レーザ領域Ａから導波路領域Ｂ
に僅かにはみ出した部分の範囲では絶縁膜３１上及び開
口部３１ａ内にはそれぞれ多層金属のｐ側電極３４が形
成されている。そのｐ側電極３４を構成する多層金属４
１は、下から順にチタン、白金、金を積層したものであ
り、ｐ側電極３４以外の領域ではSiO2膜４０を介して溝
３２内に埋め込まれている。
【００２４】次に、結晶の選択成長と結晶成長した層の
パターニングについて簡単に説明する。まず、ストライ
プ形状の開口部とこれから徐々に広がる扇形状の開口部
を有するSiO2よりなる第一のマスク（不図示）をｎ型In
P 基板２１の上に形成した後に、その開口部を通してIn
P 基板２１の上に順にn-InP クラッド層２２、InGaAsP
よりなる第一のガイド層２３、多重量子井戸活性層２
４、InGaAsP よりなる第二のガイド層２５及びp-InP ク
ラッド層２６の下部をＭＯＶＰＥ法（有機金属成長法）
により形成する。これらの成長層は、第一のマスクの開
口部の扇形状の部分では、開口部が広がるにつれて薄く
なるように膜厚が制御されて断面がストライプ形状とな
る。
パターニングについて簡単に説明する。まず、ストライ
プ形状の開口部とこれから徐々に広がる扇形状の開口部
を有するSiO2よりなる第一のマスク（不図示）をｎ型In
P 基板２１の上に形成した後に、その開口部を通してIn
P 基板２１の上に順にn-InP クラッド層２２、InGaAsP
よりなる第一のガイド層２３、多重量子井戸活性層２
４、InGaAsP よりなる第二のガイド層２５及びp-InP ク
ラッド層２６の下部をＭＯＶＰＥ法（有機金属成長法）
により形成する。これらの成長層は、第一のマスクの開
口部の扇形状の部分では、開口部が広がるにつれて薄く
なるように膜厚が制御されて断面がストライプ形状とな
る。
【００２５】このように結晶を成長した後に、第一のマ
スクを除去し、さらにn-InP クラッド層２２の上部から
p-InP クラッド層２６までをフォトリソグラフィー技術
によってストライプ形状にパターニングする。このパタ
ーニングの際に用いるSiO2製のマスクパターンは、電流
狭窄層２９のp-InP 埋め込み層２７及びn-InP 埋め込み
層２９の成長の際に結晶成長防止膜として機能する。
スクを除去し、さらにn-InP クラッド層２２の上部から
p-InP クラッド層２６までをフォトリソグラフィー技術
によってストライプ形状にパターニングする。このパタ
ーニングの際に用いるSiO2製のマスクパターンは、電流
狭窄層２９のp-InP 埋め込み層２７及びn-InP 埋め込み
層２９の成長の際に結晶成長防止膜として機能する。
【００２６】以上のような光半導体装置においては、電
流狭窄層２９を分断する一対の溝３２同士の間隔は、半
導体レーザ領域Ａでは多重量子井戸活性層２４に近くて
狭くなり、接合容量が小さくなって高周波特性を改善す
る。一方、導波領域Ｂでの溝３２は光進行方向に向かっ
て徐々に多重量子井戸活性層２４から離れてレーザ光の
広がりを妨げることはないので、レーザ光の反射、散乱
による伝搬モードの変形は生じなく、しかも、溝３２の
間隔が広がっても導波領域Ｂでは利得効果はないので、
接合容量による高周波変調への悪影響はほとんどない。
流狭窄層２９を分断する一対の溝３２同士の間隔は、半
導体レーザ領域Ａでは多重量子井戸活性層２４に近くて
狭くなり、接合容量が小さくなって高周波特性を改善す
る。一方、導波領域Ｂでの溝３２は光進行方向に向かっ
て徐々に多重量子井戸活性層２４から離れてレーザ光の
広がりを妨げることはないので、レーザ光の反射、散乱
による伝搬モードの変形は生じなく、しかも、溝３２の
間隔が広がっても導波領域Ｂでは利得効果はないので、
接合容量による高周波変調への悪影響はほとんどない。
【００２７】さらに、導波路領域Ｂのテーパ状導波路か
ら出射される光の遠視野像を観察したところ、ビーム出
射角は縦方向、横方向ともに１０度以下であり、図４に
示す従来装置と同等であり、溝２３を設けることによる
ビーム出射角の広がりは見られなかった。なお、導波路
領域の溝３２は、レーザ光の広がりを阻止しない形状で
あることが最低限必要であり、図３(a) に示すように、
溝３２ａ間の距離は導波路領域Ｂでステップ状に広がる
ような平面形状にしてもよい。
ら出射される光の遠視野像を観察したところ、ビーム出
射角は縦方向、横方向ともに１０度以下であり、図４に
示す従来装置と同等であり、溝２３を設けることによる
ビーム出射角の広がりは見られなかった。なお、導波路
領域の溝３２は、レーザ光の広がりを阻止しない形状で
あることが最低限必要であり、図３(a) に示すように、
溝３２ａ間の距離は導波路領域Ｂでステップ状に広がる
ような平面形状にしてもよい。
【００２８】ところで、導波路領域Ｂでの多重量子井戸
活性層２４、第一及び第二のガイド層２３，２５の膜厚
を、半導体レーザ領域Ａとの境界において「５」、出射
端において「１」として、その導波路領域Ｂでのレーザ
光のスポットサイズ（径）と半導体レーザ領域Ａとの境
界Ｏからの位置との関係をシュミレーションしたところ
図２に示すような結果が得られた。図２の曲線において
上側の線//は基板と平行な方向の径を示し、下側の線┴
はInP 基板２１に垂直な方向の径を示している。
活性層２４、第一及び第二のガイド層２３，２５の膜厚
を、半導体レーザ領域Ａとの境界において「５」、出射
端において「１」として、その導波路領域Ｂでのレーザ
光のスポットサイズ（径）と半導体レーザ領域Ａとの境
界Ｏからの位置との関係をシュミレーションしたところ
図２に示すような結果が得られた。図２の曲線において
上側の線//は基板と平行な方向の径を示し、下側の線┴
はInP 基板２１に垂直な方向の径を示している。
【００２９】これによれば、スパットサイズは、導波路
領域Ｂ内で進行方向に一様に広がって行くのではなくて
特定の位置から急激に広がっている。図２では導波路領
域Ｂの端部から５０μｍ手前付近から急激に広がった。
したがって、急激に光スポットが広がる領域内において
のみ一対の溝３２の間隔を広げれるようにすれば、電流
狭窄層２９の接合容量の増加を最小限に止めることがで
きる。
領域Ｂ内で進行方向に一様に広がって行くのではなくて
特定の位置から急激に広がっている。図２では導波路領
域Ｂの端部から５０μｍ手前付近から急激に広がった。
したがって、急激に光スポットが広がる領域内において
のみ一対の溝３２の間隔を広げれるようにすれば、電流
狭窄層２９の接合容量の増加を最小限に止めることがで
きる。
【００３０】したがって、図３(b) に示すように、溝３
２同士の間隔を導波路領域Ｂの途中から広げてもよい。
また、図３(c) に示すように、半導体レーザ領域Ａから
導波路領域Ｂの途中まで一対の溝３２を一定間隔で形成
し、先端近くでは溝３２を設けないようにするか、或い
は特に図示しないが半導体レーザ領域Ａのみに溝３２を
設けるようにしてもよい。これらの場合でも、電流狭窄
層２９には水平方向の半導体層の抵抗成分が存在するの
で電流狭窄層２９全体が容量として作用することはな
い。
２同士の間隔を導波路領域Ｂの途中から広げてもよい。
また、図３(c) に示すように、半導体レーザ領域Ａから
導波路領域Ｂの途中まで一対の溝３２を一定間隔で形成
し、先端近くでは溝３２を設けないようにするか、或い
は特に図示しないが半導体レーザ領域Ａのみに溝３２を
設けるようにしてもよい。これらの場合でも、電流狭窄
層２９には水平方向の半導体層の抵抗成分が存在するの
で電流狭窄層２９全体が容量として作用することはな
い。
【００３１】上記した溝３２の適用については図１〜図
３に示した構造の半導体装置に限るものではなく、半導
体レーザと導波路を集積化しその側方にサイリスタ構造
が形成されている全ての光半導体装置に適用できる。ま
た、上記した実施形態では、層構造としてInGaAsP ／In
P 系材料によって構成しているが、AlGaAs／GaAs系材
料、AlGaPAs ／GaInP 系材料を用いてもよい。
３に示した構造の半導体装置に限るものではなく、半導
体レーザと導波路を集積化しその側方にサイリスタ構造
が形成されている全ての光半導体装置に適用できる。ま
た、上記した実施形態では、層構造としてInGaAsP ／In
P 系材料によって構成しているが、AlGaAs／GaAs系材
料、AlGaPAs ／GaInP 系材料を用いてもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半導
体レーザと導波路を集積化した光半導体装置において、
半導体レーザの活性層や導波路のコア層の両側の電流狭
窄層に形成される溝の形状を導波路側で広くしているの
で、半導体レーザ領域の接合容量が小さくなって高速変
調を損なうことが防止され、しかも、導波路内で拡大す
る光スポットが溝に当たって反射されたり散乱されるこ
とがなく、ビーム放射角を狭くする機能が損なわれるこ
とを防止できる。
体レーザと導波路を集積化した光半導体装置において、
半導体レーザの活性層や導波路のコア層の両側の電流狭
窄層に形成される溝の形状を導波路側で広くしているの
で、半導体レーザ領域の接合容量が小さくなって高速変
調を損なうことが防止され、しかも、導波路内で拡大す
る光スポットが溝に当たって反射されたり散乱されるこ
とがなく、ビーム放射角を狭くする機能が損なわれるこ
とを防止できる。
【図１】本発明の光半導体装置の第１の実施の形態を示
す斜視断面図及び電極を除いた状態の上面図である。
す斜視断面図及び電極を除いた状態の上面図である。
【図２】本発明の光半導体装置の第１の実施の形態にお
ける導波路領域の位置とスポットサイズ径の関係を示す
特性図である。
ける導波路領域の位置とスポットサイズ径の関係を示す
特性図である。
【図３】本発明の光半導体装置の第１の実施の形態に形
成される溝の他の例を示す平面図である。
成される溝の他の例を示す平面図である。
【図４】従来の光半導体装置の一例を示す斜視断面図で
ある。
ある。
【図５】従来の光半導体装置の電流狭窄層に溝を形成し
た状態の斜視断面図である。
た状態の斜視断面図である。
２１ InP 基板
２２ n-InP クラッド層
２３ 第一の光ガイド層
２４ 多重量子井戸活性層（コア層）
２５ 第二の光ガイド層
２６ p-InP クラッド層
２７ p-InP 埋め込み層
２８ n-InP 埋め込み層
２９ 電流狭窄層
３０ コンタクト層
３１ 絶縁膜
３２ 溝
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−114762（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−283490（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−100390（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−305580（ＪＰ，Ａ)
ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２
［２］，ｐ．88−90
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
Claims (5)
- 【請求項１】半導体レーザとモード変換用導波路とを集
積化した光半導体装置において、 前記半導体レーザの活性層と前記モード変換用導波路の
コア層のそれぞれの両側方の領域に形成された２つの電
流狭窄層と、 ２つの前記電流狭窄層のそれぞれに形成され且つ互いの
間隔が前記半導体レーザの領域よりも前記モード変換用
導波路の領域の方が間隔が広がっている一対の溝とを有
することを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項２】一対の前記溝の間隔は、前記モード変換用
導波路のコア層の側方では、光進行方向に徐々に広がっ
ているか、階段状に広がっているかのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。 - 【請求項３】一対の前記溝は、前記光ビームスポット径
変換用導波路のコア層の側方では、光出射端に達しない
領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載の
光半導体装置。 - 【請求項４】半導体レーザとモード変換用導波路とを集
積化した光半導体装置において、 前記半導体レーザの活性層と前記モード変換用導波路の
コア層のそれぞれの両側方の領域に形成された２つの電
流狭窄層と、前記活性層の両側方の領域の前記電流狭窄
層のみに形成された一対の溝とを有することを特徴とす
る光半導体装置。 - 【請求項５】前記半導体レーザは、ファブリペローレー
ザであることを特徴とする請求項１又は４記載の光半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28213795A JP3401714B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28213795A JP3401714B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 光半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129964A JPH09129964A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3401714B2 true JP3401714B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=17648598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28213795A Expired - Lifetime JP3401714B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3401714B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4117854B2 (ja) * | 1997-06-20 | 2008-07-16 | シャープ株式会社 | 導波路型光集積回路素子及びその製造方法 |
| JP2002026449A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | スポットサイズ変換器付き半導体レーザ装置，及び半導体レーザアレイ装置 |
| JP2013191701A (ja) * | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Japan Oclaro Inc | 半導体光素子、及びそれを備える光モジュール |
| JP6736413B2 (ja) | 2016-08-10 | 2020-08-05 | 日本ルメンタム株式会社 | 半導体光素子、光モジュール及び半導体光素子の製造方法 |
| WO2020255281A1 (ja) * | 2019-06-19 | 2020-12-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体光素子 |
-
1995
- 1995-10-30 JP JP28213795A patent/JP3401714B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２［２］，ｐ．８８−９０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09129964A (ja) | 1997-05-16 |
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