JP3770428B2 - 集積型半導体レーザ素子及びその作製方法 - Google Patents
集積型半導体レーザ素子及びその作製方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3770428B2 JP3770428B2 JP12044097A JP12044097A JP3770428B2 JP 3770428 B2 JP3770428 B2 JP 3770428B2 JP 12044097 A JP12044097 A JP 12044097A JP 12044097 A JP12044097 A JP 12044097A JP 3770428 B2 JP3770428 B2 JP 3770428B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical waveguide
- semiconductor laser
- laser device
- semiconductor
- active layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に利用できる集積型半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、光導波路と一体形成された集積型半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、集積型半導体レーザ素子では、モノリシックな光集積回路を実現するときに半導体レーザ素子と低損失光導波路を一体形成することは、結合効率から見ても素子製造の歩留りを考えても重要である。従来の集積型半導体レーザ素子として、1989年、R.AzoulayらによってApplied Physics Letters,vol.54、pp1857〜1858で示されているように、一体成形されたものが提案されている。図9に、従来のつき合わせ結合一体型半導体レーザ素子の一例の断面図を示す。段差を有する基板300の上に光導波路310、n型クラッド層320、活性層330、P型クラッド層340の順に積層する。
【0003】
このように基板の段差を利用して、有機金属気相成長(MOCVD)法により活性層330と光導波路310がモノリシックに構成されているのが特徴である。図8において活性層330で発生したレーザ光は光導波路310へと伝播される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例は下記の欠点を有している。
【0005】
段差部分において、活性層330と光導波路310の間にn型クラッド層320(約2μm)が存在するために、光が伝播する際、光がn型クラッド層320に吸収されて1dB程度の光の導波損失が発生する。
【0006】
また、MOCVD法により活性層330と光導波路310の高さを正確に合わせることは、実際の半導体レーザ素子の製造において困難であり、結合効率の劣化が避けられない。例えば活性層330と光導波路310との高さが±0.2μmのずれることによって、約1.5dBの光導波損失が生じていた。
【0007】
また、一回目の成長で活性層を含む半導体レーザを形成し、2回目の成長で半導体からなる光導波路を別々に形成することによって、一体成型型の集積型半導体レーザ素子を形成する方法も考えられる。しかし、このような再成長による場合には、1回目の成長条件と2回目の再成長条件とが必ずしも同じにならない。そのため、光導波路の膜厚が設計値からずれ、活性層が光導波路の高さに合わなくなることがある。従って、結合効率の劣化が生じる問題があった。
【0008】
従って、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、半導体レーザ素子のレーザ出射位置と光導波路との高さ合わせを容易にすることができ、高い結合効率を有する集積型半導体レーザ素子を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の活性層を有する半導体レーザ部と光導波路部が同一半導体基板上に設けられた集積型半導体レーザ素子では、前記光導波路部は半導体からなる壁面で囲まれた中空構造であり、前記光導波路部が前記半導体レーザ部のレーザ光の出射端面に直接形成されていることを特徴とする。
【0010】
また、前記光導波路部の中空構造の内面が、金属で覆われていることを特徴とする。
【0011】
さらには、前記光導波路部の中空構造が、屈折率が光導波路の壁面の半導体の屈折率以下である材料で埋めこまれていることを特徴とする。
【0012】
また、集積型半導体レーザ素子の作製方法では、活性層を有する半導体レーザ部を形成する半導体を積層する工程と、積層された半導体の一部をエッチングして光導波路部の中空構造を形成する工程と、前記エッチングによって形成された略垂直凹部の上面に半導体からなる基板を載置する工程とを含むことを特徴とする。
【0013】
さらには、前記半導体を積層する工程が、基板上にエッチングストップ層を形成し、その上に活性層を有する半導体レーザ部を形成する半導体を積層する工程であり、前記中空構造を形成する工程は、エッチングストッパ層の深さまでエッチングする工程であることを特徴とする。
【0014】
また、前記活性層が前記光導波路部の中空構造のほぼ中心に位置するように前記半導体レーザ部を形成する半導体を積層することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
図1は、本発明を光通信用集積型半導体レーザ素子に用いた場合の一例で、より具体的にはFiber To The Home(FTTH)のための送信用集積型半導体レーザ素子の斜視図である。半導体レーザ部では、(100)面n−GaAs基板100上に、n−AlAsエッチストップ層108、n−AlGaAsクラッド層101、AlGaAs活性層102、p−AlGaAs第1クラッド層103を積層し、その上にp−AlGaAsガイド層104、p−GaAs吸収層105から回折格子を形成している。その上にp−AlGaAs第2クラッド層106と、p−GaAsコンタクト層107が積層されている。
【0016】
光導波路部とは、底面がn−GaAs基板100とn−AlAsエッチストップ層108からなり、側面は半導体の積層構造、上面はGaAs基板141からなる壁面で構成された中空構造の光導波路である。
【0017】
本発明の集積型半導体レーザ素子は、半導体レーザ部と光導波路部が直接結合された構造になっている。また、活性層と光導波路の高さが合うように、つまり光導波路のほぼ中心に位置するように設計されている。光導波路の大きさは材料・屈折率など設計条件で適宜選択されて形成される。ここでは、光導波路の大きさは深さ1μm、幅4μm、長さ100μmである。
【0018】
次に、本発明の集積型半導体レーザ素子の製造工程について説明する。まず、(100)面n−GaAs基板100上にMOCVD法により0.1nm厚のn−AlAsエッチストップ層108、1.0μm厚のn−AlGaAsクラッド層101、0.08μm厚のAlGaAs活性層102、0.2μm厚のp−AlGaAs第1クラッド層103、0.15μm厚のp−AlGaAsガイド層104、0.06μm厚のp−GaAs吸収層105を連続的に結晶成長させる。このように形成した工程後の斜視図を図2(a)に示す。
【0019】
次に、このウェハーに通常の2光束干渉露光法とウェットエッチング法を利用し、周期約0.36nm、深さ約0.18μmの回折格子120を印刻する。この回折格子120は波長780nmのレーザ光に対して3次の回折格子として働く。このように形成した工程後の斜視図を図2(b)に示す。
【0020】
続いて、この回折格子120を有したウェハー上にMOCVD法を利用して、0.39μm厚のp−AlGaAs第2クラッド層106と、0.3μm厚のp−GaAsコンタクト層107を成長させる。このように形成した工程後の斜視図を図2(c)に示す。
【0021】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術で誘電体膜130をマスクに加工し、この誘電体膜130をマスクとして反応性イオンエッチング技術を用いてエッチストップ層108までエッチングする。
【0022】
このエッチングにより光導波路の深さが均一に形成される。このウェハーの一部に深さ1μm、幅4μmの大きさを有する略垂直凹部131を形成する。この工程で、活性層が自動的に略垂直凹部131の深さ方向の中心に位置する。このように形成した工程後の斜視図を図3(d)に示す。
【0023】
次に、誘電体膜130を除去する。誘電体膜133をつけ、通常のフォトリソグラフィ技術と誘電体膜133をマスクとして利用した反応性イオンエッチング技術を用いて、レーザ部分132のリッジ部分と半田材溜め135を形成する。このように形成した工程後の斜視図を図3(e)に示す。
【0024】
次に、誘電体膜133を除去する。このように形成した工程後の斜視図を図4(f)に示す。次に、GaAs基板141をコンタクト層107と対向するよう重ね合わせ、半田材溜め135の中に注入したAuSn半田材により半田付けし、最後に基板をへき開法によりチップ状に分割して、半導体レーザ素子を得る。このとき、余分な半田材は半田材溜め135に設けられた溝により流出し、GaAs基板141とコンタクト層107は密着して接合し、高さずれが生じない。このように形成した工程後の斜視図を図4(g)に示す。
【0025】
本実施の形態の集積型半導体レーザは、0.08μmの活性層を持つレーザの出射端面から直接に中空光導波路に結合されていることにより、活性層と光導波路間に不要な層が無く、かつ、高さについてのずれがほとんどないため、その影響による結合損失が生じない。つまり、従来例に比べて活性層と光導波路間に層(約2μm)が無いことにより1dBの損失を、更に、高さずれ(約±0.2μm)がないことにより1.5dBの損失が免れる。
【0026】
本発明の集積型半導体レーザ素子の特徴は、素子を作製する工程において、レーザ部と光導波路部が直接接合しているため結合性が良く、また、光導波路と活性層の高さがずれなく、中空光導波路を採用しているため、光導波路部での光の分岐および合波が行ないやすい。
【0027】
(実施例2)
次に、光導波路の内部に金属の蒸着膜がある場合の光通信用集積型半導体レーザ素子の作製方法について述べる。まず、実施例1での図3(e)の工程まで同様に作製する。次に、Auの蒸着を防ぐためにGaAs基板等の遮蔽物を用いて半導体レーザ部132を覆い、かつ、レーザ出射面にAuが蒸着しないように略垂直凹部の面に斜め真空蒸着法によりAuを蒸着し、略垂直凹部の内面を覆う厚さ100nmのAu蒸着膜140を形成する。このように形成した工程後の斜視図を図5(a)に示す。
【0028】
図7は略垂直凹部の詳細な斜視図である。この図を用いて、蒸着するときの角度を簡単に説明する。活性層430の出射端面からの光の広がり方向450が、少なくとも光導波路の内面に照射される領域に金属が蒸着されていればよい。
【0029】
このことから、光の広がり角420(この角度をαとする)と蒸着角410(この角度をβとする)の間に成立する関係式は、
tanα×tanβ=1/2
となる。光の広がり角は半導体レーザの構造によって決まるものであるから、一般的には、0からβを満たす範囲、即ち、0より大きく、tan-1(1/(2×tanα))以下の方向で蒸着を行う。本実施例ではα=45度であるので、蒸着方向440は蒸着角440を45度以下として行う。
【0030】
次に、GaAs基板141上にAuを蒸着して、厚さ100nmのAu蒸着膜142を形成する。ただし、蒸着する物質はAuに限らない。この工程での斜視図を図5(b)に示す。
【0031】
そして、集積型半導体レーザ素子のAu蒸着膜140上にGaAs基板141を両基板表面のAu蒸着膜140及びAu蒸着膜142が対向するよう重ね合わせ、半田材溜め135の中に注入したAuSn半田材により半田付けし、最後に上記両基板をへき開法によりチップ状に分割して、集積型半導体レーザ素子を得る。この工程後の斜視図を図6(c)に示す。このとき、余分な半田材は半田材溜め135に設けられた溝により流出し、上記Au蒸着膜140とAu蒸着膜142は密着して接合し、高さずれが生じない。
【0032】
また、実施例1と同様にレーザの出射端面から直接光導波路に結合されていることにより結合損失が生じない。さらにAu蒸着膜を形成しているために、使用する材料の屈折率にもよるが本実施例のようにAuを用いた場合の金属クラッド光導波路の伝搬損失は、半導体クラッド光導波路の伝搬損失の場合の1/100程度である。本実施例では、Au蒸着膜を形成したが他の金属を用いても構わない。
【0033】
(実施例3)
図8は、実施例2のような集積型半導体レーザ素子と同様の構成で、中空構造部分の光導波路に材料を埋め込んだ場合の光通信用集積型半導体レーザ素子の斜視図である。
【0034】
次に、簡単に集積型半導体レーザ素子の作製方法について述べる。まず、実施例1と同様に図3(d)の工程まで行うことによって略垂直凹部131を形成して、次に、光導波路の内部にAuを蒸着させる。次に、略垂直凹部131をポリイミド209で埋め込み、余分に付着したポリイミドのみをアッシングで除去し、高さを合わせる。このように形成した工程後の斜視図を図8(a)に示す。
【0035】
そして、上面にAu蒸着膜208を蒸着することにより光導波路を形成する。このように形成した工程後の斜視図を図8(b)に示す。
【0036】
後は、実施例1、2と同様にへき開法により集積型半導体レーザ素子を切り出す。この場合、中空構造部分にポリイミド(屈折率n=1.6)が存在するために切りくずが光導波路に侵入しない。
【0037】
実施例3では、実施例1、2と同様にレーザの出射端面から直接光導波路に結合されていることにより、従来例に比べて高さについてのずれがないため、1.5dBの損失が免れ、かつ、光導波路と活性層の間の不用な層が無いので1dBの損失が免れる。また、光導波路部にポリイミドを埋め込んでいるため、クラッドとの反射率が向上し、光導波路中の導波損失を2分の1以下に抑さえることができ、さらに、半田材溜めの作製が不要のために素子の作製が実施例2より容易である。
【0038】
なお、埋め込む物質はポリイミドに限定されるものではなく、さらに高い屈折率の材料で埋め込むと伝搬損失が低減できる。例えば、屈折率n=3程度の材料で埋め込まれた光導波路では、中空構造(屈折率n=1)である光導波路の場合に比べて、伝搬損失が1/10に減少できる。また、光導波路の側壁に用いられる半導体より屈折率の小さく、発光波長に対して吸収のない物質でもあれば他のものでも構わない。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、集積型半導体レーザ素子を作製する工程において、レーザ部と光導波路部が直接接合しているため結合性が良い集積型半導体レーザ素子が得られる。作製の工程における高さずれによるレーザ部分と光導波路の間の光の損失はない。これにより、光導波層と活性層の高さずれが生じたときの結合損失が抑制できる。
【0040】
また、光導波路の中空構造の内面に金属蒸着膜を使用しているために、金属クラッド光導波路の伝搬損失は、半導体クラッド光導波路の伝搬損失よりも大幅に低減できる。
【0041】
さらに、中空構造の埋め込み材料を用いることによって、埋め込み材料と金属クラッドとの間の反射率が向上するため、光導波路中の導波損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の集積型半導体レーザ素子の斜視図である。
【図2】本発明の実施例1の作製順工程を示す図である。
【図3】本発明の実施例1の作製順工程を示す図である。
【図4】本発明の実施例1の作製順工程を示す図である。
【図5】本発明の実施例2の作製順工程を示す図である。
【図6】本発明の実施例2の作製順工程を示す図である。
【図7】発明の実施例2のAu蒸着角を説明するための図である。
【図8】発明の実施例3の作成順工程を示す図である。
【図9】従来の集積型半導体レーザ素子を示す図である。
【符号の説明】
100、200 n−GaAs基板
101、201 n−AlGaAsクラッド層
102、202 AlGaAs活性層
103、203 p−AlGaAs第1クラッド層
104、204 p−AlGaAsガイド層
105、205 p−GaAs吸収層
106、206 p−AlGaAs第2クラッド層
107、207 p−GaAsコンタクト層
108、210 n−AlAsエッチストップ層
120 回折格子
130、133 誘電体膜
131 略垂直凹部
132 半導体レーザ部
135 半田材溜め
140、142、208 Au蒸着膜
141 GaAs基板
209 ポリイミド
410 蒸着角
420 光の広がり角
430 活性層
440 蒸着方向
450 光の広がり方向
Claims (6)
- 活性層を有する半導体レーザ部と光導波路部が同一半導体基板上に設けられた集積型半導体レーザ素子において、
前記光導波路部は半導体からなる壁面で囲まれた中空構造であり、
前記光導波路部が前記半導体レーザ部のレーザ光の出射端面に直接形成されていることを特徴とする集積型半導体レーザ素子。 - 前記光導波路部の中空構造の内面が、金属で覆われていることを特徴とする請求項1に記載の集積型半導体レーザ素子。
- 前記光導波路部の中空構造が、屈折率が光導波路の壁面の半導体の屈折率以下である材料で埋めこまれていることを特徴とする請求項2に記載の集積型半導体レーザ素子。
- 活性層を有する半導体レーザ部を形成する半導体を積層する工程と、
積層された半導体の一部をエッチングして光導波路部の中空構造を形成する工程と、
前記エッチングによって形成された略垂直凹部の上面に半導体からなる基板を載置する工程とを含むことを特徴とする集積型半導体レーザ素子の作製方法。 - 前記半導体を積層する工程が、基板上にエッチングストップ層を形成し、その上に活性層を有する半導体レーザ部を形成する半導体を積層する工程であり、
前記中空構造を形成する工程は、エッチングストッパ層の深さまでエッチングする工程であることを特徴とする請求項4に記載の集積型半導体レーザ素子の作製方法。 - 前記活性層が前記光導波路部の中空構造のほぼ中心に位置するように前記半導体レーザ部を形成する半導体を積層することを特徴とする請求項5に記載の集積型半導体レーザ素子の作製方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12044097A JP3770428B2 (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 集積型半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12044097A JP3770428B2 (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 集積型半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10311921A JPH10311921A (ja) | 1998-11-24 |
JP3770428B2 true JP3770428B2 (ja) | 2006-04-26 |
Family
ID=14786267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12044097A Expired - Fee Related JP3770428B2 (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 集積型半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3770428B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0201969D0 (en) * | 2002-01-29 | 2002-03-13 | Qinetiq Ltd | Integrated optics devices |
GB0201950D0 (en) * | 2002-01-29 | 2002-03-13 | Qinetiq Ltd | Multimode interference optical waveguide device |
GB0317630D0 (en) | 2003-07-28 | 2003-08-27 | Qinetiq Ltd | Optical transmitter and receiver apparatus |
-
1997
- 1997-05-12 JP JP12044097A patent/JP3770428B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10311921A (ja) | 1998-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
GB2490596A (en) | Surface-emitting semiconductor laser and method of fabrication | |
JP2010263153A (ja) | 半導体集積光デバイス及びその作製方法 | |
US6850550B2 (en) | Complex coupling MQW semiconductor laser | |
JP2016111263A (ja) | 半導体光集積素子、半導体光集積素子の製造方法及び光モジュール | |
JP2008113041A (ja) | 導波管 | |
JPH0789592B2 (ja) | Dfbレーザーの集積形成方法 | |
JPH1172634A (ja) | 半導体ブラッグ反射器および前記反射器の製作方法 | |
JP6247960B2 (ja) | 集積型半導体光素子、及び集積型半導体光素子の製造方法 | |
JPH05251817A (ja) | 可変波長半導体レーザ装置 | |
JP4058245B2 (ja) | 半導体光集積素子の製造方法 | |
EP0536829A1 (en) | Optoelectronic semiconductor device comprising a waveguide and method of manufacturing such a device | |
US6309904B1 (en) | Method of fabricating an optical integrated circuit | |
JP3770428B2 (ja) | 集積型半導体レーザ素子及びその作製方法 | |
JPH06296007A (ja) | 光導波管およびミラーを合体した構造体の形成方法、およびこの方法によって得られた構造体 | |
KR100854282B1 (ko) | 레이저 다이오드 바 및 그 제조 방법 | |
JP3788699B2 (ja) | 集積型光回路素子及びその製造方法 | |
KR19990003500A (ko) | 레이저 다이오드 및 그 제조 방법 | |
JPH11307867A (ja) | 半導体光集積素子の作製方法及び半導体光集積素子 | |
JP2000183443A (ja) | スポットサイズ変換器付き半導体レーザ装置、及びその製造方法 | |
JPH08330665A (ja) | 光半導体レーザの製造方法 | |
JPS62199085A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPH07297497A (ja) | 半導体レ−ザ装置及びその製造方法 | |
JPH084178B2 (ja) | 分布ブラツグ反射型半導体レ−ザの製造方法 | |
JP2001352130A (ja) | 半導体レーザーおよびその作製方法 | |
JP2003110195A (ja) | 半導体光素子及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040416 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040416 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040416 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060202 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060202 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |