JP3838355B2 - 半導体レーザ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザに関し、特に光通信の光源に適した半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光通信分野においては、半導体レーザから出射した信号光を光ファイバで伝送する光通信技術の開発がなされており、送信側の光源となる半導体レーザの信号光を受信側の受光素子で効率よく受信するためには、信号光の損失低減が要求される。信号光の損失低減のためには、半導体レーザの出射光と光ファイバとの間の高い結合効率が要求される。
【0003】
一般に、半導体レーザのレーザ光の出射角は20度〜約30度と広いため、レンズ等の光学部品を用いずにレーザ光を光ファイバに直接結合させると、数%という非常に低い結合効率しか実現できない。
【0004】
一方、半導体レーザと光ファイバとの間にレンズ等の光学部品を挿入してレーザ光を集光すれば高い結合効率が得られるが、半導体レーザ、光学部品及び光ファイバの位置合わせ精度は約1μmのものが要求され、非常に高い精度で位置合わせをする必要があることから、精密加工用の設備等によるコスト高が問題となっている。
【0005】
この問題を解決するために、半導体レーザのレーザ光の出射角を約10度にしてレーザ光の広がりを狭くし、光ファイバにレーザ光を直接に結合させる方法が考えられている。この様な狭い出射角を実現する半導体レーザが特開2000−36638号公報に開示されている。
【0006】
この従来の半導体レーザについて、図8を用いて説明する。尚、図8(a)は、従来の半導体レーザの斜視図で、図8(b)は、従来の半導体レーザを上から見た透視図であり、それぞれ活性領域のストライプ構造の部分を透視している。また、図8(c)は、従来の半導体レーザから出射したレーザ光の遠視野像の光強度パターンを示す図である。
【0007】
図8(a)に示すように、従来の半導体レーザは、InPからなる基板101の上に活性層102を含むストライプ構造103を埋め込むようにしてInPからなる埋め込み層104が形成されたものである。また、埋め込み層104及び基板101の一部を除去して分離溝105a、105bがストライプ構造103の中心線と平行に、共振器全体に渡って形成されている。尚、ストライプ構造103は、テーパ領域106及び平行領域107を含んでいる。また、レーザ光108は、ストライプ構造103のテーパ領域106の端面から出射される。
【0008】
ストライプ構造103の平行領域107からテーパ領域106へ伝搬する光は、テーパ領域106を伝搬する際に活性層102への光閉じ込めが連続的に減少する。そのために、活性層102から埋め込み層104への光のしみだしが大きくなり、出射端におけるレーザ光108のスポットサイズは、平行領域107におけるスポットサイズよりも拡大される。このようにレーザ光108のスポットサイズが大きくなることは、出射角が狭くなることを意味している。
【0009】
また、分離溝105a、105bを形成したのは、半導体レーザを直接変調した場合にその応答速度を高めるためである。これは、電流ブロック層としての埋め込み層104において、電圧が印加される領域が分離溝105a及び分離溝105bに挟まれた領域に限定されるため、電気的な容量が減少するからであり、分離溝がある場合の応答速度は、分離溝が無い場合の応答速度と比較して、早くすることが可能であり、分離溝105a、105bを有する半導体レーザは、半導体レーザを変調する場合には有効である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、活性層102を有するテーパ状のストライプ構造を備えたレーザにおいては、そのテーパ領域106からしみだした光(以下、「放射光」という)109が、図8(b)に示すように、基板101に平行に、活性層102の横の埋め込み層104内を進み、分離溝105a、105bの側壁において反射する。反射した放射光110は、そのまま埋め込み層104内を進み、活性層102を導波したレーザ光108とともに半導体レーザの端面から外部へ出射する。
【0011】
この場合、図8(c)に示すように、放射光109と出射するレーザ光108がレーザ光の出射端面で干渉し、基板101と平行方向の遠視野像において単峰性の光強度パターンが得られなくなり、光ファイバに対するレーザ光の利用効率が著しく低下するという課題があった。
【0012】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、レーザ光の利用効率を向上させる半導体レーザを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザは、基板と、前記基板上に形成され、活性層を含む多層膜とを備え、前記多層膜は、共振器長方向に延びたストライプ構造であって、ストライプの幅がテーパ状に変化するテーパ部を有するストライプ構造と、前記ストライプ構造を挟む、第1の側面及び第2の側面とを有し、前記第1の側面及び前記第2の側面のうち少なくとも一方の側面は、前記基板の主面に対して傾斜している。
【0014】
前記第1の側面及び前記第2の側面の両方が、前記基板の主面に対して傾斜していることが好ましい。
【0015】
前記基板上には、分離溝が形成されており、前記分離溝の側面が、前記多層膜の前記第1の側面であることが好ましい。
【0016】
ある好適な実施形態では、前記ストライプ構造の前端面における幅W1と、前記ストライプ構造の後端面における幅W2とが、W1<W2なる関係を満たし、かつ、前記ストライプ構造の前記テーパ部は、前記ストライプ構造の幅が前記前端面と前記後端面との間で連続的に変化するテーパ領域の部分である。
【0017】
ある好適な実施形態において、前記多層膜は、さらに、前記ストライプ構造を埋め込む埋め込み層と、前記埋め込み層の上に形成されたコンタクト層とを有している。
【0018】
ある好適な実施形態では、前記多層膜の前記第1の側面又は前記第2の側面と、前記コンタクト層の表面とのなす角が、105度以上165度以下である。
【0019】
ある好適な実施形態では、前記埋め込み層と前記基板との間に、前記半導体レーザから出射するレーザ光の波長に対応するバンドギャップエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する放射光吸収層をさらに備えている。
【0020】
ある好適な実施形態において、前記放射光吸収層は、InGaAs系の材料からなる。
【0021】
ある好適な実施形態では、前記多層膜の前記第1の側面又は前記第2の側面と、前記コンタクト層の表面部とのなす角が、15度以上75度以下である。
【0022】
ある好適な実施形態では、前記コンタクト層が、前記半導体レーザから出射するレーザ光の波長に対応するバンドギャップエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する材料からなる。
【0023】
ある好適な実施形態において、前記コンタクト層は、InGaAs系の材料からなる。
【0024】
ある好適な実施形態において、前記基板及び前記埋め込み層はInPからなり、前記活性層はInGaAsPからなる。
【0025】
本発明に係る他の半導体レーザは、基板と、前記基板上に形成され、活性層を含む多層膜とを備え、前記多層膜は、共振器長方向に延びたストライプ構造であって、ストライプの幅がテーパ状に変化するテーパ部を有するストライプ構造と、前記ストライプ構造を挟む、第1の側面及び第2の側面と、前記ストライプ構造を埋め込む埋め込み層とを有し、前記第1の側面または前記第2の側面と、前記埋め込み層の主面とのなす角は、鈍角または鋭角である。
【0026】
ある好適な実施形態において、前記埋め込み層の上には、さらに、InGaAs系の材料からなるコンタクト層が形成されており、前記基板及び前記埋め込み層がInPからなり、前記活性層がInGaAsPからなる。
【0027】
ある好適な実施形態において、前記埋め込み層と前記基板との間には、InGaAs系の材料からなる放射光吸収層がさらに形成されており、前記基板及び前記埋め込み層がInPからなり、前記活性層がInGaAsPからなる。
【0028】
前記なす角は、105度以上165度以下であることが好ましい。
【0029】
あるいは、前記なす角は、15度以上75度以下であることが好ましい。
【0030】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、狭い出射角で、かつ、単峰性の光強度パターンのレーザ光を出射させることができる半導体レーザを鋭意研究し、そして、そのような半導体レーザを想到し、本発明を完成するに至った。本発明の半導体レーザによれば、光導波路(例えば光ファイバ)に対するレーザ光の利用効率を向上させることができる。また、直接変調による応答速度を向上させるために分離溝を形成した場合でも、本発明の半導体レーザは実現可能であるので、変調速度を低下させないという利点も享受できる。
【0031】
本発明の実施の形態を説明する前に、図9(a)から(c)を参照しながら、図8に示した構成において放射光109の影響を回避するための技術例を説明する。なお、図9(b)および図9(c)は、それぞれ、図9(a)中のA−A’線、B−B’線に沿った断面図である。
【0032】
図9(a)に示した構成は、図8(b)に示した構成において、凹部205を設けたものである。詳細に述べると、メサ溝204の一部に凹部205を設けて、放射光が共振器内で伝播することを防止した構成である。図9(a)では、凹部205を紙面右側(テーパ部右側)の位置に配置しているが、放射光が共振器内で伝播することを防止できるのであれば、中央部(テーパ部)の位置に設けても、左側(テーパ部左側)の位置に設けてもよい。なお、ここで、符号201は、活性層であり、202は、スポットサイズ変換器であり、203は、メサ構造体であり、204は、メサ溝であり、205は、凹部であり、206は、後端面であり、207は、出射端面であり、そして、208は、光強度分布である。
【0033】
凹部205を設けると、放射光の共振器内の伝播を防止できるので、放射光の影響を回避できるように思えるが、実際には、次のような問題が生じる。すなわち、図9(a)に示した構成の場合、図9(c)に示すように、凹部205が形成されている部分では、光強度分布208がメサ構造体203の外にはみ出す場合がある。特に、10GHz以上の変調帯域を実現するためには、メサ構造体203の幅は5μm程度となり、そして、凹部205が形成されている領域のメサ構造体203の幅は2〜3μm程度となる。その場合、図9(c)に示したように、光強度分布208の広がりよりも、メサ構造体203の幅の方が小さくなり、それゆえ、光強度分布208がメサ構造体203の外にはみ出すことになる。その結果、光強度分布208に乱れが生じ、出射端面からの出射パターンが単峰性を失うことになる。
【0034】
したがって、図9(a)に示した構成では、放射光109の影響を回避することはできたとしても、単峰性の光強度パターンのレーザ光を出射させることは難しい。
【0035】
本発明は、メサ構造体の側面を垂直にしないことによって、放射光の影響を回避するとともに、単峰性の光強度パターンのレーザ光を出射させることができるようにしている。以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【0036】
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザについて、図1を参照しながら説明する。尚、図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザのレーザ光の出射端面を示す図である。また、図1(b)は、図1(a)におけるX−X線に沿う断面図である。
【0037】
本実施形態の半導体レーザは、基板1と、基板1上に形成された多層膜(2,3、4,5,7,8,9,10)を有しており、そして、この多層膜は、少なくとも活性層3を含んでいる。ここで、多層膜は、共振器長方向に延び、ストライプの幅がテーパ状に変化するテーパ部(図1(b)中の領域Bの部分)を有するストライプ構造6(2〜4)を有しており、この多層膜には、ストライプ構造6を挟む第1および第2の側面30a、bがある。そして、第1の側面30a及び第2の側面30bのうち少なくとも一方の側面は、基板1の主面1aに対して傾斜している。
【0038】
図1に示した構成では、第1の側面30a及び第2の側面30bの両方が、基板1の主面1aに対して傾斜している。また、基板1上には、分離溝(11a、11b)が形成されており、分離溝11aの側面(または側壁)は、多層膜の第1の側面30aとなっている。同様に、分離溝11bの側面(または側壁)は、多層膜の第2の側面30bとなっている。さらに、この構成においては、図1(b)に示すように、ストライプ構造6の前端面における幅W1と、後端面における幅W2とは、W1<W2なる関係を満たしており、そして、ストライプ構造6は、前端面と後端面との間で、ストライプ構造6の幅が連続的に変化する領域(テーパ領域)を有している。
【0039】
次に、本実施形態の構成をさらに詳細に説明する。図1(a)に示すように、n型のInPからなる基板1にストライプ状のメサ部が形成され、そのメサ部上に、n型のIn1-xGaxAsy1-y(ここで、x=0.11、y=0.24)からなり、厚さが約60nm、λgが約1.05μmの光閉じ込め層2、多重量子井戸活性層3、p型のIn1-xGaxAsy1-y(ここで、x=0.11、y=0.24)からなり、厚さが約60nm、λgが約1.05μmの光閉じ込め層4がメサ状に形成されており、共振器長方向に対してストライプ状に伸びている。光閉じ込め層4の上にはp型のInPからなり、厚さが約400nmのクラッド層5が形成されている。なお、図1(b)における斜線部はストライプ構造6を表しており、このストライプ構造6は、光閉じ込め層2、多重量子井戸活性層3、光閉じ込め層4で構成されている。
【0040】
また、ストライプ構造6の両側には、p型のInPからなる電流ブロック層7及びn型のInPからなる電流ブロック層8が形成されている。さらに、電流ブロック層8及びクラッド層5の上には、p型のInPからなる埋め込み層9、p型のIn1-xGaxAs(ここで、x=0.47)からなるコンタクト層10が順次形成されている。
【0041】
そして、電流ブロック層7、8、埋め込み層9、コンタクト層10、及び基板1の一部を除去し、ストライプ構造6の両側に断面がV字でかつストライプ状の2つの分離溝11a、11bが形成されている。
【0042】
分離溝11a、11bは、ストライプ構造6の中心線と平行に、共振器長方向に形成されており、分離溝11a、11bの開口幅は、それぞれ約30μmである。V字状の分離溝11aにおいて、分離溝11aのストライプ構造6に近い側の側面(第1の側面30a)とコンタクト層10の表面とのなす角度である分離溝角度12は、135度である。尚、分離溝角度12は、105度から165度の範囲となるように形成されていればよい。また、分離溝11bにおいても同様に、分離溝11bのストライプ構造6に近い側の側面(第2の側面30b)とコンタクト層10の表面とのなす角度である分離溝角度12は135度であり、105度から165度の範囲の角度となるように形成されていればよい。尚、分離溝11a、11bのそれぞれの分離溝角度12は同じ角度とする必要はない。また、第1の側面30aと第2の側面30bは、基板1の主面1aに対しても傾斜している。
【0043】
分離溝角度12が105度から165度の範囲の角度となるように分離溝11a、11bを形成することは、エッチング技術によって行うことができる。基板1の面方位が(100)面で、ストライプ構造6が<110>方向に形成されている場合は、例えば、酢酸系のエッチャント等の等方性エッチャントを用いることにより、容易に形成することができる。
【0044】
また、分離溝11a、11bの上からコンタクト層10の上部の一部分に渡ってSiO2からなる絶縁膜13が形成され、コンタクト層10の上にストライプ状の窓が形成されている。さらに、その絶縁膜13のストライプ状の窓を覆うようにしてTi/Pt/Auの合金からなるp側電極14が形成され、その窓を通してコンタクト層10に接触している。p側電極14は、Pt/Ti/Pt/Ti/Auの多層膜または合金から構成することもできる。基板1の裏面1bには、Au/Snの合金からなるn側電極15が形成されている。n側電極15は、Au/Sn/Auの多層膜または合金から構成することもできる。
【0045】
尚、多重量子井戸活性層3は、7対の井戸層及び障壁層から構成されている。その井戸層は、約0.7%の範囲で圧縮歪が導入されたInGaAsP井戸層で、その厚さが約6nmである。InGaAsP井戸層は、例えば、In1-xGaxAsy1-y(ここで、x=0.21、y=0.68)から構成されている。障壁層は、厚さが約10nmで、λgが約1.05μmの意図的に歪は導入されていないInGaAsP障壁層である。InGaAsP障壁層は、例えば、In1-xGaxAsy1-y(ここで、x=0.11、y=0.24)から構成されている。また、半導体レーザの共振器の長さは約400μmであり、多重量子井戸活性層3を含むストライプ構造6の幅は、共振器長方向に対して変化している。具体的には、半導体レーザのレーザ光が出射する前端面からの長さが約25μmの領域Aにおけるストライプ幅W1は約0.6μmであり、一方、半導体レーザの後端面からの長さが約25μmの領域Cにおけるストライプ幅W2は、約1.6μmに設定されている。ストライプ構造6の領域Aと領域Cの間の領域B(以下、「テーパ領域」ともいう)では、ストライプ幅は領域Aと領域Cとを結ぶように直線的に変化している。尚、半導体レーザの発振波長は、1.3μm近傍である。
【0046】
次に、図2を参照しながら、本実施形態に係る半導体レーザの放射光の軌跡について説明する。なお、図8も参照して、従来の半導体レーザの放射光の軌跡との比較も行う。
【0047】
図2(a)、(b)、(c)は、それぞれ、本実施形態に係る半導体レーザの、ストライプ構造を透視して上から見た図、レーザ光の出射端面を示す図、出射したレーザ光の平行方向の遠視野像の光強度パターンを示す図である。
【0048】
図2(a)及び図8(b)に示すように、半導体レーザを上から見た場合において、本実施形態に係る半導体レーザの放射光16の軌跡と従来の半導体レーザの放射光109の軌跡とは同様である。つまり、図2(a)の放射光16は分離溝11a、11bの側壁において反射し、図8(b)の放射光109は分離溝105a、105bで反射する。
【0049】
ここで、本実施形態の場合、図2(b)に示すように、分離溝角度を90度でなく例えば135度としているので、分離溝11aの側壁で反射した放射光17はストライプ構造6の横方向を基板1と平行には進まずに、基板1の方向に向かって進行する。したがって、本実施形態に係る半導体レーザの端面側から見た場合の放射光16は、出射端面において、レーザ光18の光分布範囲19に重ならない。それゆえ、分離溝11aの側壁で反射した放射光17とレーザ光18は干渉せず、図2(c)に示すように、基板1と平行方向の遠視野像における光強度パターンは、単峰性のピークが得られる。
【0050】
一方、上述したように、図8(b)の場合、放射光109が分離溝11aの側壁で反射してなる放射光110は、出射するレーザ光108と干渉してしまい、その結果、単峰性の光強度パターンを得ることができなくなる。この放射光110の影響を回避しようとして、図9に示すように、放射光の共振器内の伝播を防止するための凹部205を設けると、今度は、光強度分布がメサ構造体の外にはみ出すことになり得、その結果、光強度分布に乱れが生じ、出射端面からの出射パターンは単峰性を失ってしまう。
【0051】
本実施形態に係る半導体レーザにおいては、ストライプ構造6から放射した放射光16が、第1の側面30a若しくは第2の側面30bに反射した場合に、これら側面30a、bが基板1に対して垂直に形成されていないので、反射した放射光17は基板1に対して平行に進まなくなる。従って、反射した放射光17はレーザ光の出射端面において、ストライプ構造6から出射するレーザ光18の光分布範囲に重ならず、レーザ光18と放射光とが干渉しなくなる。
【0052】
第1の側面30a若しくは第2の側面30bで反射した放射光17がレーザ光18と干渉しなくすることができれば、基板1と平行方向の遠視野像における光強度パターンは、単峰性のピークを有するものとなるので、光ファイバとの結合効率を高くすることができ、その結果、光ファイバに対するレーザ光の利用効率を向上させることができる。また、光ファイバと半導体レーザの結合においてレンズ等の光学部品を用いることがないので小型の光モジュールを構成することができる。なお、本実施形態の半導体レーザは、光ファイバとの光結合させるだけでなく、もちろん、平面光導波路(PLC)の導波路と光結合させてもよい。
【0053】
尚、分離溝角度12が90度に近くなると反射した放射光17が出射端面のレーザ光18の光分布範囲19に重なってしまうおそれがある。逆に、分離溝角度12が大きくなり180度に近くなると、電圧が印加される領域が広がり、電気的な容量が大きくなる。つまり、放射光17の影響を回避するのであれば、90度を超える角度(鈍角)にすればよく、極端な例では、180度にしてもよいのであるが、分離溝角度12が180度に近くなると、寄生容量の影響が出始め、そして、寄生容量の影響が大きくなると、変調速度が低下してしまう点で問題となる。これらの点を考慮すると、分離溝角度は、所定範囲内(例えば、105度から165度の範囲)にすることが好ましい。
【0054】
図3は、分離溝角度12を横軸に取り、分離溝角度12に対する容量および放射角の関係を示すグラフである。図3において、分離溝角度12が90度の場合で規格化した値を示しており、容量についての縦軸は、分離溝角度90度を1とした場合の任意単位(a.u.)である。図3に示すように、分離溝角度12を105度から165度の範囲とすると、容量の増加を50%以下に抑えることができ、そして、放射角を15度以下とすることができる。この範囲であれば、実用上問題なく使用することができる。
【0055】
本実施形態では、分離溝角度12は、第1または第2の側面30a、bと、コンタクト層10の表面とのなす角度で規定したが、もちろん、側面30aまたは30bと、埋め込み層9の主面(上面)9aとのなす角度によって規定してもよい。いずれの場合も、基板1の主面(上面)1aを基準にして、側面30aまたは30bが傾斜した構成を規定することができるからである。なお、埋め込み層9がn型のInPからなる場合には、接触抵抗の関係により、コンタクト層10を設けなくてもよい場合があるので、その構成の場合には、埋め込み層9の主面9aとのなす角度によって分離溝角度12を規定するのが非常に都合が良い。ここで、
埋め込み層9の主面、基板1の主面における「主面」とは、典型的には、上面のことを意味し、例えば、広い面積を有している面、あるいは、図1等に示した構成において水平方向に延びている面のことである。
【0056】
尚、上記説明では、専ら、分離溝11aについて説明したが、分離溝11bについても同様であり、分離溝11aと分離溝11bの少なくともどちらか一方が基板に対して傾斜した側壁を有していればよい。
【0057】
また、本実施形態の構成では、変調速度が低下させてしまう電気的な容量(寄生容量)の影響を少なくするために、分離溝11a、11bを基板1に形成したが、そのような寄生容量の影響を少なくするには、基板の一部に溝を形成する形態だけなく、溝をもっと大きくした形態に相当する、側面30aおよび30bで挟まれた多層膜(メサ部)以外の部分を除去した形態にしてもよい。つまり、図1(a)に示した構成において、基板1上に配置されている、紙面上左側の部分40aまたは右側の部分40bを除去しても構わない。
【0058】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザについて、図4を参照しながら説明する。尚、図4(a)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザのレーザ光の出射端面を示す図である。また、図4(b)は、図4(a)におけるX−X線に沿う断面図である。
【0059】
本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザが、上述の第1の実施形態に係る半導体レーザと構造上異なる点は、基板1にストライプ状のメサ部を形成せずに、基板1上にInPに格子整合したn型のIn1-xGaxAs(ここで、x=0.47)からなり、膜厚が0.1μmの放射光吸収層20が形成され、放射光吸収層20上にn型のInPからなるバッファ層21が形成されて、そのバッファ層21がストライプ状のメサ部に形成されてそのメサ部分上にストライプ構造6が形成された点である。また、分離溝11a、11bは、基板1まで除去するのではなく、バッファ層21の一部分まで除去するように形成しているが、ここで、基板1まで除去しても効果は変わらない。尚、第1の実施形態の半導体レーザと同じ構成要素には同じ符号を付しており、ここではその説明は省略する。
【0060】
第2の実施形態に係る半導体レーザは、分離溝11a、11bの側壁で反射した放射光を放射光吸収層20で吸収するという構造のものである。その放射光を吸収するためには、放射光吸収層20のバンドギャップエネルギーを、レーザ光の発振波長のバンドギャップエネルギーよりも小さくすればよい。
【0061】
第2の実施形態に係る半導体レーザでは、分離溝11a、11bの側壁で反射して基板1に進行する放射光を放射光吸収層20で吸収することができる。従って、分離溝11a、11bの側壁で反射した放射光が基板1でさらに反射して出射端面におけるレーザ光と干渉することを2重に防止することができ、基板1と平行方向の遠視野像における光強度パターンは、より単峰性のピークとなる。
【0062】
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザについて、図5を参照しながら説明する。尚、図5(a)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザのレーザ光の出射面を示す図である。また、図5(b)は、図5(a)におけるX−X線に沿う断面図である。
【0063】
本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザは、第1の実施形態に係る半導体レーザにおいて、分離溝角度12の角度を15度から75度の範囲となるように形成したものである。図5において、分離溝角度12は60度である。
【0064】
分離溝角度12が15度から75度の範囲となるように分離溝11a、11bを形成することは、エッチング技術によって行うことができる。基板1の面方位が(001)面で、ストライプ構造6が<110>方向に形成されている場合は、例えば、塩酸系のエッチャント等の異方性エッチャントを用いることにより、容易に形成することができる。
【0065】
尚、第1の実施形態に係る半導体レーザと同じ構成要素には同じ符号を付しており、ここではその説明は省略する。
【0066】
次に、図6を用いて、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザの放射光の軌跡について説明する。尚、図6(a)、(b)、(c)は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体レーザにおいて分離溝角度が60度の場合の半導体レーザの、それぞれ、ストライプ構造を透視して上から見た図、レーザ光の出射端面を示す図、出射したレーザ光の平行方向の遠視野像の光強度パターンを示す図である。尚、図6において付した符号と図5において付した符号とは同じ構成要素を示すので、その説明は省略する。
【0067】
まず、図6(a)、(b)に示すように、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザにおいて、ストライプ構造6のテーパ領域から発生して基板1に平行に進む放射光22は、ストライプ構造6の横の電流ブロック層7、8内を進み、分離溝11aの側壁において反射する。このとき、分離溝角度12が60度であるため、反射した放射光23はストライプ構造6の横方向を基板1と平行には進まずに基板1から遠ざかるようにして進行するので、出射端面において、レーザ光18の光分布範囲19に重ならない。従って、第1の実施形態に係る半導体レーザと同様に、分離溝11aの側壁で反射した放射光23とレーザ光18は干渉せず、図6(c)に示すように、基板1と平行方向の遠視野像における光強度パターンは、単峰性のピークが得られる。
【0068】
さらに、本実施形態に係る半導体レーザにおいては、レーザ光の波長である1.3μmに対応するバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーのIn1-xGaxAs(ここで、x=0.47)からなるコンタクト層10で分離溝11aの側壁で反射した放射光23が吸収されるので、反射した放射光23が半導体レーザ内で散乱してレーザ光18の光分布範囲19に重なることもない。
【0069】
尚、分離溝角度12が90度に近くなると、反射した放射光23が出射端面のレーザ光18の光分布範囲19に重なってしまうおそれがある。逆に、分離溝角度12が小さくなりすぎると、分離溝11aと分離溝11bの間のストライプ構造6を含む多層構造が、基板1から分離してしまい半導体レーザとしての機能を果たさなくなる。また、放射光の影響を回避するのであれば、90度未満の角度(鋭角)にすればよく、極端な例では、0度近くにしてもよいのであるが、分離溝角度12が0度に近くなると、寄生容量の影響が出始めて、変調速度の低下をもたらしてしまう。したがって、これらの点を考慮すると、分離溝角度は、所定範囲内(例えば、15度から75度の範囲)にすることが好ましい。
【0070】
図7は、分離溝角度12を横軸に取り、分離溝角度12に対する容量および放射角の関係を示すグラフである。図7において、分離溝角度12が90度の場合で規格化した値を示しており、容量についての縦軸は、分離溝角度90度を1とした場合の任意単位(a.u.)である。図7に示すように、分離溝角度12を15度から75度の範囲とすると、容量の増加を50%以下に抑えることができ、そして、放射角を15度以下とすることができる。この範囲であれば、実用上問題なく使用することができる。
【0071】
尚、分離溝11aについて説明したが、分離溝11bについても同様であり、分離溝11aと分離溝11bの少なくともどちらか一方が基板に対して傾斜した側壁を有していればよい。
【0072】
また、コンタクト層10のバンドギャップエネルギーは、レーザ光18のエネルギーよりも小さくなくともよく、例えば、組成波長が1.2μmのIn1-xGaxAsy1-y(ここで、x=0.22、y=0.48)であってもよい。つまり、コンタクト層10が放射光を吸収しなくても、メサ構造体の側面を垂直にしないことによって、放射光の影響を回避できる効果は得ることはできる。また、組成波長が1.2μmのInGaAsPであっても、コンタクト層10の本来の、接触抵抗の関係の役割(特に埋め込み層9がn型のInPからなる場合)を果たすことができる。
【0073】
以上、第1から第3の実施形態に係る半導体レーザ装置の発振波長は1.3μm帯であったが、1.55μm帯であってもよく、その他の発振波長であっても構わない。また、第1から第3の実施形態に係る半導体レーザ装置は、ファブリペロー型の半導体レーザの構成を有しているが、活性層近傍(例えば、活性層近傍の基板)に回折格子が形成された分布帰還型レーザ(DFBレーザ)の構成を有していてもよい。
【0074】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザによれば、第1の側面及び第2の側面のうち少なくとも一方の側面が、基板の主面に対して傾斜しているので、ストライプ構造から放射した放射光が、第1の側面若しくは第2の側面に反射した場合に、反射した放射光が基板に対して平行に進まなくすることができる。従って、反射した放射光はレーザ光の出射端面において、ストライプ構造から出射するレーザ光の光分布範囲に重ならないようにすることができるため、レーザ光の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)第1の実施形態に係る半導体レーザのレーザ光の出射端面を示す図
(b)(a)におけるX−X線に沿う断面図
【図2】(a)ストライプ構造を透視して第1の実施形態に係る半導体レーザを上から見た図
(b)第1の実施形態に係る半導体レーザのレーザ光の出射端面を示す図
(c)第1の実施形態に係る半導体レーザにおいて出射したレーザ光の平行方向の遠視野像の光強度パターンを示す図
【図3】分離溝角度に対する容量および放射角の関係を示すグラフである。
【図4】(a)第2の実施形態に係る半導体レーザのレーザ光の出射端面を示す図
(b)(a)におけるX−X線に沿う断面図
【図5】(a)第3の実施形態に係る半導体レーザのレーザ光の出射端面を示す図
(b)(a)におけるX−X線に沿う断面図
【図6】(a)ストライプ構造を透視して第3の実施形態に係る半導体レーザを上から見た図
(b)第3の実施形態に係る半導体レーザのレーザ光の出射端面を示す図
(c)第3の実施形態に係る半導体レーザにおいて出射したレーザ光の平行方向の遠視野像の光強度パターンを示す図
【図7】分離溝角度に対する容量および放射角の関係を示すグラフである。
【図8】(a)ストライプ構造を透視した従来の半導体レーザの斜視図
(b)ストライプ構造を透視して従来の半導体レーザを上から見た透視図
(c)従来の半導体レーザから出射したレーザ光の遠視野像の光強度パターンを示す図
【図9】(a) 放射光の影響を回避した半導体レーザのレーザ光の出射端面を示す図
(b)(a)におけるB−B’線に沿う断面図
(c)(a)におけるC−C’線に沿う断面図
【符号の説明】
1、101 基板
2、4 光閉じ込め層
3 多重量子井戸活性層
5 クラッド層
6、103 ストライプ構造
7、8 電流ブロック層
9、104 埋め込み層
10 コンタクト層
11a、11b、105a、105b 分離溝
12 分離溝角度
13 絶縁膜
14 p側電極
15 n側電極
16、17、22、23、109、110 放射光
18、108 レーザ光
19 光分布範囲
20 放射光吸収層
21 バッファ層
102 活性層
106 テーパ領域
107 平行領域
201 活性層
202 スポットサイズ変換器
203 メサ構造体
204 メサ溝
205 凹部
206 後端面
207 出射端面
208 光強度分布

Claims (13)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成され、活性層を含む多層膜と
    を備え、
    前記多層膜は、
    共振器長方向に延びたストライプ構造であって、ストライプの幅がテーパ状に変化するテーパ部を有するストライプ構造と、
    前記ストライプ構造を挟む、第1の側面及び第2の側面と
    を有し、
    前記第1の側面及び前記第2の側面のうち少なくとも一方の側面は、前記基板の主面に対して傾斜しており、
    前記多層膜は、さらに、
    前記ストライプ構造を埋め込む埋め込み層と、
    前記埋め込み層の上に形成されたコンタクト層と
    を有し、
    前記埋め込み層と前記基板との間に、前記半導体レーザから出射するレーザ光の波長に対応するバンドギャップエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する放射光吸収層をさらに備えている、半導体レーザ。
  2. 前記第1の側面及び前記第2の側面の両方が、前記基板の主面に対して傾斜している、請求項1に記載の半導体レーザ。
  3. 前記基板上には、分離溝が形成されており、
    前記分離溝の側面が、前記多層膜の前記第1の側面である、請求項1に記載の半導体レーザ。
  4. 前記ストライプ構造の前端面における幅W1と、前記ストライプ構造の後端面における幅W2とが、W1<W2なる関係を満たし、かつ、
    前記ストライプ構造の前記テーパ部は、前記ストライプ構造の幅が前記前端面と前記後端面との間で連続的に変化するテーパ領域の部分である、請求項1に記載の半導体レーザ。
  5. 前記多層膜の前記第1の側面又は前記第2の側面と、前記コンタクト層の表面とのなす角が、105度以上165度以下であることを特徴とする、請求項に記載の半導体レーザ。
  6. 前記放射光吸収層が、InGaAs系の材料からなることを特徴とする、請求項に記載の半導体レーザ。
  7. 基板と、
    前記基板上に形成され、活性層を含む多層膜と
    を備え、
    前記多層膜は、
    共振器長方向に延びたストライプ構造であって、ストライプの幅がテーパ状に変化するテーパ部を有するストライプ構造と、
    前記ストライプ構造を挟む、第1の側面及び第2の側面と
    を有し、
    前記第1の側面及び前記第2の側面のうち少なくとも一方の側面は、前記基板の主面に対して傾斜しており、
    前記多層膜は、さらに、
    前記ストライプ構造を埋め込む埋め込み層と、
    前記埋め込み層の上に形成されたコンタクト層と
    を有し、
    前記多層膜の前記第1の側面又は前記第2の側面と、前記コンタクト層の表面部とのなす角が、15度以上75度以下であり、
    前記コンタクト層が、前記半導体レーザから出射するレーザ光の波長に対応するバンドギャップエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する材料からなることを特徴とする半導体レーザ。
  8. 前記コンタクト層が、InGaAs系の材料からなることを特徴とする請求項に記載の半導体レーザ。
  9. 前記基板及び前記埋め込み層がInPからなり、前記活性層がInGaAsPからなることを特徴とする請求項1から8のいずれか一つに記載の半導体レーザ。
  10. 基板と、
    前記基板上に形成され、活性層を含む多層膜と
    を備え、
    前記多層膜は、
    共振器長方向に延びたストライプ構造であって、ストライプの幅がテーパ状に変化するテーパ部を有するストライプ構造と、
    前記ストライプ構造を挟む、第1の側面及び第2の側面と、
    前記ストライプ構造を埋め込む埋め込み層と
    を有し、
    前記第1の側面または前記第2の側面と、前記埋め込み層の主面とのなす角は、鈍角または鋭角であり、
    前記埋め込み層と前記基板との間には、InGaAs系の材料からなる放射光吸収層がさらに形成されており、
    前記基板及び前記埋め込み層がInPからなり、
    前記活性層がInGaAsPからなる、半導体レーザ。
  11. 前記埋め込み層の上には、さらに、InGaAs系の材料からなるコンタクト層が形成されている、請求項10に記載の半導体レーザ。
  12. 前記なす角が、105度以上165度以下である、請求項10または11に記載の半導体レーザ。
  13. 前記なす角が、15度以上75度以下である、請求項10または11に記載の半導体レーザ。
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