JP4106210B2 - Optical semiconductor device - Google Patents

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JP4106210B2
JP4106210B2 JP2001337928A JP2001337928A JP4106210B2 JP 4106210 B2 JP4106210 B2 JP 4106210B2 JP 2001337928 A JP2001337928 A JP 2001337928A JP 2001337928 A JP2001337928 A JP 2001337928A JP 4106210 B2 JP4106210 B2 JP 4106210B2
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子に関し、特に、光通信の信号源、ファイバアンプの励起光源として用いられる半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】
図29は、全体が500で表される、半導体レーザ510と光ファイバ520とを組み合わせた半導体レーザモジュールである。半導体レーザモジュール500は、半導体レーザ510の前端面511から出射した光530を、半導体レーザ510の後端面512と、光ファイバ520に設けられた回折格子521との間で共振させる構造となっている。従って、半導体レーザ510から光が出射する際に、前端面511における反射をできるだけ低減する必要がある。
【0003】
このような、端面での反射率を低減する構造が、例えば、特許第3040273号公報に記載されている。図30は、全体が600で表される、当該公報記載のスーパールミネッセンスダイオード(以下、「SLD」という。)の斜視図である。SLD600は、GaAs基板601を含む。GaAs基板601上には、GaAsバッファ層602を介して、AlGaAsクラッド層603、AlGaAs活性層604、AlGaAsガイド層605、606、AlGaAsクラッド層609、GaAsコンタクト層610が積層されている。また、電流ブロック層607、保護層608が、窓部607aを挟むように設けられている。
【0004】
また、図31は、図30のSLD600を上面から見た場合の等価屈折率の分布である。図31に示すように、クラッド領域614と、クラッド領域614より屈性率の高い活性領域620が、光導波路を形成する。活性領域620は屈曲部621で屈曲し、後端面622とは略垂直に交わり、一方、前端面623とは、前端面623の法線方向から傾斜角θだけ傾いて交わる。更に、傾斜角θを3°以上とすることにより、前端面623における実質的な反射率を小さくしてレーザ発振を抑圧する。また、かかる傾斜角θを15°以下とすることにより、前端面623に対して全反射となることを防止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、SLD600では、活性領域(ストライプ)620の傾斜角θを3°以上、15℃以下とするため、前端面623からの出射光は、前端面623の法線に対して略9°〜45°程度傾くこととなる。このため、図29の半導体レーザモジュール500のように、出射光を光ファイバに入射させる場合に光ファイバとの光軸合わせが非常に困難であった。
また、傾斜角θが大きくなることにより、前端面623で反射されてSLD600の内部に吸収される光も多くなり、損失が大きくなった。
更には、屈曲部621で、活性領域620の外に光が逃げて放射損失が発生していた。
【0006】
そこで、本発明は、前端面での傾斜角θが小さく、かつ前端面での実効反射率を低減した光半導体素子の提供を目的とする。また、光導波路の屈曲部での放射損失を低減した半導体素子の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで発明者らは鋭意研究の結果、前端面における光導波路の傾斜と、前端面を覆う反射防止膜とを組み合わせることにより、傾斜角θをより小さくした条件でも、低い反射率を実現できることを見出し、本発明を完成した。
【0008】
即ち、本発明は、少なくとも第1導電型クラッド層、活性層、および第2導電型クラッド層が積層され、該第2導電型クラッド層の一部にリッジ構造が設けられ、かつ該積層方向と垂直な面内に、活性領域と、該活性領域を両側から挟むクラッド領域と、該活性領域及び該クラッド領域から構成された、光軸に垂直な方向の幅が一定の光導波路と、該光導波路の端部を含み互いに平行に設けられた前端面と後端面とを含む光半導体素子であって、該活性領域は、直線状の第1活性領域と、直線状の第2活性領域とが、所定の屈曲角で直接接続されており、かつ該活性領域を伝搬する光を該屈曲部で全反射する反射面を含み、該光導波路の光軸が、該前端面において該前端面の法線に対して3°未満の傾斜角で傾くとともに、該後端面において該後端面に対して垂直となり、更に、該前端面が反射防止膜で覆われたことを特徴とする光半導体素子である。
このように、傾斜角θを有する光導波路と反射防止膜とを組み合わせることにより、傾斜角θが3°未満と小さいにも拘わらず、前端面において、1%以下、特に0.1%以下の実効反射率を得ることができる。この結果、光半導体素子と回折格子とを組み合わせて共振器を形成した場合に、良好な共振を得ることができる。
また、かかる反射面を設けて、活性領域を伝搬する光を略全反射させることにより、活性領域の屈曲部における放射損失を低減することが可能となる。
【0009】
上記傾斜角は、略1.5°以下であることが好ましい。
このように、傾斜角を小さくすると、前端面に略垂直方向に出射光が出射されるため、光半導体素子と光ファイバとの接続を容易に行える。
【0010】
上記反射面は、上記活性領域の一部を切り取るように形成された平面からなることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1にかかる、全体が200で表される半導体レーザであり、(a)に断面図、(b)に上面図を示す。(a)は、(b)のI−I方向に見た場合の断面図である。
図1(a)に示すように、半導体レーザ200は、n−GaAs基板1を含む。n−GaAs基板1上には、超格子バッファを含むバッファ層2を有する。バッファ層2上には、n−AlGaAsクラッド層3、7、n−AlGaAsグレーティングガイド層4、6に上下から挟まれたInGaAs量子井戸活性層15が設けられている。n−AlGaAsクラッド層7は、リッジ部7aを有する。n−AlGaAsクラッド層7の上には、Si絶縁膜9が設けられるとともに、リッジ部7aの上には、p−GaAsキャップ層10が設けられる。更に、底面には、例えばTi−Pt−Auからなるp側電極11が、上面には、例えばGe−Au−Niからなるn側電極12が、それぞれ形成されている。
【0012】
図1(b)に示すように、半導体レーザ200は、前端面110、後端面120を有し、前端面110上には反射防止膜20、後端面120上には反射膜21がそれぞれ設けられている。また、リッジ部7aは屈曲部7bを有する2つの直線部7c、7dから形成されている。前端面110の法線方向に対して、リッジ部7cは傾斜角θだけ傾いている。傾斜角θは、3°未満、好ましくは、1.5°より小さい角度となる。一方、後端面120とリッジ部7aとは、略垂直に交わる。
【0013】
図2は、図1(a)に示す半導体レーザ200を上面から見た場合の、等価屈折率の分布である。図1(b)に示すように、クラッド領域5と、クラッド領域5より屈折率の高い活性領域30により、光導波路が形成される(以下の半導体レーザにおいても同じ。)。また、図1(b)のような屈曲したリッジ部7aを形成することにより、活性領域(ストライプ)30は、屈曲部33で屈曲して接続された2つの直線部分31、32から形成される。
前端面110において、光導波路の光軸40(活性領域)は、前端面110の法線方向から傾斜角θだけ傾いている。傾斜角θは、略3°未満であり、好適には1.5°以下である。一方、後端面120において、光導波路の光軸40は、後端面110に対して略垂直となっている。
【0014】
また、前端面110上には、反射防止膜20が形成されている。反射防止膜20は、例えば、アルミナ(Al)をλ/(4n)の厚さで(nはアルミナの屈折率)堆積させた無反射コーティング膜が用いられる。
一方、後端面120上に、例えばSiO/a−Si/SiOのような多層膜からなる反射膜21が形成されている。
なお、以下の実施の形態においても、反射防止膜20、反射膜21にはかかる構造の膜を用いることとする。
【0015】
図3は、端面にコーティングを施さない場合、即ち、劈開面を端面に用いた場合の端面反射率の傾斜角依存性である。傾斜依存性を求めるにあたっては、Marcuseの方法(D. Marcuse, “Reflection loss of laser mode from tilted end mirror,” IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 7, No. 2, pp. 336-339, 1989 参照)を用いた。図3において、横軸は端面の法線方向からの、光導波路の光軸の傾斜角θであり、縦軸は端面における反射率である。ここで、光の波長(λ)、真空中の波数(k)、半導体レーザの等価屈折率(neff)、活性領域30の屈折率(n)、クラッド領域5の屈折率(n)、ストライプ(活性領域)の幅(2T)は、それぞれ、0.98μm、2π/λ、3.37232、3.37232、3.36950、及び3.5μmとした。
図3からわかるように、傾斜角θを大きくすると、反射率が単調に減少する。例えば、傾斜角θを1°及び1.5°とした場合の反射率は、傾けない場合(傾斜角θが0の場合)に比べて、1/2.54及び1/7.21倍となり、それぞれ、約12%、約4%となる。しかしながら、反射率を、1%以下の低反射率にするためには、傾斜角θを2°以上にする必要がある。これは、端面が劈開面であるため、半導体結晶と空気の境界で決まるフレネル反射率(約30%)が端面に存在するからである。
【0016】
これに対して、本実施の形態にかかる半導体レーザ200では、前端面110に、例えば、膜厚λ/(4n)(ここで、nはアルミナの屈折率)のアルミナ(Al)からなる反射防止膜20を形成することにより、傾斜角θを小さくしながら、前端面110における実効反射率を低減している。
【0017】
図4に、劈開端面における、実効反射率の傾斜角依存性を示す。(a)は反射防止膜を形成しない場合であり、(b)は反射防止膜を形成した場合である。傾斜角θを0とすると、反射防止膜を形成しない場合(図4(a))の実効反射率はフレネル反射率の値である約30%となるが、反射防止膜を形成した場合(図4(a))の実効反射率は、2.4%まで低減できる。
従って、傾斜角θを1.0°とすると反射率は約0.8%となり、また、傾斜角θを1.5°とすると反射率は約0.3%となる。更には、傾斜角θを3.0°に近づけることにより、約0.1%以下の反射率を実現することができる。
【0018】
このように、本実施の形態1にかかる半導体レーザ200では、光導波路の光軸40を、前端面110の法線方向から所定の傾斜角θだけ傾斜させるとともに、前端面110上に反射防止膜20を形成することにより、3°未満、更には1.5°以下の小さな傾斜角θで、0.4%以下、特に0.1%以下の低反射率を実現することができる。
【0019】
なお、後端面120上には、例えばSiO/a−Si/SiOのような多層膜からなる高反射率の反射膜21が形成される。この結果、後端面120での反射率が、フレネル反射率(約30%)を大きく超える98%程度となり、高反射率を実現することができる。このため、高出力の半導体レーザが実現できる。
【0020】
次に、半導体レーザ200の製造方法について、簡単に説明する。半導体レーザ200は、通常の半導体レーザと同様の製造工程を用いて、GaAs基板1上にバッファ層2からAlGaAsクラッド層7まで形成する。
続いて、AlGaAsクラッド層7をエッチングしてリッジ部7aを形成する。かかる工程では、リッジ部7aが、図1(b)ような形状になるように、AlGaAsクラッド層7をエッチングする。エッチングには、ドライエッチング法を用いることが好ましい。
続いて、従来と同様の工程で、Si膜9、電極11、12等を形成して半導体レーザ200が完成する。
【0021】
本実施の形態にかかる半導体レーザ200では、前端面の法線方向からの傾斜角θを3°未満に抑えつつ、前端面における実質的な反射率を小さくすることができる。このため、半導体レーザ200と回折格子とを組み合わせて共振器を形成した場合に、良好な共振を得ることができる。例えば、ファイバグレーティングを用いた共振器を作製した場合、波長の安定が図れ、かつ高出力の半導体レーザを提供できる。
【0022】
また、光導波路の傾斜角θが3°未満であるため、前端面の法線と、前端面からの出射光のなす角度も10°以下、好ましくは5°以下となる。従って、半導体レーザ200と光ファイバとの接続(光軸合わせ)が容易となる。
【0023】
また、前端面で反射して活性領域以外に吸収される光の割合が減り、かかる前端面での損失を低減できる。このため、しきい値電流が低く、高効率の半導体レーザを提供できる。
【0024】
実施の形態2.
図5は、全体が210で表される、本実施の形態にかかる半導体レーザの等価屈折率の分布である。図5は、図2と同方向に見た場合の等価屈折率の分布であり、図5中、図2と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。なお、以下に示す半導体レーザの等価屈折率の分布は、全て、図2と同方向に見た場合の分布である。
半導体レーザ210では、上述の半導体レーザ200と同様に、屈曲した活性領域30が、クラッド領域5の中に設けられている。但し、光導波路の光軸が、前端面110の法線方向から傾く傾斜角θは、3°以上であってもかまわない。
活性領域30は、略直線状の第1活性領域31と第2活性領域32とが、所定の屈曲角で屈曲して接続された屈曲部33とを含み、屈曲角が180°より小さい側のクラッド領域5に、クラッド領域5より屈折率の高い局所導波領域50が屈曲部33に隣接して設けられている。なお、屈曲角は、第1活性領域31と第2活性領域32との間の角度をいう。
【0025】
屈曲部33を有する活性領域30では、屈曲部33の外側(屈曲角が180°より大きい側)に向かって光分布が偏り、光の放射が生じる。このため、屈曲部33を有する活性領域30を半導体レーザに適用すると、かかる光の放射に起因する放射損失が発生する。この結果、半導体レーザのしきい値電流の上昇や、発光効率の低下の原因となっていた。
【0026】
これに対して、本実施の形態2にかかる半導体レーザ210では、屈曲角が180°より小さい側のクラッド領域5に、クラッド領域5より屈折率の高い局所導波領域50を隣接して設けることにより、活性領域30を通る光を、局所導波領域50側に引き寄せることとした。この結果、屈曲部33において、活性領域30から外部に放射される光が低減され、屈曲部33における放射損失を小さくできる。
【0027】
図1に示すように、活性領域30は、その上方にリッジ部7aを設けることにより、クラッド領域5中に形成することができるが、局所導波領域50となる領域の上方にもリッジ部7aを設けることにより、活性領域30に隣接した局所導波領域50がクラッド領域5中に形成できる。局所導波領域50の形状は、上方に形成されるリッジ部7aの形状を変えることにより制御できる。
【0028】
次に、本発明の効果を明らかにするために、BPM(Beam Propagation Method, M.D. Feit and J. A. Fleck,Jr., “ Computation of mode properties in optical fiber waveguides by a propagating beam method,” Appl. Opt., vol. 19, no. 7, pp. 1154-1164, 1980 参照)を用いたシミュレーションを行う。
【0029】
図6は、BPM法による解析に用いた半導体レーザ211の等価屈折率の分布であり、図5とほぼ同一の構造である。
半導体レーザ211の共振器長Lは、1500μmである。活性領域30は、略直線状の第1活性領域31と第2活性領域32とからなり、略中央部に屈曲部33を有する。また、屈曲部33に隣接して、略三角形の局所導波領域50が設けられている。局所導波領域50の長さは、屈曲部33から両方向にLzずつであり、活性領域(ストライプ)30の幅2Tは、3.5μmである。また、傾斜角はθ、活性領域30の屈折率を3.37232、その両側のクラッド領域5の屈折率を3.36950、活性領域30を通る光の波長λを0.98μmとする。また、局所導波領域50の屈折率は、活性領域30の屈折率と同じとする。
【0030】
局所導波領域50を設けた効果は、後端面120から活性領域30に入射した基本モード光が、屈曲部33を通過して前端面110に到達した時点で、傾斜導波領域50の基本モードとどの程度結合するかの結合効率で評価する。
【0031】
図7は、局所導波領域50の長さLzと、結合効率との関係であり、傾斜角θ(前端面の法線方向からの、光導波路の光軸の傾き)は、0.5°、1.0°、1.5°とする。局所導波領域50の長さLzを長くすると、局所導波領域50がないとき(Lz=0)に比べ、結合効率が高くなることが分かる。これは、局所導波領域50の存在により、放射損失が低減しているためである。
図7より、局所導波領域50の長さLzを略200μm以上とすることにより、傾斜角θが0.5°、1.0°、1.5°において良好な結合効率が得られることがわかる。
【0032】
図8は、全体が212で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ212は、上述の半導体レーザ211の前端面110、後端面120を覆うように、反射防止膜20、反射膜21を形成したものである。
【0033】
このように、反射防止膜20、反射膜21をそれぞれの端面に形成することにより、光導波路の光軸の傾斜角θを3°より小さくした場合でも、前端面110での反射率を低減することができる。また、局所導波領域50を有することにより、活性領域30が屈曲部33を有することに起因する放射損失を低減できる。
【0034】
実施の形態3.
図9は、全体が213で表される、本実施の形態にかかる半導体レーザの等価屈折率の分布であり、図9中、図2と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
半導体レーザ213では、上述の半導体レーザ200と同じように屈曲した活性領域30が、クラッド領域5の中に設けられている。但し、光導波路の光軸(即ち、活性領域30の形成方向)が、前端面110の法線方向から傾く傾斜角θは、3°以上であってもかまわない。
更に、活性領域30の屈曲部33での屈曲角が180°より大きくなった側に、活性領域30に沿って、局所反射強調領域60が設けられている。局所反射強調領域60の屈折率は、周囲のクラッド領域5より低くなっている。
【0035】
かかる局所反射強調領域60は、活性層15の上方のクラッド層7等をエッチングで除去することにより、除去部下方の等価屈折率を低下させて形成する。即ち、リッジ部7aの屈曲部において、リッジ部7aに隣接する領域をエッチングで除去することにより、局所反射強調領域60が形成される。
【0036】
上述のように、活性領域30が屈曲部33を有する場合、かかる屈曲部33で活性領域30の外部に光が放出され、放射損失が発生する。
これに対して、本実施の形態にかかる半導体レーザ213では、周囲のクラッド領域5より屈折率の低い局所反射強調領域60を、活性領域30に沿って設けることにより、活性領域30とその周囲との屈折率の差を大きくしている。この結果、屈曲部33で、活性領域30から局所反射強調領域60に放射される光の量が抑制され、放射損失を低減できる。これにより、しきい値電流が低く、発光効率の高い半導体レーザ213の実現が可能となる。
【0037】
図10は、全体が214で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ214は、上述の半導体レーザ213の前端面110、後端面120を覆うように、反射防止膜20、反射膜21を形成したものである。
【0038】
このように、反射防止膜20、反射膜21をそれぞれの端面に形成することにより、光導波路の光軸の傾斜角θを3°より小さくした場合でも、前端面110での反射率を低減することができる。また、局所反射強調領域60を有することにより、活性領域30が屈曲部33を有することに起因する放射損失を低減できる。
【0039】
図11は、全体が215で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ215は、上述の半導体レーザ213が、更に、局所導波領域50を備える構造となっている。即ち、活性領域30の屈曲部33に隣接して、屈曲角が180°より小さい側に局所導波領域50、屈曲角が180°より大きい側に局所反射強調領域60がそれぞれ設けられている。
【0040】
このように、半導体レーザ215では、前端面110の法線方向から傾斜角θの活性領域30を有することにより、前端面110から出射する光の反射率を低減できるとともに、活性領域30の屈曲部33に、局所導波領域50、局所反射強調領域60を有することにより、活性領域30が屈曲部33を有することに起因する放射損失を低減できる。
【0041】
図12は、全体が216で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ216は、上述の半導体レーザ215が、更に、前端面110、後端面120を覆う反射防止膜20、反射膜21を備える構造となっている。
即ち、活性領域30の屈曲部33に隣接して、局所導波領域50、局所反射強調領域60がそれぞれ設けられるとともに、端面110、120を覆うように、反射膜20、反射防止膜21が設けられている。
【0042】
このように、半導体レーザ216が、前端面110の法線方向から傾斜角θの活性領域30を有することにより、前端面110から出射する光の反射率を低減できるとともに、活性領域30の屈曲部33に、局所導波領域50、局所反射強調領域60を有することにより、活性領域30が屈曲部33を有することに起因する放射損失を低減できる。
特に、反射防止膜20を備えることにより、傾斜角θが3°より小さい場合でも、前端面110において低い反射率を得ることができる。
【0043】
実施の形態4.
図13は、全体が220で表される、本実施の形態にかかる半導体レーザの等価屈折率の分布である。図13中、図2と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
半導体レーザ220では、上述の半導体レーザ200と同様に、屈曲した活性領域30が、クラッド領域5の中に設けられている。光導波路の光軸が、前端面110の法線方向から傾く傾斜角θは、3°以上であってもかまわない。
活性領域30は、略直線状の第1活性領域31と第2活性領域32とが、所定の屈曲角で屈曲して接続された屈曲部33とを含む。更に、屈曲角が180°より大きい側の活性領域30が、角度φ(φは、光導波路30の高軸と切取り面70との間の角度)で切り取られ、切取り面70となっている。即ち、屈曲部33において、活性領域30が、光軸方向から角度φだけ傾いた切取り角度で切り取られ、切取り面70となった構造となっている。
【0044】
半導体レーザ220では、活性領域30が前端面110の法線方向から傾斜角θだけ傾いているとともに、後端面120に対して略垂直となっている。また、活性領域30は、屈曲部33で屈曲した構造となっている。かかる構造では、前端面110では低反射率、後端面120は高反射率とすることができるが、一方で、屈曲部33において光の放射損失を生じる。
半導体レーザ220では、かかる放射損失を低減するために、活性領域30の屈曲部33に切取り面70が設けられている。
【0045】
半導体レーザ220では、図13に示すように、直線状の活性領域30(第1活性領域31、第2活性領域32)では、導波モードは伝搬定数βで後端面120から前端面110に向かって進む。
この場合、活性領域30が切り取られる角度φが、
【0046】
(β/k)・sin((π/2)−φ)=ncl (1)
但し、k(=2π/λ、λは波長):真空中の波数
cl:活性領域周囲のクラッド領域の屈折率
【0047】
で表される式(1)を満たすと、屈曲部33の切取り面70で進行波は全反射となり、活性領域300の外側へ放射されなくなる。
このように、切取り角度φの切取り面70を設けることにより、活性領域30の屈曲部33における放射損失が大幅に低減できる。
【0048】
例えば、活性領域(ストライプ)30の幅2Tを3.5μm、活性領域30の屈折率を3.37232、活性領域30の周囲のクラッド領域5の屈折率を3.36950、波長λを0.98μmとした場合、基本モードのβ/kは、3.37131となり、活性領域30を通る光が屈曲部33で全反射するために必要な切取り角φは、1.88°となる。
【0049】
このような、所定の切取り角φで切り取られた切取り面70を有する活性領域30は、クラッド領域5の上方に形成されるリッジ部7aを、切取り角φで切り取った形状とすることにより作製できる。
【0050】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ220では、活性領域30の屈曲部33において、光軸方向から所定の角度φだけ傾いた切取り角度で活性領域30が切り取られ、切取り面70が形成されることにより、活性領域30を通る光を切取り面70で全反射させることができる。
この結果、活性領域30の屈曲部33における光の放射損失を低減し、しきい値電流の低い半導体レーザを提供することができる。
【0051】
図14は、全体が221で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ221は、上述の半導体レーザ220が、更に、前端面110、後端面120を覆う反射防止膜20、反射膜21を備える構造となっている。
このように、半導体レーザ221が、切取り面70を有することにより、活性領域30の屈曲部33での放射損失を低減できる。更に、反射防止膜20を前端面110に備えることにより、前端面110での反射率を低減できる。特に、傾斜角θが3°より小さい場合でも、低反射率を実現できる。また、反射膜21を有することにより、高出力の半導体レーザ221を実現できる。
【0052】
図15は、全体が222で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ222は、上述の半導体レーザ220が、更に、局所導波領域50を有する構造になっている。
半導体レーザ222では、活性領域30が所定の角度φで切り取られた切取り面70を有するため、切取り面70で光が全反射する。例えば、活性領域(ストライプ)30の幅2Tを3.5μm、活性領域30の屈折率を3.37232、活性領域30周囲のクラッド領域5の屈折率を3.36950、波長λを1.3μmとすると、上述の式(1)において、基本モードのβ/kは3.37097となり、切取り角φは1.69°となる。
【0053】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ222では、活性領域30の屈曲部33において切取り面70が形成されることにより、活性領域30を通る光を切取り面70で全反射させることができる。また、局所導波領域50を有することによっても、外部への光の放射を抑えることができる。この結果、活性領域30の屈曲部33における光の放射損失を低減し、しきい値電流が低く、高効率の半導体レーザを提供することができる。
【0054】
図16は、全体が223で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ223は、上述の半導体レーザ222が、更に、反射防止膜20、反射膜21を有する構造になっている。
【0055】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ223では、活性領域30の屈曲部33において切取り面70、及び局所導波領域50を有することにより、活性領域30の屈曲部33における光の放射損失を低減し、しきい値電流の低い半導体レーザを提供することができる。
更に、反射防止膜20を前端面110に備えることにより、前端面110での反射率を低減できる。特に、傾斜角θが3°より小さい場合でも、低反射率を実現できる。また、反射膜21を後端面120に備えることにより、半導体レーザの高出力化が可能となる。
【0056】
実施の形態5.
図17は、全体が230で表される、本実施の形態にかかる半導体レーザの等価屈折率の分布である。図17中、図2と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
半導体レーザ230では、上述の半導体レーザ200と同様に、屈曲した活性領域30が、クラッド領域5の中に設けられている。但し、光導波路の光軸が、前端面110の法線方向から傾く傾斜角θは、3°以上であってもかまわない。
活性領域30は、略直線状の第1活性領域31と第2活性領域32とが、所定の屈曲角で屈曲して接続された屈曲部33とを含む。更に、クラッド領域5よりも屈折率の高い高屈折率領域80が、前端面110に、活性領域30に沿って設けられている。高屈折率領域80は、前端面110と、活性領域30の光軸との間の角度が、90°より大きい側のクラッド領域5中に設けられている。
なお、高屈折率領域80の屈折率は、活性領域30の屈折率と同じであることが好ましい。
【0057】
一般に、光は屈折率の高い領域に引き寄せられる。従って、図17に示すように、前端面110近傍において、前端面110と活性領域30の光軸との交差角度が90°より大きい側に、クラッド領域5より屈折率の大きい高屈折率領域80を設けると、活性領域30を通る光は、高屈折率領域80側に引き寄せられる。このため、前端面110で反射された光が、活性領域(ストライプ)30に結合し難くなり、前端面110の実質的な反射率が低減できる。
【0058】
このような、高屈折率領域80は、活性層15の上方に形成されるリッジ部7aを、高屈折率領域80の上方にも形成することにより作製できる。
【0059】
図18は、全体が231で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ231は、上述の半導体レーザ230が、更に、反射防止膜20、反射膜21を有する構造になっている。
【0060】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ231では、高屈折率領域80を有することにより、前端面110の反射率が低減できる。更に、反射防止膜20を前端面110に備えることによっても、前端面110での反射率を低減できる。特に、傾斜角θが3°より小さい場合でも、低反射率を実現できる。
【0061】
図19は、全体が232で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ232は、上述の半導体レーザ230が、更に、局所導波領域50を備える構造となっている。
【0062】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ232では、高屈折率領域80を有することにより、前端面110での反射率が低減できる。また、局所導波領域50を有することによって、外部への光の放射を抑えることができる。この結果、活性領域30の屈曲部33における光の放射損失を低減し、しきい値電流が低く、高効率の半導体レーザを提供することができる。
【0063】
図20は、全体が233で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ233は、上述の半導体レーザ232が、更に、端面110、120上に反射防止膜20、反射膜21を備える構造となっている。
【0064】
かかる半導体レーザ233では、高屈折率領域80を有することにより、前端面110の反射率が低減できる。また、局所導波領域50を有することによっても、外部への光の放射を抑えることができる。
更に、反射防止膜20を有することにより、前端面110での反射率を低減できる。特に、傾斜角θが3°より小さい場合でも、低反射率を実現できる。また、反射膜21を有することにより、半導体レーザの出力を高くできる。
【0065】
図21は、全体が234で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ234は、上述の半導体レーザ230が、更に、局所反射強調領域60を備える構造となっている。
【0066】
かかる半導体レーザ234では、高屈折率領域80を有することにより、前端面110の反射率が低減できる。また、局所反射強調領域60を有することによっても、外部への光の放射を抑えることができる。
従って、前端面110での反射率が低く、活性領域30の屈曲部33での放射損失が低減された半導体レーザの提供が可能となる。
【0067】
図22は、全体が235で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ235は、上述の半導体レーザ234が、更に、端面110、120に、反射防止膜20、反射膜21を備える構造となっている。
【0068】
かかる半導体レーザ235では、高屈折率領域80を有することにより、前端面110の反射率が低減できる。また、局所反射強調領域60を有することによっても、外部への光の放射を抑えることができる。更に、反射防止膜20を有することにより、前端面110での反射率をより低減できる。また、反射膜21を有することにより、半導体レーザの出力を高くできる。
従って、前端面110での反射率が低く、活性領域30の屈曲部33での放射損失が低減された高出力の半導体レーザの提供が可能となる。
【0069】
図23は、全体が236で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ236は、上述の半導体レーザ230が、局所導波領域50と局所反射強調領域60の双方を有する構造となっている。
【0070】
かかる半導体レーザ236では、高屈折率領域80を有することにより、前端面110の反射率が低減できる。また、局所導波領域50と局所反射強調領域60の双方を有することにより、屈曲部33での放射損失を大幅に低減することができる。
従って、前端面110での反射率が低く、活性領域30の屈曲部33での放射損失が低減された半導体レーザの提供が可能となる。
【0071】
図24は、全体が237で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ237は、上述の半導体レーザ236が、更に、端面110、120に、反射防止膜20、反射膜21を有する構造となっている。
【0072】
かかる半導体レーザ237では、高屈折率領域80を有するとともに、反射防止膜20を有することにより、前端面110の反射率が更に低減できる。また、局所導波領域50と局所反射強調領域60の双方を有することにより、屈曲部33での放射損失を大幅に低減することができる。更に、後端面120に反射膜21を有することにより、半導体レーザの高出力化が可能となる。
従って、前端面110での反射率が低く、活性領域30の屈曲部33での放射損失が低減された、高出力の半導体レーザの提供が可能となる。
【0073】
図25は、全体が238で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ238は、上述の半導体レーザ230が、切取り面70を有する構造となっている。
【0074】
かかる半導体レーザ238では、高屈折率領域80を有することにより、前端面110の反射率が低減できる。また、切取り面70を有することにより、屈曲部33での放射損失を低減することができる。
従って、前端面110での反射率が低く、活性領域30の屈曲部33での放射損失が低減された半導体レーザの提供が可能となる。
【0075】
図26は、全体が239で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ239は、上述の半導体レーザ238が、更に、端面110、120に、反射防止膜20、反射膜21を有する構造となっている。
【0076】
かかる半導体レーザ239では、高屈折率領域80と反射防止膜20とを有することにより、前端面110の反射率が大幅に低減できる。また、切取り面70を有することにより、屈曲部33での放射損失を低減することができる。更に、後端面120に反射膜21を有することにより、半導体レーザの高出力化が可能となる。
従って、前端面110での反射率が低く、活性領域30の屈曲部33での放射損失が低減された、高出力の半導体レーザの提供が可能となる。
【0077】
図27は、全体が240で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ240は、上述の半導体レーザ230が、更に、屈曲部33において、局所導波領域50と切取り面70を有する構造となっている。
【0078】
かかる半導体レーザ240では、高屈折率領域80を有することにより、前端面110の反射率が低減できる。また、局所導波領域50と切取り面70とを屈曲部33に有することにより、屈曲部33での放射損失を大幅に低減することができる。
従って、前端面110での反射率が低く、活性領域30の屈曲部33での放射損失が低減された導体レーザの提供が可能となる。
【0079】
図28は、全体が241で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ241は、上述の半導体レーザ240が、更に、端面110、120に、反射防止膜20、反射膜21を有する構造となっている。
【0080】
かかる半導体レーザ241では、反射防止膜20、高屈折率領域80を有することにより、前端面110の反射率が大幅に低減できる。また、局所導波領域50と切取り面70とを屈曲部33に有することにより、屈曲部33での放射損失を大幅に低減することができる。更に、反射膜21を後端面120に有することにより、半導体レーザの高出力化が可能となる。
従って、前端面110での反射率が低く、活性領域30の屈曲部33での放射損失が低減された高出力の半導体レーザの提供が可能となる。
【0081】
なお、上記実施の形態1〜5では、InGaAs層を活性層15に用いた場合について説明したが、GaAs層を活性層に用いることも可能である。
【0082】
また、基板等に他の半導体材料を用いてもかまわない。例えば、InP基板を用いたInGaAsP/InP系の半導体レーザとしても構わない。
【0083】
また、上記実施の形態では、リッジ型半導体レーザについて説明したが、埋め込み型半導体レーザのような他の屈折率導波型の半導体レーザにも適用可能である。かかる埋め込み型半導体レーザでは、活性層15の両側(図1のy軸方向側)に埋め込み層が形成され、埋め込み層中に、局所導波領域50、局所反射強調領域60、高屈折率領域80が形成される。
【0084】
更には、半導体レーザだけでなく、スーパールミネッセンスダイオード等の他の光半導体素子に適用することも可能である。
【0085】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる光半導体素子では、前端面における実質的な反射率を小さくすることができる。
【0086】
特に、前端面の法線方向からの、光導波路の光軸の傾斜角θを3°未満に抑えつつ、前端面における反射率を1%以下、更には、0.1%以下にできる。
【0087】
また、本発明にかかる光半導体素子では、光導波路を構成する活性領域(ストライプ)の屈曲部における放射損失の軽減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1にかかる光半導体素子の断面図、及び上面図である。
【図2】 本発明の実施の形態1にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図3】 光導波路の傾斜角θと前端面における反射率との関係である。
【図4】 光導波路の傾斜角θと前端面における反射率との関係である。
【図5】 本発明の実施の形態2にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図6】 本発明の実施の形態2にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図7】 局所導波領域長と結合効率との関係である。
【図8】 本発明の実施の形態2にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図9】 本発明の実施の形態3にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図10】 本発明の実施の形態3にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図11】 本発明の実施の形態3にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図12】 本発明の実施の形態3にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図13】 本発明の実施の形態4にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図14】 本発明の実施の形態4にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図15】 本発明の実施の形態4にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図16】 本発明の実施の形態4にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図17】 本発明の実施の形態5にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図18】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図19】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図20】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図21】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図22】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図23】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図24】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図25】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図26】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図27】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図28】 本発明の実施の形態5にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図29】 従来の半導体レーザモジュールである。
【図30】 従来のスーパールミネッセンスダイオードの斜視図である。
【図31】 従来のスーパールミネッセンスダイオードの等価屈折率の分布である。
【符号の説明】
5 クラッド領域、20 反射防止膜、21 反射膜、30 活性領域(ストライプ)、31 第1活性領域、32 第2活性領域、33 屈曲部、40 光軸、110 前端面、120 後端面、200 半導体レーザ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly to a semiconductor laser used as a signal source for optical communication and a pumping light source for a fiber amplifier.
[0002]
[Prior art]
FIG. 29 shows a semiconductor laser module in which a semiconductor laser 510 and an optical fiber 520 are combined, which is indicated as a whole by 500. The semiconductor laser module 500 has a structure in which the light 530 emitted from the front end surface 511 of the semiconductor laser 510 is resonated between the rear end surface 512 of the semiconductor laser 510 and the diffraction grating 521 provided in the optical fiber 520. . Therefore, when light is emitted from the semiconductor laser 510, it is necessary to reduce reflection at the front end face 511 as much as possible.
[0003]
Such a structure for reducing the reflectance at the end face is described in, for example, Japanese Patent No. 3040273. FIG. 30 is a perspective view of a super luminescence diode (hereinafter referred to as “SLD”) described in the publication, which is generally indicated by 600. The SLD 600 includes a GaAs substrate 601. On the GaAs substrate 601, an AlGaAs cladding layer 603, an AlGaAs active layer 604, AlGaAs guide layers 605 and 606, an AlGaAs cladding layer 609, and a GaAs contact layer 610 are stacked via a GaAs buffer layer 602. Further, a current blocking layer 607 and a protective layer 608 are provided so as to sandwich the window portion 607a.
[0004]
FIG. 31 shows an equivalent refractive index distribution when the SLD 600 of FIG. 30 is viewed from above. As shown in FIG. 31, the cladding region 614 and the active region 620 having a higher refractive index than the cladding region 614 form an optical waveguide. The active region 620 is bent at the bent portion 621 and intersects the rear end surface 622 substantially perpendicularly, while the front end surface 623 intersects with the normal direction of the front end surface 623 by an inclination angle θ. Further, by setting the inclination angle θ to 3 ° or more, the substantial reflectance at the front end face 623 is reduced to suppress laser oscillation. In addition, by setting the inclination angle θ to 15 ° or less, total reflection with respect to the front end surface 623 is prevented.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the SLD 600, since the inclination angle θ of the active region (stripe) 620 is 3 ° or more and 15 ° C. or less, the light emitted from the front end surface 623 is approximately 9 ° to 45 ° with respect to the normal line of the front end surface 623. It will tilt about °. For this reason, as in the case of the semiconductor laser module 500 of FIG. 29, when the outgoing light is incident on the optical fiber, it is very difficult to align the optical axis with the optical fiber.
Further, as the inclination angle θ is increased, the amount of light reflected by the front end face 623 and absorbed inside the SLD 600 is increased, and the loss is increased.
Furthermore, at the bent portion 621, light escapes out of the active region 620, causing radiation loss.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical semiconductor element in which the inclination angle θ at the front end face is small and the effective reflectance at the front end face is reduced. It is another object of the present invention to provide a semiconductor element with reduced radiation loss at the bent portion of the optical waveguide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as a result of intensive studies, the inventors have found that a low reflectance can be realized even when the inclination angle θ is made smaller by combining the inclination of the optical waveguide on the front end face and the antireflection film covering the front end face. The present invention has been completed.
[0008]
That is, according to the present invention, at least a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer are stacked, a ridge structure is provided in a part of the second conductivity type cladding layer, and the stacking direction is An active region, a clad region sandwiching the active region from both sides, an optical waveguide having a constant width in the direction perpendicular to the optical axis, and the optical waveguide, An optical semiconductor element including a front end face and a rear end face provided in parallel to each other including an end portion of a waveguide, wherein the active region includes a linear first active region and a linear second active region. A reflection surface that is directly connected at a predetermined bending angle and totally reflects light propagating through the active region at the bending portion, and the optical axis of the optical waveguide is a method of the front end surface at the front end surface. Inclined at an inclination angle of less than 3 ° with respect to the line, and at the rear end face Becomes perpendicular to the rear surface, further, an optical semiconductor element characterized in that the front end face is covered with an anti-reflection film.
In this way, by combining the optical waveguide having the inclination angle θ and the antireflection film, the front end face has 1% or less, particularly 0.1% or less, even though the inclination angle θ is less than 3 °. Effective reflectance can be obtained. As a result, good resonance can be obtained when a resonator is formed by combining an optical semiconductor element and a diffraction grating.
In addition, by providing such a reflection surface to substantially totally reflect light propagating in the active region, it is possible to reduce radiation loss at the bent portion of the active region.
[0009]
The inclination angle is preferably about 1.5 ° or less.
As described above, when the inclination angle is reduced, the outgoing light is emitted in a direction substantially perpendicular to the front end face, and therefore the connection between the optical semiconductor element and the optical fiber can be easily performed.
[0010]
It is preferable that the reflection surface is a flat surface formed so as to cut out a part of the active region.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIGS. 1A and 1B show a semiconductor laser represented as a whole by 200 according to the first embodiment. FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. (A) is sectional drawing at the time of seeing in the II direction of (b).
As shown in FIG. 1A, the semiconductor laser 200 includes an n-GaAs substrate 1. A buffer layer 2 including a superlattice buffer is provided on the n-GaAs substrate 1. On the buffer layer 2, an InGaAs quantum well active layer 15 sandwiched from above and below by n-AlGaAs cladding layers 3 and 7 and n-AlGaAs grating guide layers 4 and 6 is provided. The n-AlGaAs cladding layer 7 has a ridge portion 7a. On the n-AlGaAs cladding layer 7, Si 3 N 4 An insulating film 9 is provided, and a p-GaAs cap layer 10 is provided on the ridge portion 7a. Furthermore, a p-side electrode 11 made of, for example, Ti—Pt—Au is formed on the bottom surface, and an n-side electrode 12 made of, for example, Ge—Au—Ni is formed on the top surface.
[0012]
As shown in FIG. 1B, the semiconductor laser 200 has a front end face 110 and a rear end face 120. An antireflection film 20 is provided on the front end face 110, and a reflective film 21 is provided on the rear end face 120, respectively. ing. The ridge portion 7a is formed of two straight portions 7c and 7d having a bent portion 7b. The ridge portion 7c is inclined by the inclination angle θ with respect to the normal direction of the front end face 110. The inclination angle θ is less than 3 °, preferably less than 1.5 °. On the other hand, the rear end surface 120 and the ridge portion 7a intersect substantially vertically.
[0013]
FIG. 2 shows an equivalent refractive index distribution when the semiconductor laser 200 shown in FIG. As shown in FIG. 1B, an optical waveguide is formed by the cladding region 5 and the active region 30 having a refractive index higher than that of the cladding region 5 (the same applies to the following semiconductor lasers). Further, by forming the bent ridge portion 7a as shown in FIG. 1B, the active region (stripe) 30 is formed from two straight portions 31 and 32 which are bent and connected at the bent portion 33. .
On the front end face 110, the optical axis 40 (active region) of the optical waveguide is inclined by an inclination angle θ from the normal direction of the front end face 110. The inclination angle θ is substantially less than 3 °, and is preferably 1.5 ° or less. On the other hand, on the rear end face 120, the optical axis 40 of the optical waveguide is substantially perpendicular to the rear end face 110.
[0014]
An antireflection film 20 is formed on the front end face 110. The antireflection film 20 is made of, for example, alumina (Al 2 O 3 ) / (4n) thickness (n is the refractive index of alumina) is used.
On the other hand, on the rear end surface 120, for example, SiO 2 / A-Si / SiO 2 A reflective film 21 made of a multilayer film as described above is formed.
Also in the following embodiments, the antireflection film 20 and the reflection film 21 are films having such a structure.
[0015]
FIG. 3 shows the inclination angle dependency of the end face reflectance when the end face is not coated, that is, when the cleaved face is used as the end face. In determining the tilt dependence, Marcuse's method (D. Marcuse, “Reflection loss of laser mode from tilted end mirror,” IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 7, No. 2, pp. 336-339, 1989 Reference) was used. In FIG. 3, the horizontal axis represents the inclination angle θ of the optical axis of the optical waveguide from the normal direction of the end face, and the vertical axis represents the reflectance at the end face. Where the wavelength of light (λ), wave number in vacuum (k 0 ), Equivalent refractive index of semiconductor laser (n eff ), The refractive index of the active region 30 (n a ), The refractive index of the cladding region 5 (n c ) And the width (2T) of the stripe (active region) were 0.98 μm, 2π / λ, 3.37232, 3.37232, 3.36950, and 3.5 μm, respectively.
As can be seen from FIG. 3, when the tilt angle θ is increased, the reflectance decreases monotonously. For example, the reflectance when the tilt angle θ is 1 ° and 1.5 ° is 1 / 2.54 and 1 / 7.21 times that when the tilt angle θ is not tilted (when the tilt angle θ is 0). , About 12% and about 4%, respectively. However, in order to make the reflectance as low as 1% or less, the inclination angle θ needs to be 2 ° or more. This is because the end surface is a cleaved surface, and therefore, the Fresnel reflectivity (about 30%) determined by the boundary between the semiconductor crystal and air exists on the end surface.
[0016]
On the other hand, in the semiconductor laser 200 according to the present embodiment, the front end face 110 has, for example, an alumina layer (Al) with a film thickness λ / (4n) (where n is the refractive index of alumina). 2 O 3 ) Is formed, the effective reflectivity at the front end face 110 is reduced while the inclination angle θ is reduced.
[0017]
FIG. 4 shows the inclination angle dependency of the effective reflectance at the cleavage end face. (A) is a case where an antireflection film is not formed, and (b) is a case where an antireflection film is formed. When the tilt angle θ is 0, the effective reflectance when the antireflection film is not formed (FIG. 4A) is about 30%, which is the value of the Fresnel reflectance, but when the antireflection film is formed (FIG. 4). 4 (a)) can be reduced to 2.4%.
Therefore, when the inclination angle θ is 1.0 °, the reflectance is about 0.8%, and when the inclination angle θ is 1.5 °, the reflectance is about 0.3%. Furthermore, a reflectance of about 0.1% or less can be realized by bringing the inclination angle θ close to 3.0 °.
[0018]
As described above, in the semiconductor laser 200 according to the first embodiment, the optical axis 40 of the optical waveguide is inclined by the predetermined inclination angle θ from the normal direction of the front end face 110 and the antireflection film is formed on the front end face 110. By forming 20, a low reflectance of 0.4% or less, particularly 0.1% or less, can be realized with a small inclination angle θ of less than 3 ° or even 1.5 ° or less.
[0019]
On the rear end surface 120, for example, SiO 2 / A-Si / SiO 2 A reflective film 21 having a high reflectance composed of a multilayer film as described above is formed. As a result, the reflectance at the rear end face 120 is about 98%, which greatly exceeds the Fresnel reflectance (about 30%), and a high reflectance can be realized. For this reason, a high-power semiconductor laser can be realized.
[0020]
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser 200 will be briefly described. The semiconductor laser 200 is formed on the GaAs substrate 1 from the buffer layer 2 to the AlGaAs cladding layer 7 using the same manufacturing process as that of a normal semiconductor laser.
Subsequently, the AlGaAs cladding layer 7 is etched to form a ridge portion 7a. In this step, the AlGaAs cladding layer 7 is etched so that the ridge portion 7a has a shape as shown in FIG. For the etching, a dry etching method is preferably used.
Subsequently, in the same process as in the prior art, Si 3 N 4 The semiconductor laser 200 is completed by forming the film 9, the electrodes 11, 12 and the like.
[0021]
In the semiconductor laser 200 according to the present embodiment, the substantial reflectance at the front end face can be reduced while the inclination angle θ from the normal direction of the front end face is suppressed to less than 3 °. For this reason, when the resonator is formed by combining the semiconductor laser 200 and the diffraction grating, good resonance can be obtained. For example, when a resonator using a fiber grating is manufactured, it is possible to provide a semiconductor laser having a stable wavelength and a high output.
[0022]
Further, since the inclination angle θ of the optical waveguide is less than 3 °, the angle formed by the normal line of the front end surface and the light emitted from the front end surface is also 10 ° or less, preferably 5 ° or less. Therefore, the connection (optical axis alignment) between the semiconductor laser 200 and the optical fiber is facilitated.
[0023]
Further, the ratio of light reflected from the front end face and absorbed outside the active region is reduced, and loss at the front end face can be reduced. Therefore, a highly efficient semiconductor laser with a low threshold current can be provided.
[0024]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 shows the distribution of the equivalent refractive index of the semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 210. FIG. 5 shows the distribution of the equivalent refractive index when viewed in the same direction as FIG. 2, and in FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same or corresponding parts. Note that the distribution of the equivalent refractive index of the semiconductor laser shown below is all the distribution when viewed in the same direction as in FIG.
In the semiconductor laser 210, the bent active region 30 is provided in the cladding region 5, similarly to the semiconductor laser 200 described above. However, the inclination angle θ at which the optical axis of the optical waveguide is inclined from the normal direction of the front end face 110 may be 3 ° or more.
The active region 30 includes a bent portion 33 in which a substantially straight first active region 31 and a second active region 32 are bent and connected at a predetermined bending angle, and the bending angle is smaller than 180 °. A local waveguide region 50 having a refractive index higher than that of the cladding region 5 is provided adjacent to the bent portion 33 in the cladding region 5. Note that the bending angle refers to an angle between the first active region 31 and the second active region 32.
[0025]
In the active region 30 having the bent portion 33, the light distribution is biased toward the outside of the bent portion 33 (the side where the bent angle is larger than 180 °), and light is emitted. For this reason, when the active region 30 having the bent portion 33 is applied to a semiconductor laser, a radiation loss due to the radiation of the light occurs. As a result, the threshold current of the semiconductor laser is increased and the light emission efficiency is decreased.
[0026]
On the other hand, in the semiconductor laser 210 according to the second embodiment, the local waveguide region 50 having a refractive index higher than that of the cladding region 5 is provided adjacent to the cladding region 5 having a bending angle smaller than 180 °. Thus, the light passing through the active region 30 is attracted to the local waveguide region 50 side. As a result, the light emitted to the outside from the active region 30 is reduced in the bent portion 33, and the radiation loss in the bent portion 33 can be reduced.
[0027]
As shown in FIG. 1, the active region 30 can be formed in the cladding region 5 by providing a ridge portion 7 a above the active region 30, but the ridge portion 7 a is also provided above the region that becomes the local waveguide region 50. As a result, the local waveguide region 50 adjacent to the active region 30 can be formed in the cladding region 5. The shape of the local waveguide region 50 can be controlled by changing the shape of the ridge portion 7a formed above.
[0028]
Next, in order to clarify the effect of the present invention, BPM (Beam Propagation Method, MD Feit and JA Fleck, Jr., “Computation of mode properties in optical fiber waveguides by a propagating beam method,” Appl. Opt., vol. 19, no. 7, pp. 1154-1164, 1980).
[0029]
FIG. 6 shows the distribution of the equivalent refractive index of the semiconductor laser 211 used for the analysis by the BPM method, and has almost the same structure as FIG.
The resonator length L of the semiconductor laser 211 is 1500 μm. The active region 30 includes a substantially straight first active region 31 and a second active region 32, and has a bent portion 33 at a substantially central portion. Further, a substantially triangular local waveguide region 50 is provided adjacent to the bent portion 33. The length of the local waveguide region 50 is Lz in both directions from the bent portion 33, and the width 2T of the active region (stripe) 30 is 3.5 μm. In addition, the inclination angle is θ, the refractive index of the active region 30 is 3.37232, the refractive index of the cladding region 5 on both sides thereof is 3.36950, and the wavelength λ of light passing through the active region 30 is 0.98 μm. The refractive index of the local waveguide region 50 is the same as the refractive index of the active region 30.
[0030]
The effect of providing the local waveguide region 50 is that when the fundamental mode light incident on the active region 30 from the rear end surface 120 passes through the bent portion 33 and reaches the front end surface 110, the fundamental mode of the inclined waveguide region 50 is obtained. The degree of coupling efficiency is evaluated by the coupling efficiency.
[0031]
FIG. 7 shows the relationship between the length Lz of the local waveguide region 50 and the coupling efficiency. The inclination angle θ (the inclination of the optical axis of the optical waveguide from the normal direction of the front end face) is 0.5 °. 1.0 ° and 1.5 °. It can be seen that when the length Lz of the local waveguide region 50 is increased, the coupling efficiency is higher than when there is no local waveguide region 50 (Lz = 0). This is because the radiation loss is reduced due to the presence of the local waveguide region 50.
As shown in FIG. 7, when the length Lz of the local waveguide region 50 is approximately 200 μm or more, good coupling efficiency can be obtained at the inclination angles θ of 0.5 °, 1.0 °, and 1.5 °. Recognize.
[0032]
FIG. 8 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, which is represented as a whole by 212. The semiconductor laser 212 is formed by forming the antireflection film 20 and the reflection film 21 so as to cover the front end face 110 and the rear end face 120 of the semiconductor laser 211 described above.
[0033]
Thus, by forming the antireflection film 20 and the reflection film 21 on the respective end faces, the reflectance at the front end face 110 is reduced even when the inclination angle θ of the optical axis of the optical waveguide is made smaller than 3 °. be able to. In addition, by including the local waveguide region 50, radiation loss caused by the active region 30 having the bent portion 33 can be reduced.
[0034]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 shows an equivalent refractive index distribution of the semiconductor laser according to the present embodiment as a whole represented by 213. In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts.
In the semiconductor laser 213, the active region 30 bent in the same manner as the semiconductor laser 200 described above is provided in the cladding region 5. However, the inclination angle θ at which the optical axis of the optical waveguide (that is, the direction in which the active region 30 is formed) is inclined from the normal direction of the front end face 110 may be 3 ° or more.
Furthermore, a local reflection enhancement region 60 is provided along the active region 30 on the side where the bending angle at the bent portion 33 of the active region 30 is larger than 180 °. The refractive index of the local reflection enhancement region 60 is lower than that of the surrounding cladding region 5.
[0035]
The local reflection enhancement region 60 is formed by reducing the equivalent refractive index below the removed portion by removing the cladding layer 7 and the like above the active layer 15 by etching. That is, in the bent portion of the ridge portion 7a, the region adjacent to the ridge portion 7a is removed by etching, whereby the local reflection enhancement region 60 is formed.
[0036]
As described above, when the active region 30 has the bent portion 33, light is emitted to the outside of the active region 30 at the bent portion 33, and radiation loss occurs.
On the other hand, in the semiconductor laser 213 according to the present embodiment, the local reflection enhancement region 60 having a refractive index lower than that of the surrounding cladding region 5 is provided along the active region 30, so that The difference in refractive index is increased. As a result, the amount of light emitted from the active region 30 to the local reflection enhancement region 60 is suppressed at the bent portion 33, and radiation loss can be reduced. This makes it possible to realize a semiconductor laser 213 with a low threshold current and high emission efficiency.
[0037]
FIG. 10 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, which is represented entirely by 214. The semiconductor laser 214 is formed by forming the antireflection film 20 and the reflection film 21 so as to cover the front end face 110 and the rear end face 120 of the semiconductor laser 213 described above.
[0038]
Thus, by forming the antireflection film 20 and the reflection film 21 on the respective end faces, the reflectance at the front end face 110 is reduced even when the inclination angle θ of the optical axis of the optical waveguide is made smaller than 3 °. be able to. In addition, by including the local reflection enhancement region 60, radiation loss due to the active region 30 having the bent portion 33 can be reduced.
[0039]
FIG. 11 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 215. The semiconductor laser 215 has a structure in which the above-described semiconductor laser 213 further includes a local waveguide region 50. That is, adjacent to the bent portion 33 of the active region 30, the local waveguide region 50 is provided on the side where the bending angle is smaller than 180 °, and the local reflection enhancement region 60 is provided on the side where the bending angle is larger than 180 °.
[0040]
As described above, in the semiconductor laser 215, the active region 30 having the inclination angle θ from the normal direction of the front end surface 110 can reduce the reflectance of light emitted from the front end surface 110, and the bent portion of the active region 30 can be reduced. By having the local waveguide region 50 and the local reflection enhancement region 60 in 33, radiation loss due to the active region 30 having the bent portion 33 can be reduced.
[0041]
FIG. 12 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 216. The semiconductor laser 216 has a structure in which the above-described semiconductor laser 215 further includes an antireflection film 20 and a reflection film 21 that cover the front end face 110 and the rear end face 120.
That is, the local waveguide region 50 and the local reflection enhancement region 60 are provided adjacent to the bent portion 33 of the active region 30, and the reflection film 20 and the antireflection film 21 are provided so as to cover the end surfaces 110 and 120. It has been.
[0042]
As described above, since the semiconductor laser 216 has the active region 30 having the inclination angle θ from the normal direction of the front end surface 110, the reflectance of the light emitted from the front end surface 110 can be reduced, and the bent portion of the active region 30 can be reduced. By having the local waveguide region 50 and the local reflection enhancement region 60 in 33, radiation loss due to the active region 30 having the bent portion 33 can be reduced.
In particular, by providing the antireflection film 20, a low reflectance can be obtained at the front end face 110 even when the inclination angle θ is smaller than 3 °.
[0043]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 13 shows an equivalent refractive index distribution of the semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 220. In FIG. 13, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts.
In the semiconductor laser 220, the bent active region 30 is provided in the cladding region 5 as in the above-described semiconductor laser 200. The inclination angle θ at which the optical axis of the optical waveguide is inclined from the normal direction of the front end face 110 may be 3 ° or more.
The active region 30 includes a bent portion 33 in which a substantially straight first active region 31 and a second active region 32 are bent and connected at a predetermined bending angle. Further, the active region 30 on the side where the bending angle is larger than 180 ° is cut off at an angle φ (φ is an angle between the high axis of the optical waveguide 30 and the cut surface 70) to form the cut surface 70. That is, in the bent portion 33, the active region 30 is cut at a cutting angle inclined by an angle φ from the optical axis direction to form a cut surface 70.
[0044]
In the semiconductor laser 220, the active region 30 is inclined by the inclination angle θ from the normal direction of the front end face 110 and is substantially perpendicular to the rear end face 120. The active region 30 has a structure bent at the bent portion 33. In such a structure, the front end surface 110 can have a low reflectance and the rear end surface 120 can have a high reflectance, but on the other hand, a light radiation loss occurs in the bent portion 33.
In the semiconductor laser 220, a cut surface 70 is provided at the bent portion 33 of the active region 30 in order to reduce such radiation loss.
[0045]
In the semiconductor laser 220, as shown in FIG. 13, in the linear active region 30 (the first active region 31 and the second active region 32), the waveguide mode has a propagation constant β from the rear end surface 120 toward the front end surface 110. Go ahead.
In this case, the angle φ at which the active region 30 is cut off is
[0046]
(Β / k 0 ) · Sin ((π / 2) −φ) = n cl (1)
Where k 0 (= 2π / λ, where λ is the wavelength): Wave number in vacuum
n cl : Refractive index of the cladding region around the active region
[0047]
Is satisfied, the traveling wave is totally reflected at the cut surface 70 of the bent portion 33 and is not emitted outside the active region 300.
Thus, by providing the cut surface 70 having the cut angle φ, radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30 can be significantly reduced.
[0048]
For example, the width 2T of the active region (stripe) 30 is 3.5 μm, the refractive index of the active region 30 is 3.37232, the refractive index of the cladding region 5 around the active region 30 is 3.36950, and the wavelength λ is 0.98 μm. , Β / k of the basic mode 0 Is 3.37131, and the cut-off angle φ required for the light passing through the active region 30 to be totally reflected by the bent portion 33 is 1.88 °.
[0049]
Such an active region 30 having a cut surface 70 cut at a predetermined cut angle φ can be produced by forming a ridge portion 7a formed above the clad region 5 into a shape cut at a cut angle φ. .
[0050]
As described above, in the semiconductor laser 220 according to the present embodiment, the active region 30 is cut at the bent portion 33 of the active region 30 at a cut angle inclined by the predetermined angle φ from the optical axis direction, and the cut surface 70 is formed. As a result, the light passing through the active region 30 can be totally reflected by the cut surface 70.
As a result, it is possible to provide a semiconductor laser having a low threshold current by reducing the radiation loss of light at the bent portion 33 of the active region 30.
[0051]
FIG. 14 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 221. The semiconductor laser 221 has a structure in which the above-described semiconductor laser 220 further includes an antireflection film 20 and a reflection film 21 that cover the front end face 110 and the rear end face 120.
As described above, the semiconductor laser 221 having the cut surface 70 can reduce radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30. Furthermore, by providing the antireflection film 20 on the front end face 110, the reflectance at the front end face 110 can be reduced. In particular, even when the inclination angle θ is smaller than 3 °, a low reflectance can be realized. Further, by having the reflective film 21, a high-power semiconductor laser 221 can be realized.
[0052]
FIG. 15 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 222. The semiconductor laser 222 has a structure in which the above-described semiconductor laser 220 further includes a local waveguide region 50.
In the semiconductor laser 222, since the active region 30 has the cut surface 70 cut out at a predetermined angle φ, the light is totally reflected by the cut surface 70. For example, the width 2T of the active region (stripe) 30 is 3.5 μm, the refractive index of the active region 30 is 3.37232, the refractive index of the cladding region 5 around the active region 30 is 3.36950, and the wavelength λ is 1.3 μm. Then, in the above equation (1), β / k of the fundamental mode 0 Is 3.37097, and the cutting angle φ is 1.69 °.
[0053]
As described above, in the semiconductor laser 222 according to the present embodiment, the cut surface 70 is formed in the bent portion 33 of the active region 30, whereby the light passing through the active region 30 can be totally reflected by the cut surface 70. . Also, by having the local waveguide region 50, the emission of light to the outside can be suppressed. As a result, a radiation loss of light at the bent portion 33 of the active region 30 can be reduced, and a highly efficient semiconductor laser with a low threshold current can be provided.
[0054]
FIG. 16 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 223. The semiconductor laser 223 has a structure in which the above-described semiconductor laser 222 further includes an antireflection film 20 and a reflection film 21.
[0055]
As described above, in the semiconductor laser 223 according to the present embodiment, the cutout surface 70 and the local waveguide region 50 are included in the bent portion 33 of the active region 30, so that the radiation loss of light in the bent portion 33 of the active region 30. Thus, a semiconductor laser having a low threshold current can be provided.
Furthermore, by providing the antireflection film 20 on the front end face 110, the reflectance at the front end face 110 can be reduced. In particular, even when the inclination angle θ is smaller than 3 °, a low reflectance can be realized. In addition, by providing the reflective film 21 on the rear end surface 120, it is possible to increase the output of the semiconductor laser.
[0056]
Embodiment 5. FIG.
FIG. 17 shows an equivalent refractive index distribution of the semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 230. In FIG. 17, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts.
In the semiconductor laser 230, the bent active region 30 is provided in the cladding region 5, similarly to the semiconductor laser 200 described above. However, the inclination angle θ at which the optical axis of the optical waveguide is inclined from the normal direction of the front end face 110 may be 3 ° or more.
The active region 30 includes a bent portion 33 in which a substantially straight first active region 31 and a second active region 32 are bent and connected at a predetermined bending angle. Further, a high refractive index region 80 having a higher refractive index than that of the cladding region 5 is provided along the active region 30 on the front end face 110. The high refractive index region 80 is provided in the cladding region 5 on the side where the angle between the front end face 110 and the optical axis of the active region 30 is larger than 90 °.
The refractive index of the high refractive index region 80 is preferably the same as the refractive index of the active region 30.
[0057]
In general, light is attracted to a region having a high refractive index. Accordingly, as shown in FIG. 17, in the vicinity of the front end face 110, the high refractive index region 80 having a refractive index larger than that of the cladding region 5 is on the side where the intersection angle between the front end face 110 and the optical axis of the active region 30 is larger than 90 °. Is provided, the light passing through the active region 30 is drawn toward the high refractive index region 80 side. For this reason, the light reflected by the front end face 110 becomes difficult to be coupled to the active region (stripes) 30, and the substantial reflectance of the front end face 110 can be reduced.
[0058]
Such a high refractive index region 80 can be produced by forming the ridge portion 7 a formed above the active layer 15 also above the high refractive index region 80.
[0059]
FIG. 18 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 231. The semiconductor laser 231 has a structure in which the above-described semiconductor laser 230 further includes an antireflection film 20 and a reflection film 21.
[0060]
Thus, in the semiconductor laser 231 according to the present embodiment, the reflectance of the front end face 110 can be reduced by having the high refractive index region 80. Furthermore, the reflectance at the front end face 110 can also be reduced by providing the antireflection film 20 on the front end face 110. In particular, even when the inclination angle θ is smaller than 3 °, a low reflectance can be realized.
[0061]
FIG. 19 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 232. The semiconductor laser 232 has a structure in which the above-described semiconductor laser 230 further includes a local waveguide region 50.
[0062]
Thus, in the semiconductor laser 232 according to the present embodiment, the reflectance at the front end face 110 can be reduced by having the high refractive index region 80. Further, by having the local waveguide region 50, it is possible to suppress the emission of light to the outside. As a result, a radiation loss of light at the bent portion 33 of the active region 30 can be reduced, and a highly efficient semiconductor laser with a low threshold current can be provided.
[0063]
FIG. 20 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 233. The semiconductor laser 233 has a structure in which the above-described semiconductor laser 232 further includes an antireflection film 20 and a reflection film 21 on the end faces 110 and 120.
[0064]
In the semiconductor laser 233, the reflectance of the front end face 110 can be reduced by having the high refractive index region 80. Also, by having the local waveguide region 50, the emission of light to the outside can be suppressed.
Furthermore, by having the antireflection film 20, the reflectance at the front end face 110 can be reduced. In particular, even when the inclination angle θ is smaller than 3 °, a low reflectance can be realized. Further, by providing the reflective film 21, the output of the semiconductor laser can be increased.
[0065]
FIG. 21 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 234. The semiconductor laser 234 has a structure in which the above-described semiconductor laser 230 further includes a local reflection enhancement region 60.
[0066]
In the semiconductor laser 234, the reflectance of the front end face 110 can be reduced by having the high refractive index region 80. Also, by having the local reflection enhancement region 60, it is possible to suppress the emission of light to the outside.
Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser having a low reflectance at the front end face 110 and a reduced radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30.
[0067]
FIG. 22 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 235. The semiconductor laser 235 has a structure in which the above-described semiconductor laser 234 further includes the antireflection film 20 and the reflection film 21 on the end faces 110 and 120.
[0068]
In the semiconductor laser 235, the reflectance of the front end face 110 can be reduced by having the high refractive index region 80. Also, by having the local reflection enhancement region 60, it is possible to suppress the emission of light to the outside. Furthermore, by having the antireflection film 20, the reflectance at the front end face 110 can be further reduced. Further, by providing the reflective film 21, the output of the semiconductor laser can be increased.
Therefore, it is possible to provide a high-power semiconductor laser having a low reflectance at the front end face 110 and a reduced radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30.
[0069]
FIG. 23 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 236. The semiconductor laser 236 has a structure in which the above-described semiconductor laser 230 has both the local waveguide region 50 and the local reflection enhancement region 60.
[0070]
In the semiconductor laser 236, the reflectance of the front end face 110 can be reduced by having the high refractive index region 80. Further, by having both the local waveguide region 50 and the local reflection enhancement region 60, the radiation loss at the bent portion 33 can be greatly reduced.
Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser having a low reflectance at the front end face 110 and a reduced radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30.
[0071]
FIG. 24 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole of which is represented by 237. The semiconductor laser 237 has a structure in which the above-described semiconductor laser 236 further includes the antireflection film 20 and the reflection film 21 on the end surfaces 110 and 120.
[0072]
In the semiconductor laser 237, the reflectance of the front end face 110 can be further reduced by having the high refractive index region 80 and the antireflection film 20. Further, by having both the local waveguide region 50 and the local reflection enhancement region 60, the radiation loss at the bent portion 33 can be greatly reduced. Further, by providing the reflective film 21 on the rear end face 120, it becomes possible to increase the output of the semiconductor laser.
Therefore, it is possible to provide a high-power semiconductor laser having a low reflectance at the front end face 110 and a reduced radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30.
[0073]
FIG. 25 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 238. The semiconductor laser 238 has a structure in which the semiconductor laser 230 described above has a cut surface 70.
[0074]
In the semiconductor laser 238, the reflectance of the front end face 110 can be reduced by having the high refractive index region 80. Further, by having the cut surface 70, radiation loss at the bent portion 33 can be reduced.
Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser having a low reflectance at the front end face 110 and a reduced radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30.
[0075]
FIG. 26 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 239. The semiconductor laser 239 has a structure in which the above-described semiconductor laser 238 further includes the antireflection film 20 and the reflection film 21 on the end faces 110 and 120.
[0076]
In the semiconductor laser 239, the reflectance of the front end face 110 can be significantly reduced by having the high refractive index region 80 and the antireflection film 20. Further, by having the cut surface 70, radiation loss at the bent portion 33 can be reduced. Further, by providing the reflective film 21 on the rear end face 120, it becomes possible to increase the output of the semiconductor laser.
Therefore, it is possible to provide a high-power semiconductor laser having a low reflectance at the front end face 110 and a reduced radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30.
[0077]
FIG. 27 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 240. The semiconductor laser 240 has a structure in which the above-described semiconductor laser 230 further has a local waveguide region 50 and a cut surface 70 at the bent portion 33.
[0078]
In such a semiconductor laser 240, by having the high refractive index region 80, the reflectance of the front end face 110 can be reduced. In addition, by having the local waveguide region 50 and the cut surface 70 in the bent portion 33, radiation loss at the bent portion 33 can be significantly reduced.
Therefore, it is possible to provide a conductor laser having a low reflectance at the front end face 110 and a reduced radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30.
[0079]
FIG. 28 shows an equivalent refractive index distribution of another semiconductor laser according to the present embodiment, the whole being represented by 241. The semiconductor laser 241 has a structure in which the above-described semiconductor laser 240 further includes the antireflection film 20 and the reflection film 21 on the end faces 110 and 120.
[0080]
In the semiconductor laser 241, since the antireflection film 20 and the high refractive index region 80 are provided, the reflectance of the front end face 110 can be significantly reduced. In addition, by having the local waveguide region 50 and the cut surface 70 in the bent portion 33, radiation loss at the bent portion 33 can be significantly reduced. Furthermore, by providing the reflective film 21 on the rear end face 120, it is possible to increase the output of the semiconductor laser.
Therefore, it is possible to provide a high-power semiconductor laser having a low reflectance at the front end face 110 and a reduced radiation loss at the bent portion 33 of the active region 30.
[0081]
In the first to fifth embodiments, the case where the InGaAs layer is used as the active layer 15 has been described. However, the GaAs layer can be used as the active layer.
[0082]
Further, other semiconductor materials may be used for the substrate or the like. For example, an InGaAsP / InP semiconductor laser using an InP substrate may be used.
[0083]
In the above embodiment, the ridge type semiconductor laser has been described. However, the present invention can also be applied to other refractive index waveguide type semiconductor lasers such as a buried type semiconductor laser. In such a buried semiconductor laser, buried layers are formed on both sides (the y-axis direction side in FIG. 1) of the active layer 15, and the local waveguide region 50, the local reflection enhancement region 60, and the high refractive index region 80 are formed in the buried layer. Is formed.
[0084]
Furthermore, it can be applied not only to a semiconductor laser but also to other optical semiconductor elements such as a super luminescence diode.
[0085]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the optical semiconductor element according to the present invention, the substantial reflectance at the front end face can be reduced.
[0086]
In particular, the reflectance at the front end face can be 1% or less, and further 0.1% or less, while suppressing the inclination angle θ of the optical axis of the optical waveguide from the normal direction of the front end face to less than 3 °.
[0087]
In the optical semiconductor device according to the present invention, it is possible to reduce the radiation loss at the bent portion of the active region (stripe) constituting the optical waveguide.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a cross-sectional view and a top view of an optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent refractive index distribution of the optical semiconductor element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows the relationship between the inclination angle θ of the optical waveguide and the reflectance at the front end face.
FIG. 4 is a relationship between the inclination angle θ of the optical waveguide and the reflectance at the front end face.
FIG. 5 is an equivalent refractive index distribution of the optical semiconductor element according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows the relationship between the local waveguide region length and the coupling efficiency.
FIG. 8 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 9 is an equivalent refractive index distribution of the optical semiconductor element according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 13 is an equivalent refractive index distribution of the optical semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fourth embodiment of the present invention;
FIG. 15 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fourth embodiment of the present invention;
FIG. 16 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention;
FIG. 17 is an equivalent refractive index distribution of the optical semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 18 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 19 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 20 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 21 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 22 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 23 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
24 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 25 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 26 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 27 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 28 is an equivalent refractive index distribution of another optical semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 29 shows a conventional semiconductor laser module.
FIG. 30 is a perspective view of a conventional super luminescence diode.
FIG. 31 is a distribution of equivalent refractive index of a conventional super luminescence diode.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Cladding area | region, 20 Antireflection film | membrane, 21 Reflective film | membrane, 30 Active area | region (stripe), 31 1st active area | region, 32 2nd active area | region, 33 Bending part, 40 Optical axis, 110 Front end surface, 120 Rear end surface, 200 Semiconductor laser.

Claims (3)

少なくとも第1導電型クラッド層、活性層、および第2導電型クラッド層が積層され、該第2導電型クラッド層の一部にリッジ構造が設けられ、かつ該積層方向と垂直な面内に、活性領域と、該活性領域を両側から挟むクラッド領域と、該活性領域及び該クラッド領域から構成された、光軸に垂直な方向の幅が一定の光導波路と、該光導波路の端部を含み互いに平行に設けられた前端面と後端面とを含む光半導体素子であって、
該活性領域は、直線状の第1活性領域と、直線状の第2活性領域とが、所定の屈曲角で直接接続されており、かつ該活性領域を伝搬する光を該屈曲部で全反射する反射面を含み、
該光導波路の光軸が、該前端面において該前端面の法線に対して3°未満の傾斜角で傾くとともに、該後端面において該後端面に対して垂直となり、更に、該前端面が反射防止膜で覆われたことを特徴とする光半導体素子。
At least a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer are stacked, a ridge structure is provided in a part of the second conductivity type cladding layer, and in a plane perpendicular to the stacking direction, An active region, a cladding region sandwiching the active region from both sides, an optical waveguide composed of the active region and the cladding region and having a constant width in a direction perpendicular to the optical axis, and an end of the optical waveguide An optical semiconductor element including a front end face and a rear end face provided in parallel to each other,
In the active region, a linear first active region and a linear second active region are directly connected at a predetermined bending angle, and light propagating through the active region is totally reflected by the bent portion. Including a reflective surface
The optical axis of the optical waveguide is inclined at an inclination angle of less than 3 ° with respect to the normal line of the front end surface at the front end surface, and is perpendicular to the rear end surface at the rear end surface. An optical semiconductor element covered with an antireflection film.
上記傾斜角が、1.5°以下であることを特徴とする請求項1に記載の光半導体素子。  The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the inclination angle is 1.5 ° or less. 上記反射面が、上記活性領域の一部を切り取るように形成された平面からなることを特徴とする請求項1に記載の光半導体素子。  The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the reflection surface is a flat surface formed so as to cut out a part of the active region.
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