JP5795126B2 - 半導体レーザ素子、集積型半導体レーザ素子、および、半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ素子を光共振器長方向に沿って切断した模式的な断面図である。図1に示すように、この半導体レーザ素子100は、裏面にn側電極101が形成されたn型半導体層102と、n型半導体層102上に形成された導波路コア層103と、導波路コア層103上に形成されたp型半導体層104と、p型半導体層104上に形成された回折格子層105と、回折格子層105上に形成されたp型半導体層106と、p型半導体層106上に形成されたp側電極107と、を備えている。
本実施の形態1に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例について説明する。図2A〜D、図3A〜Dは、実施の形態1に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。図2A〜D、図3A〜Dは図1の断面に対応する断面を示している。
つぎに、本実施の形態1に係る半導体レーザ素子100の好ましい設計パラメータについて説明する。図4は、本実施の形態1に係る半導体レーザ素子100の設計パラメータを説明する図である。
つぎに、実施の形態1に係る半導体レーザ素子を用いた実施の形態2に係る集積型半導体レーザ素子について説明する。図10は、実施の形態2に係る集積型半導体レーザ素子の模式的な平面図である。図10に示すように、本実施の形態2に係る集積型半導体レーザ素子1000は、それぞれがメサ構造を有する、N個の半導体レーザ素子100−1〜100−N(Nは1以上の整数)と、半導体レーザ素子100−1〜100−Nからの出力光がそれぞれ入力されるN個の光導波路200−1〜200−Nと、N個の入力ポートを有し光導波路200−1〜200−Nの出力光を合流させて出力させることができる光合流器300と、光合流器300からの出力光を増幅する半導体光増幅器(SOA)400とを一つの半導体基板上に集積し、埋め込み部1002により埋め込んだ構造を有する。半導体レーザ素子100−1〜100−N間の埋め込み部1002には、トレンチ溝108−1〜108−M(M=N―1)を設けている。また、集積型半導体レーザ素子1000の両端面には、戻り光によるノイズを防ぐため、反射防止膜1001が形成されている。
101、201、301、401 n側電極
102、202、302、402 n型半導体層
103、203、303、403 導波路コア層
103a、103c SCH層
103b MQW層
104、106、204、304、404 p型半導体層
105 回折格子層
105a λ/4位相シフト部
107、405 p側電極
108−1〜108−M トレンチ溝
110 分布帰還型レーザ部
120 分布ブラック反射部
200−1〜200−N 光導波路
300 光合流器
300a 出力ポート
400 SOA
400a 出力端
1000 集積型半導体レーザ素子
1001 反射防止膜
1002 埋め込み部
G 溝
L10、L20 レーザ光
M1、M2 マスク
R レジスト膜
S 半導体材料
W 幅
Claims (10)
- 導波路コア層を含み、分布帰還型レーザ部と分布ブラック反射部とを有し、前記分布帰還型レーザ部では、前記導波路コア層は光共振器長方向にわたって連続した長さを有し、かつ前記導波路コア層の近傍に該導波路コア層に沿って回折格子層が配置されており、前記分布ブラック反射部では、前記導波路コア層が回折格子を形成するように離散的かつ周期的に配置されている半導体積層構造と、
前記分布帰還型レーザ部に電流を注入するための電極と、
を備え、
前記分布帰還型レーザ部は、前記回折格子層の周期に応じた波長のレーザ光を発振し、前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する回折格子は、前記レーザ光の波長を含むストップバンドを有するように設定されており、
前記分布ブラック反射部では、前記導波路コア層の近傍に該導波路コア層に沿って前記回折格子層が配置されており、
前記分布ブラック反射部の前記回折格子層は、前記分布帰還型レーザ部の前記回折格子層と同じ材料からなり、かつ厚さ方向において同じ位置および厚さで形成されており、前記分布ブラック反射部の前記導波路コア層と同じ周期で離散的かつ周期的に配置されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記分布帰還型レーザ部の前記回折格子層の結合係数κ1は、7cm−1以上20cm−1以下であり、
前記分布ブラック反射部の前記導波路コア層が形成する前記回折格子層の結合係数κ2は、180cm−1以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する前記回折格子のストップバンド幅は、当該半導体レーザ素子の駆動電流の範囲において前記レーザ光の波長を含むように設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記駆動電流の範囲は0Aから1Aの範囲から選択され、前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する前記回折格子のストップバンド幅は1.4nm以上であることを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ素子。
- 前記駆動電流の範囲は0mAから500mAの範囲から選択され、前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する前記回折格子のストップバンド幅は0.7nm以上であることを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ素子。
- 前記分布帰還型レーザ部における前記導波路コア層の長さをL1、前記回折格子層の結合係数をκ1とすると、κ1×L1は1以上であり、L1は820μm以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
- 前記分布ブラック反射部における前記導波路コア層の長さをL2、前記導波路コア層が形成する回折格子の結合係数をκ2とすると、κ2×L2は2.18より大きいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
- 前記分布帰還型レーザ部の前記回折格子層は位相シフト部を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
- 請求項1〜8のいずれか1つに記載の1つ以上の半導体レーザ素子と、
前記1つ以上の半導体レーザ素子からの出力光がそれぞれ入力される、該半導体レーザ素子と同じ数の入力ポートを有し、該出力光を合流させて出力させることができる光合流器と、
前記光合流器からの出力光を増幅する半導体光増幅器と、
が集積されたことを特徴とする集積型半導体レーザ素子。 - 導波路コア層を含み該導波路コア層に沿って配置された回折格子層を含む分布帰還型レーザ部となる領域と、前記導波路コア層と前記回折格子層とを含む分布ブラック反射部となる領域とを有する半導体積層構造を一括で形成する半導体積層構造形成工程と、
前記半導体積層構造上に第1マスクを形成し、該第1マスクを所定の間隔で離散的な配置となるようにパターニングする工程と、
前記半導体積層構造の前記分布帰還型レーザ部となる領域および前記分布ブラック反射部となる領域の前記回折格子層を所定の周期で離散的な配置となるようエッチングする第1エッチング工程と、
前記分布帰還型レーザ部となる領域の最表面に前記導波路コア層を保護する第2マスクを形成する工程と、
前記半導体積層構造のうち、前記分布ブラック反射部となる領域の前記導波路コア層が回折格子を形成するように所定の周期で離散的な配置となるようさらにエッチングする第2エッチング工程と、
を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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