JPH02260587A - 光導波路付半導体レーザ - Google Patents
光導波路付半導体レーザInfo
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- JPH02260587A JPH02260587A JP8106589A JP8106589A JPH02260587A JP H02260587 A JPH02260587 A JP H02260587A JP 8106589 A JP8106589 A JP 8106589A JP 8106589 A JP8106589 A JP 8106589A JP H02260587 A JPH02260587 A JP H02260587A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
〔産業上の利用分野]
本発明は、半導体レーザ(以下LDと記す、)と光導波
路(以下WGと記す、)を直接結合した光導波路付半導
体レーザ(以下WG−LDと記す、)の構造に関する。
路(以下WGと記す、)を直接結合した光導波路付半導
体レーザ(以下WG−LDと記す、)の構造に関する。
光デバイスの使用形態が高度化するにつれて、各種の光
デバイスの相互接続や各光デバイスを現状よりいっそう
高性能化する必要がある。−刀先、デバイスの高性能化
を達成するには、光デバイス用材料の高品質化はもちろ
んのことであるが、さらに各種の光回路部品と相互接続
して性能を向上させる必要がある。この相互接続の為に
は低損失のWGが必要となる。したがって光の増幅機能
を持つLDとWGとを低損失で接続したWG−LDは極
めて重要な素子である。 WG−LDの1例を第2(iillに示す、これはアプ
ライド・フィジックス・レターズ(Appl、Phys
。 Lett)メルフ(Merz)等、30巻・530頁・
1977年に記載されているものであるaGaAs基板
上に−AJ!a、s Gao、t Asクラッド層20
1−Ala、*5Gao、5sAS光導波路層202・
GaAs活性層203 ・Ala、s Gao、4As
iクラッド層204を順次積層して形成したLD槽構造
、LDとなる部分を除いてGaAs活性層203までエ
ツチング除去して光導波路としたWG−LDである。 〔発明が解決しようとする課題1 しかし、前述の従来技術では、光導波路は二次元光導波
路であり接合に平行な方向の光閉じ込めに対する機能は
有していない、したがって光導波路を伝搬する間に接合
に平行な方向の横モードが変化してしまう、この為光強
度の大小が問題となるような状況での使用では有効であ
るが、光通信あるいは光情報処理用光源の様に横モード
制御が重要となるような装置への応用は不可能となる。 そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは、接合に平行な方向にも有効な光
閉じ込めがなされ、かつ極めて伝搬損失の小さな光導波
路を有するWG−LDを提供することにある。
デバイスの相互接続や各光デバイスを現状よりいっそう
高性能化する必要がある。−刀先、デバイスの高性能化
を達成するには、光デバイス用材料の高品質化はもちろ
んのことであるが、さらに各種の光回路部品と相互接続
して性能を向上させる必要がある。この相互接続の為に
は低損失のWGが必要となる。したがって光の増幅機能
を持つLDとWGとを低損失で接続したWG−LDは極
めて重要な素子である。 WG−LDの1例を第2(iillに示す、これはアプ
ライド・フィジックス・レターズ(Appl、Phys
。 Lett)メルフ(Merz)等、30巻・530頁・
1977年に記載されているものであるaGaAs基板
上に−AJ!a、s Gao、t Asクラッド層20
1−Ala、*5Gao、5sAS光導波路層202・
GaAs活性層203 ・Ala、s Gao、4As
iクラッド層204を順次積層して形成したLD槽構造
、LDとなる部分を除いてGaAs活性層203までエ
ツチング除去して光導波路としたWG−LDである。 〔発明が解決しようとする課題1 しかし、前述の従来技術では、光導波路は二次元光導波
路であり接合に平行な方向の光閉じ込めに対する機能は
有していない、したがって光導波路を伝搬する間に接合
に平行な方向の横モードが変化してしまう、この為光強
度の大小が問題となるような状況での使用では有効であ
るが、光通信あるいは光情報処理用光源の様に横モード
制御が重要となるような装置への応用は不可能となる。 そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは、接合に平行な方向にも有効な光
閉じ込めがなされ、かつ極めて伝搬損失の小さな光導波
路を有するWG−LDを提供することにある。
【課題を解決するための手段]
本発明の光導波路付半導体レーザは、半導体し一層と、
該半導体レーザの共振器端面に結合した光導波路とから
成る光導波路付半導体レーザにおいて、該半導体レーザ
は、基板側のクラッド層と活性層との間に少なくとも一
層の屈折率が該クラッド層より大でありかつ該活性層よ
り小なる光導波路層を有して成り、かつ該光導波路は、
該光導波路層上に局所的にII−VI族化合物半導体層
を有して成ることを特徴とする。 【実 施 例】 第1図は本発明の実施例における構造断面図である。同
図(a)は光の伝搬方向の構造断面図であり、同図(b
)および(C)は各々LD部およびWG部の光の伝搬方
向に垂直な方向の構造断面図である。 LD部は同図(b)に示す如く、n型GaAs基板10
1上の、n型GaAsバッファー層102、n型Al2
x Ga+−x As第1のクラッド層103・n型A
12 y G a + −y A s光導波路層10
4 (x>y)、Al2x Ga+−m As活性層1
05 (x>z、y>z) ・p型AffGaAs第2
のクラッド層106・p型GaAsコンタクト層107
からなる構造のp型AJ2GaAs第2のクラッド層の
途中までエツチング除去してなるリブ状光導波路の側面
をTI −VI族化合物半導体層で、埋め込んだ構造で
ある。109はII −VI族化合物半導体層のZn5
e層である。110及び111は各々p側電極・n側電
極である。 一方WG部は同図(c)に示す如く、LD同様各層積層
した後Al2x Ga+−x As活性層105まで平
坦にエツチング除去した後、WG形成領域上に、II−
VI族化合物半導体層を装荷した形状である。108が
Zn5eクラッド層である。 続いて同図を用いて作製プロセスを説明する。 n型GaAs基板101上にn型GaAsバッファー層
102−・n型A Q x G a l−X A s第
1のクラッド層103・n型A ’2 y G a l
+lT A B光導波路層104 (x>y) ・A
l2t Ga+−i As活性層105 (x>z−y
>z) ・p型Al2GaAs第2のクラッド層106
・p型GaAsコンタクト層を順次積層する。各層の積
層は、液相エピタキシャル成長法(以下LPE法)、有
機金属気相成長法(以下MOCVD法)、分子線エピタ
キシャル成長法(以下MBE法)等の手段により行なう
ことができる。 続いて2回のフォトエツチング工程を行なう。 そしてLD領域は、Al2t Ga+−m As第2の
クラッド層の途中までエツチングして同図(b)の如く
逆メサ状のリブな形成する。一方WG領域はさらにエツ
チングを進めてAl2y Ga+−y As光導波路層
表面を露出させる。 続いてII−VI族化合物半導体層であるZn5e層を
形成する。各領域へのZn5e層の形成は、5ins等
をマスクとして使用する選択エピタキシャル成長法によ
り行なう、Zn5e層の選択エピタキシャル成長は、原
料としてZnおよびSeの有機化合物を用い、成長圧力
100torr以下、成長温度400℃以上700℃以
下、 VI族原料と■族原料の原料供給モル比6以下の
条件でMOCVD法により実施できる。すなわちリブ両
側部および、リブに直結、し、WG領領域除いてSi0
□マスクを形成し、上記条件でZn5e層の選択エピタ
キシャル成長を行なう、このようにして形成したZn5
e層は、高抵抗でかつ低屈折率という材料特有の特性を
有していることから、LDのリプ側面の埋め込み層とし
て使用した際には、光閉じ込めに加えて電流侠客に有効
なZn5e層109として、また光導波路に応用した際
には、光閉じ込めに有効に作用し、本実施例の場合、Z
n5eクラッド層108として利用できる。 以後L D fil域のpalit極110極上10側
電極111を形成して本発明のWG−LDとなる。 ここではII −VI族化合物半導体層としてZn5e
層を使用したが、他の1l−VI族化合物半導体層でも
同様に実施可能である。 また選択エビクキシャル成長によらず、エツチング工程
を含むプロセスによっても同様な構造の実現は可能であ
る。 このような構造とすることにより、LD部の活性層の導
波モードの光導波路層にしみ出した光電力の1部分が出
刃光導波路に結合し、WG領領域伝搬する。また光導波
路層は、活性層よりもエネルギーギャップが広く、かつ
その屈折率はクラッド層およびZn5e層より大なる構
成となっているので、光吸収損失の極めて小なる光導波
路が形成されることになる。また光の伝搬はZn5e層
が装荷された光導波路層で行なわれるが、光の閉じ込め
効果について言及すると、接合に垂直な方向にはZn5
e層・A ’Q y G a l−y A s光導波層
・A ’2 * G a l−x A s第1のクラッ
ド層(ここでx)y)の3層のWGで各材料間の屈折率
差による光閉じ込めであり、光導波路層の屈折率が3層
の中で最大であり光導波層に有効に閉じ込められる。一
方接台に平行な方向に関しては、Zn5e層の装荷部と
その両側の部分との間の実効屈折率差による光閉じ込め
が行なわれる。この時実効屈折率差はlO゛1以上の値
が得られ光の閉じ込めに有効に作用する。したがって本
WG−LDのWG部は、有効な光閉じ込めが行なわれる
3次元WGとなっている。故にLDとの接合効率が高く
かつ光伝搬損失の極めて小さなWGとなる。 以上の説明では代表的なIll −V族化合物半導体で
あるAl2GaAsを例としたが、他の■I−V族化合
物半導体たとえばInGaAsP、InGaAfiP等
の材料の使用も可能である。この中でr nGaAgp
Pで構成すれば、短波長500nm帯あるいは600n
m帯での先導波が実現され、光情報処理装置あるいはプ
ラスチックファイバー光通信等への応用が可能となる。 またLDの構造は実施例で示した構造に限らず、公知の
屈折率導波型LDおよび利得導波型LDのすべての構造
のLDの使用が可能である。 〔発明の効果1 以上述べたように発明によれば以下のような効果を有す
る。 l)光導波路部は、光導波路層上に、光導波路層より屈
折率の小なるII −VI族化合物半導体層をクラッド
層として光導波路幅に合わせて装荷した構造であること
から、接合方向の光閉じ込めに有効であるとともに、接
合に平行な方向にも実効屈折率差による光閉じ込めが有
効に行なわれる三次元光導波路構造が実現される。 2)したがってシングルモード伝搬光導波路が実現され
、横モード制御が必要な各種光応用装置への搭載が可能
である。 3)同様に半導体光集積回路への応用も可能である。 4)本WG−LDは各構成層の積層がMOCvD法によ
り可能なことから、素子特性の均一化、高信頼化等実現
される。 6)適切な材料の選択により500nm帯までの先導波
が可能なデバイスが実現される。
該半導体レーザの共振器端面に結合した光導波路とから
成る光導波路付半導体レーザにおいて、該半導体レーザ
は、基板側のクラッド層と活性層との間に少なくとも一
層の屈折率が該クラッド層より大でありかつ該活性層よ
り小なる光導波路層を有して成り、かつ該光導波路は、
該光導波路層上に局所的にII−VI族化合物半導体層
を有して成ることを特徴とする。 【実 施 例】 第1図は本発明の実施例における構造断面図である。同
図(a)は光の伝搬方向の構造断面図であり、同図(b
)および(C)は各々LD部およびWG部の光の伝搬方
向に垂直な方向の構造断面図である。 LD部は同図(b)に示す如く、n型GaAs基板10
1上の、n型GaAsバッファー層102、n型Al2
x Ga+−x As第1のクラッド層103・n型A
12 y G a + −y A s光導波路層10
4 (x>y)、Al2x Ga+−m As活性層1
05 (x>z、y>z) ・p型AffGaAs第2
のクラッド層106・p型GaAsコンタクト層107
からなる構造のp型AJ2GaAs第2のクラッド層の
途中までエツチング除去してなるリブ状光導波路の側面
をTI −VI族化合物半導体層で、埋め込んだ構造で
ある。109はII −VI族化合物半導体層のZn5
e層である。110及び111は各々p側電極・n側電
極である。 一方WG部は同図(c)に示す如く、LD同様各層積層
した後Al2x Ga+−x As活性層105まで平
坦にエツチング除去した後、WG形成領域上に、II−
VI族化合物半導体層を装荷した形状である。108が
Zn5eクラッド層である。 続いて同図を用いて作製プロセスを説明する。 n型GaAs基板101上にn型GaAsバッファー層
102−・n型A Q x G a l−X A s第
1のクラッド層103・n型A ’2 y G a l
+lT A B光導波路層104 (x>y) ・A
l2t Ga+−i As活性層105 (x>z−y
>z) ・p型Al2GaAs第2のクラッド層106
・p型GaAsコンタクト層を順次積層する。各層の積
層は、液相エピタキシャル成長法(以下LPE法)、有
機金属気相成長法(以下MOCVD法)、分子線エピタ
キシャル成長法(以下MBE法)等の手段により行なう
ことができる。 続いて2回のフォトエツチング工程を行なう。 そしてLD領域は、Al2t Ga+−m As第2の
クラッド層の途中までエツチングして同図(b)の如く
逆メサ状のリブな形成する。一方WG領域はさらにエツ
チングを進めてAl2y Ga+−y As光導波路層
表面を露出させる。 続いてII−VI族化合物半導体層であるZn5e層を
形成する。各領域へのZn5e層の形成は、5ins等
をマスクとして使用する選択エピタキシャル成長法によ
り行なう、Zn5e層の選択エピタキシャル成長は、原
料としてZnおよびSeの有機化合物を用い、成長圧力
100torr以下、成長温度400℃以上700℃以
下、 VI族原料と■族原料の原料供給モル比6以下の
条件でMOCVD法により実施できる。すなわちリブ両
側部および、リブに直結、し、WG領領域除いてSi0
□マスクを形成し、上記条件でZn5e層の選択エピタ
キシャル成長を行なう、このようにして形成したZn5
e層は、高抵抗でかつ低屈折率という材料特有の特性を
有していることから、LDのリプ側面の埋め込み層とし
て使用した際には、光閉じ込めに加えて電流侠客に有効
なZn5e層109として、また光導波路に応用した際
には、光閉じ込めに有効に作用し、本実施例の場合、Z
n5eクラッド層108として利用できる。 以後L D fil域のpalit極110極上10側
電極111を形成して本発明のWG−LDとなる。 ここではII −VI族化合物半導体層としてZn5e
層を使用したが、他の1l−VI族化合物半導体層でも
同様に実施可能である。 また選択エビクキシャル成長によらず、エツチング工程
を含むプロセスによっても同様な構造の実現は可能であ
る。 このような構造とすることにより、LD部の活性層の導
波モードの光導波路層にしみ出した光電力の1部分が出
刃光導波路に結合し、WG領領域伝搬する。また光導波
路層は、活性層よりもエネルギーギャップが広く、かつ
その屈折率はクラッド層およびZn5e層より大なる構
成となっているので、光吸収損失の極めて小なる光導波
路が形成されることになる。また光の伝搬はZn5e層
が装荷された光導波路層で行なわれるが、光の閉じ込め
効果について言及すると、接合に垂直な方向にはZn5
e層・A ’Q y G a l−y A s光導波層
・A ’2 * G a l−x A s第1のクラッ
ド層(ここでx)y)の3層のWGで各材料間の屈折率
差による光閉じ込めであり、光導波路層の屈折率が3層
の中で最大であり光導波層に有効に閉じ込められる。一
方接台に平行な方向に関しては、Zn5e層の装荷部と
その両側の部分との間の実効屈折率差による光閉じ込め
が行なわれる。この時実効屈折率差はlO゛1以上の値
が得られ光の閉じ込めに有効に作用する。したがって本
WG−LDのWG部は、有効な光閉じ込めが行なわれる
3次元WGとなっている。故にLDとの接合効率が高く
かつ光伝搬損失の極めて小さなWGとなる。 以上の説明では代表的なIll −V族化合物半導体で
あるAl2GaAsを例としたが、他の■I−V族化合
物半導体たとえばInGaAsP、InGaAfiP等
の材料の使用も可能である。この中でr nGaAgp
Pで構成すれば、短波長500nm帯あるいは600n
m帯での先導波が実現され、光情報処理装置あるいはプ
ラスチックファイバー光通信等への応用が可能となる。 またLDの構造は実施例で示した構造に限らず、公知の
屈折率導波型LDおよび利得導波型LDのすべての構造
のLDの使用が可能である。 〔発明の効果1 以上述べたように発明によれば以下のような効果を有す
る。 l)光導波路部は、光導波路層上に、光導波路層より屈
折率の小なるII −VI族化合物半導体層をクラッド
層として光導波路幅に合わせて装荷した構造であること
から、接合方向の光閉じ込めに有効であるとともに、接
合に平行な方向にも実効屈折率差による光閉じ込めが有
効に行なわれる三次元光導波路構造が実現される。 2)したがってシングルモード伝搬光導波路が実現され
、横モード制御が必要な各種光応用装置への搭載が可能
である。 3)同様に半導体光集積回路への応用も可能である。 4)本WG−LDは各構成層の積層がMOCvD法によ
り可能なことから、素子特性の均一化、高信頼化等実現
される。 6)適切な材料の選択により500nm帯までの先導波
が可能なデバイスが実現される。
第1図(a)〜(c)は本発明の光導波路付半導体レー
ザの1実施例を示す断面図。 第2図は従来の光導波路付半導体レーザの断面図。 101=n型GaAs基板 102・−n型GaAsバッファー層 103 ・ 104 ・ 105 ・ 106 ・ 107 ・ l 08 ・ 109 ・ 110 ・ 111 ・ 201 ・ 202 ・ 203 ・ 204 ・ ’n型AJ、Ga+−m As第1のクラッド層 ・n型AD、Gap−、As光導波路層・A 12 m
G a t−m A S活性層・p型Al2GaAs
第2のクラッド層・p型GaAsコンタクト層 ・Zn5eクラッド層 ・Zn5e層 ・p側電極 ・n側電極 ・Al2o、s Gao、y Asクラッド層・A l
o、 osG a o、 *sA S光導波路層・G
aA6活性層 ・A−ee、s Gao、* Asクラッド層以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴 木 喜三部(他1名)、、−−1
o1 −ΔOf
ザの1実施例を示す断面図。 第2図は従来の光導波路付半導体レーザの断面図。 101=n型GaAs基板 102・−n型GaAsバッファー層 103 ・ 104 ・ 105 ・ 106 ・ 107 ・ l 08 ・ 109 ・ 110 ・ 111 ・ 201 ・ 202 ・ 203 ・ 204 ・ ’n型AJ、Ga+−m As第1のクラッド層 ・n型AD、Gap−、As光導波路層・A 12 m
G a t−m A S活性層・p型Al2GaAs
第2のクラッド層・p型GaAsコンタクト層 ・Zn5eクラッド層 ・Zn5e層 ・p側電極 ・n側電極 ・Al2o、s Gao、y Asクラッド層・A l
o、 osG a o、 *sA S光導波路層・G
aA6活性層 ・A−ee、s Gao、* Asクラッド層以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴 木 喜三部(他1名)、、−−1
o1 −ΔOf
Claims (1)
- 半導体レーザと、該半導体レーザの共振器端面に結合し
た光導波路とから成る光導波路付半導体レーザにおいて
、該半導体レーザは、基板側のクラッド層と活性層との
間に少なくとも一層の屈折率が該クラッド層より大であ
りかつ該活性層より小なる光導波路層を有して成り、か
つ該光導波路は、該光導波路層上に局所的にII−VI族化
合物半導体層を有して成ることを特徴とする光導波路付
半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8106589A JPH02260587A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光導波路付半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8106589A JPH02260587A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光導波路付半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02260587A true JPH02260587A (ja) | 1990-10-23 |
Family
ID=13735994
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8106589A Pending JPH02260587A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光導波路付半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02260587A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04243216A (ja) * | 1991-01-17 | 1992-08-31 | Nec Corp | 光導波路の製造方法ならびに光集積素子及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP8106589A patent/JPH02260587A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04243216A (ja) * | 1991-01-17 | 1992-08-31 | Nec Corp | 光導波路の製造方法ならびに光集積素子及びその製造方法 |
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