JPH04177786A - 半導体光素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体レーザ装置等の光素子に関し、特に基
本モード化などのための光導波路の作製方法の改良に関
するものである。

〔従来の技術〕

第４図は例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス・ボリューム　６３．１９８８年（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｖｏｌ
、６３１９８８）に示された従来の半導体レーザ装置を
示す断面図であり、図において、１はｎ型ＧａＡｓ基板
、２はｎ型Ａ　Ｉ！　０．７　Ｇ　ａ　ｏ、ｌＡＳ下ク
ワクラッド層はＧＲＴ　Ｎ　−Ｓ　ＣＨ（ｇｒａｄｅｄ
−ｉｎｄｅｘ　５ｅｐａｒａｔｅ　ｃｏｎｆｉｎｃ−ｍ
ｅｎｔ　ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と量子井戸
構造を有する活性層、４はＰ型Ａｌ２ｏ７Ｇａｏ、ａ　
Ａｓ上クラッド層、５はリッジ上Ｐ型ＧａＡｓオーミッ
クコンタクト層、６はエツチングマスクとＰ側オーミッ
ク屯極となるＣｒＡｕ電極、７は光導波リッジ、８ｂは
光を光導波リッジ７に閉じ込め、目っ電流もリッジ７内
に狭窄するポリイミド層、９はＡｕＧｅＮｉからなるｎ
側電極、１０はＴｉＰｉＡｕからなるＰ側電極である。

次にこのレーザ装置の作製方法について説明する。

第５図は作製の手順をボした図てあり、・第４図と同一
符号は同一部分を示す。

（ａ）　　基板１」二に、下クラッド層２．活性層３゜
上クラッド層４．オーミックコンタクト層５を結晶成長
し、さらにストライプ状にオーミック電極６を形成する
。その後、この電極６を保護マスクとし、反応性イオン
エツチングにより、リッジ７を形成し、エツチングは活
性層の」二〇　２μｍ程度で止める。

（ｂ）　　リッジ７か形成されたウェハ」二全面に、ポ
リイミド８を塗布し、さらに１５０°Ｃ＞４００°Ｃて
熱処理することによって硬化させる。

（Ｃ）　　ポリイミド８を酸素プラス＼７によりリッジ
７の上面まてエツチングする。

（ｃｌ）　　ウェハ厚か１００μｍ程度になるまで裁板
１を薄くした後、ウェハの両面に電極９．１０を形成す
る。

その後、襞間によりレーザミラーを形成することにより
素子構造が完成する。

ところでこの従来例では、リッジ７を埋め込む層として
ポリイミド８を採用しているが、この代わりに活性層３
や上下クラッド層２，４を構成するＡＡＧａＡｓもしく
はＧａＡｓ等と同一系材料でリッジ７を埋め込むのか一
般的である。しかし、この方法は、７００〜８００°Ｃ
の温度て結晶成長して行うため、この従来例で示したポ
リイミドの熱処理温度（４００°Ｃ）に比へかなり高い
温度のピー１〜ザイクルをウェハに向えてしまうことに
なるため、活性層３を構成する量子井戸構造を破壊した
り、またドーパントの拡散を促したりすることとなる。

そのため、この従来例で示したポリイミドの採用は、プ
ロセスの低温化か実現てきるという点て非常に有効な手
段といえる。さらに熱膨張係数もＧａＡｓのそれに近く
、機械的なストレスも小さいといった利点かある。

次に本レーザ装置の動作について説明する。

第４図の構造を有する素子のｎ側電極９を陰極、Ｐ側電
極ＩＯを陽極として電流を流すと、ポリイミド層８は絶
縁体であるため、電流はリッジ７にのみ集中して流れる
ようになり、リッジ７下の活性層３にのみキャリアか注
入され、発光し、最終的にはレーザ発振に到る。

次にレーザ光の光導波について述べる。

第３図はリッジ７直下の発光領域の拡大図と屈折率分布
を示した図で、第４図、第５図と同一符号は同一部分を
表す。

拡大図（ｂ）の右側の屈折率分布図（Ｃ）は、リッジ７
の中心に沿って、活性層３に対して垂直な屈折率分布を
示した図であり、拡大図の上側の屈折率分布図（ａ）は
、活性層３に対し水平方向の等側屈折率分布を示した図
である。

一般に光は屈折率の高いところを伝搬するという性質を
有するか、通常のレーザダイオードの場合、活性層３の
屈折率は上下クラッド層２，４のそれよりも大きく、か
つ層厚が０．　１μｍと薄いため、活性層３に対して垂
直方向に拡がる光は常に活性層３を中心に基本モードで
伝搬する。

しかしなから、活性層３に対して水平方向の光は必すし
も基本モードて伝搬するとは限らず、必ず基本モードで
発振するための高次モードカットオフ条件は、同図中に
記載されたリッジ７幅Ｗ。

リッジ７両脇の上クラッド層４厚ｄ１及びリッジ７を埋
め込むポリイミド層８の屈折率Ｎｐといったパラメータ
によって決定される。

作製プロセスの都合」二、リッジ７幅Ｗは２μｍ以上か
必要であり、この条件下で横法本モード化を図るには、
リッジ７中央部の等側屈折率Ｎ３とリッジ７両脇の等側
屈折率Ｎ４の差ΔＮを１×１０−３〜ｌＸｌ０−２のオ
ーダにまで小さくする必要かある。リッジ７部の等側屈
折率Ｎ、は活性層３の組成及び屈折率Ｎ１と上下クラッ
ド層２，４の組成及び屈折率によって決定されているた
め、Ｎ４を調整する必要がある。Ｎ４を決定するパラメ
ータとしては、ポリイミド層８の屈折率Ｎｐと」二記上
クラッド層厚ｄがある。ポリイミド層８の屈折率Ｎｐは
約２．０とＡｆｆＧａＡｓの屈折率約３５に比へかなり
小さく、かつ一定である。従って上クラッド層厚ｄを大
きくしてＮ４を小さくすることになる。ところか」上ク
ラッド層厚ｄか大きくなると、リッジ７に狭窄されてい
る電流が、リッジ７直下の活性層３に注入される前に、
横方向へ拡かってしまい、レーザ発振に寄与しない無効
電流となってしまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体レーザ装置は以１−のように構成されてい
るので、」１記の無効電流を防ぐような」１下クラッド
層厚をとることかできす、そのためにレーザ発振閾値を
」１昇させる必要かあるなと、光学的特性を調整したり
する上でのレーザ構造設計パラメータの自由度か小さく
、特性の最適化が困難であるといった問題点かあった。

この発明は」１記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、屈折率導波型の半導体光素子において、そ
の構造設計のパラメータの自由度を大きくてき、最適な
光学的及び電気的特性を有する半導体光素子を得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体光素子は、半導体光素子のストラ
イプ状光導波路両脇に埋め込む一定の屈折率を有する樹
脂材料として、該樹脂材料と異なる屈折率を有する半導
体材料の微粉末を混合した樹脂材料を用いたものである
。

〔作用〕

この発明における半導体光素子は、ストライプ両脇に半
導体材料からなる微粉末を含ませた樹脂４Ａ料を埋め込
んだ構成としたから、樹脂４Ａ料と半導体材ｔＦの体積
比を変えることにより、埋め込み部の屈折率を自由に調
節でき、従って半導体光素子を設計する」二での構造パ
ラメータの自由度を大きくとることができ、光素子の特
性を容易に最適化させることかできる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置を
示しており、図において、８（ａ）は粒径か０．２μｍ
程度の高抵抗のＧａＡｓ微粉末を含むポリイミド層で、
その他の符号は従来と同一のものを示す。

次に本発明の半導体レーザ装置の作用及び動作について
説明する。

ＧａＡｓ微粉末を含むポリイミド層８（ａ）の等側屈折
率は、前述したように純粋なポリイミドの屈折率は約２
．０、一方ＧａＡｓの屈折率は約３６程度である。従っ
て、ポリイミドとＧａＡｓ微粉末の体積比を変化させる
ことによって、ポリイミド層８（ａ）において側屈折率
間で自由に等側屈折率を変化させることかできる。

第３図の屈折率分布の図を用いて説明すると、従来例で
はポリイミド層８の屈折率Ｎｐか約２゜０と非常に小さ
いため、ストライプ両脇の等側屈折率Ｎ４をＮ３に近づ
けるために、上クラッド層４の厚さｄを太きくしてＮ４
を太き（したのに対し、本発明ではポリイミド層８の屈
折率ＮｐをＧａＡｓ微粉末の混合比を増やすことによっ
て大きくできるため、」上クラッド層４の厚さｄを従来
より小さくすることができる。従って、ストライプ両脇
に流れ出す無効電流を抑制することも可能となる。

本レーザ装置の作製方法は、従来例と全く同じで、第５
図の作製手順によって形成される。

」二記実施例ては、レーザ構造を活性層３にリッジ７を
形成した場合について示したか、本発明のレーザ構造と
しては、第２図の第２の実施例に示したようなリッジ７
を基板１にまて達するようにした、いイっゆる埋込ヘテ
ロ型にしてもよい。この構造では、」−記実施例のよう
にリッジ７両脇に流れる無効電流は基本的には存在しな
い。このため、」−記第３図の実施例に示した上クラッ
ド層４の厚さｄのような、リッジ７両脇の等側屈折率を
調整する構造パラメータはなく、従って従来のようなポ
リイミド層を有する埋め込みへテロ型半導体レーサては
、基本モード化を実現するための構造パラメータはリッ
ジ７の幅Ｗのみとなってしまうか、この第２図の本発明
の実施例では、ＧａＡｓ粉末を混合したポリイミド層８
ａを用いれは、ＧａＡＳ粉末量を調整することによりポ
リイミド層８ａの屈折率を変えることができ、リッジ７
の幅Ｗの自由度を大きくとることかできる。

なお、上記実施例ではＡＡＧａＡｓ系の半導体レーザ装
置について示したが、本発明はＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧ
ａ　ＩｎＰ等の他の半導体ＩＡ材料の半導体レーザ装置
、及び半導体光素子に用いてもよい。

また、」二記実施例では導波路を埋め込む材料と］　０ してポリイミドを用いたか、他の有機系の樹脂材料を用
いてもよい。

またこの材料に混合させる微粉末の半導体材料としては
、上記実施例ではＧａＡｓを用いたが、ＩｎＰやＳｉさ
らにＡｊ２ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等の多元系の混晶材
料であってもよく、この場合も上記実施例と同様の効果
を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ストライプ両脇に埋め込
む樹脂材料中に半導体材料からなる微粒子を含むように
し、微粒子の量を調節することで樹脂材料理め込み部分
の屈折率を変えられるようにしたから、リッジ幅や上ク
ラッド層の厚みなどの半導体光素子の設計における構造
パラメータの自由度を大きくとることができ、素子特性
の最適化を容易に行える効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置を
示す断面構造図、第２図はこの発明の他の実施例による
半導体レーザ装置を示す断面構造図、第３図は半導体レ
ーザ装置における発光領域部分の拡大図及び屈折率分布
を示した図、第４図は従来の半導体レーザ装置を示す断
面構造図、第５図は半導体レーザ装置の作製手順を示す
図である。 図において、１は基板、２は下クラッド層、３は活性層
、４は上クラッド層、５はオーミックコンタクト層、６
はリッジ上電極、７は光導波リッジ、８ａ及びｂはポリ
イミド層、９．１０はｉ−Ｌ極である。 なお図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に、該基板表面に対して平行に半導
   体多層膜を順次積層し、該半導体多層膜の一部がストラ
   イプ状に加工されてなる光導波路を有し、該ストライプ
   状光導波路両脇に樹脂材料を埋め込んでなる半導体光素
   子において、 前記樹脂材料は、半導体材料からなる微粒子を含むもの
   であることを特徴とする半導体光素子。