JPH0448792A - 窓領域を有する半導体能動光素子 - 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］ 本発明は、半導体能動光素子の窓領域における光の広が
りを半導体基板と水平方向のみに生じさせることによっ
て窓領域における光の反射を抑圧し、かつ半導体基板と
垂直方向の遠視野像（以下、ファーフィールド・パター
ンという、）が乱れないことを特徴とする窓領域を有す
る半導体能動光素子に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体能動光素子の出射端は一般にへき開面で構成され
る。この場合、電流・を注入することにより、活性層で
発生する光は両端のへき開面で反射し、また活性層内で
増幅されファブリペロモードと呼ばれる定在波を生じて
レーザ発振にいたる。

もし、半導体能動光素子の端面反射を抑制したならば、
活性層で発生した光はレーザ発振にはいたらず、活性層
の利得分布に依存した広い波長域のインコヒーレント光
が得られる。それとともに活性層内には高い利得が生じ
る。このような機能を有する素子の用途は広く応用可能
で、例えば、スーパールミネッセントダイオード（以下
、ＳＬＤという、）、外部回折格子による波長可変レー
ザダイオード（以下、ＬＤという、）、レーザダイオー
ドアンプ（以下、ＬＤ−ＡＭＰという、）などに適用で
きる。

まず、半導体能動光素子の両端面を無反射にした場合、
５−ＬＤと呼ばれるインコヒーレント光源が得られ、ま
た、それはファイバジャイロの光源等にも適用できる。

次に、半導体光素子の端面の片側を無反射にして、そこ
から出射された光をレンズを通して回折格子で反射させ
、また、レンズを通して素子に帰還してやれば単一波長
のレーザ発振が可能となり、特に回折格子の距離や角度
を変えることにより広い波長域を有する波長可変なレー
ザ光が得られる。

この波長可変な半導体能動光素子を用いた素子はコヒー
レント通信方式に欠かせないものである。

また、光源以外の使用方法としては、半導体能動光素子
の両方の端面を無反射にした構造に注入電流を与えて、
半導体能動光素子内の活性層を励起状態にし、そこに信
号光を通過させ増幅を行うＬＤ−ＡＭＰ等の応用も考え
られる。実際、素子端面での反射率を下げるため、素子
端面に単層のＳｉＯｘ膜や多層のＳｉ／ＳｉＯｘ膜で構
成した低反射膜をつける方法がある−この方法は５ｉ０
Ｘ膜の屈折率と厚さの精度が厳しく、安定した低反射膜
を得ることが難しく、また、低反射の波長域がＳｉＯｘ
膜等の設定で決まってしまい、発光波長域に対応するほ
ど広くならないという欠点もあった。

そこで、従来の技術としては、従来例として示す第６図
のような窓領域９を有する半導体能動光素子が考えられ
た。ここで窓領域の構造は光が窓領域で広がり、素子端
面１１の内部結晶側への入射角度が大きくなるところが
特徴である。このとき半導体能動光素子の素子端面１１
での反射光のほとんどが活性層を有する領域とは異なっ
た外れた方向へと進み、活性層への光の帰還が非常に少
なくなり動作上低反射状態と同じになる。この構造は素
子端面１１における幾何学的な光の発散を利用するので
、低反射の波長域が限定されず、全ての波長帯に実用で
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、通常の構造では、第７図に示すように窓領域上
面１２において反射が起こり、その反射光と直接光とが
干渉を起こして垂直方向のファーフィールド・パターン
が乱れるという現象が生しる。

その結果、光ファイバとの結合効率が低下することや、
外部回折格子からの反射光を有効に活性層を含む領域に
帰還させることができない等の問題が発生する。

〔課題を解決するための手段〕

以上の課題を解決するために本発明は以下の手段を採用
した。

垂直方向のファーフィールド・パターンの乱れは窓領域
上面における反射が原因であるから、その窓領域上面１
２で反射が生じないようにすれば良いことになる。そこ
で、活性層を含む領域から窓領域に出射された光が半導
体能動光素子の半導体基板に対して垂直方向に広がらず
、水平方向にのみ広がるような形状のガイド層を備えた
窓領域を有する半導体能動光素子を開発した。

〔作用〕

本発明と従来技術との差異を第５図、第７図を用いて説
明する。第５図の（ａ）は本発明の半導体能動光素子を
横方向から見た断面図であり、第１図の（ｂｌは上方向
から見た図である。第７図の（ａ）は従来技術の窓領域
の構造を横方向から見た断面図であり、第７図の（ｂｌ
は上方向から見た図である。

従来技術における窓領域の構造は、活性層３から出射さ
れた光が窓領域９で３次元的に広がるため、窓領域上面
１２で反射が生し、その結果、反射光と直接光が干渉を
起こして垂直方向のファーフィールド・パターンに小ピ
ークが現われている（第７図参照）。

本発明による窓領域の構造は、活性層３を有する発光領
域８と光結合され、かつ光の進行方向に延びたガイド層
５を備えている。このときの窓領域９における光の伝搬
はガイド層５に集中して行われる。特に垂直方向での光
のじみだしが窓領域上面１２まで延びないようにガイド
層５の厚さと屈折率を設定してあり、また、水平方向で
は、２次元的に光が広がるようにガイド層５を活性層３
に比して広げた構造にしであるので、窓領域９での反射
光が活性層３に帰還する量は大幅に低減される。

条件設定を満たした本発明によれば、低反射であり、か
つ出射光のファーフィールド・パターンが乱れない構造
が実現できる。また、窓領域９に電極６を形成しても電
極６による反射・吸収等の問題がないため、活性層３を
有する領域と分離した電極６を設けて、注入キャリアに
よるプラズマ効果を生じさせガイド層５の屈折率を変化
させることにより、光の位相調整を行うことも可能であ
る。

〔実施例〕

本発明の窓領域を有する半導体能動光素子の第１の実施
例を第１図に示す。第１図中（ａ）は本発明の半導体能
動光素子を横方向から見た断面図であり、第１図のら）
は上方向から見た図である。第４回は本発明の第１の実
施例の半導体能動光素子の作製手順を示した工程図であ
る。第１図に示す実施例を第４図に示した工程図ととも
に説明する。

１）キャリア濃度がＩ　Ｘ　１０”　ｃｌｌ−’のＳｎ
ドープｎ形１ｎＰからなる半導体基板１上にキャリア濃
度５　Ｘ　ＩＱ”　ｃｍ−’のＳｎドープｎ形のハ’−
）ファ層２を成長させ、その上、ＩｎＰと格子整合され
、バンドギャップ波長１．３μｍのＩ　ｎＧａＡｓ　Ｐ
からなる活性層３を成長させ、さらにキャリア濃度が５
　Ｘ　１０Ｉ７１０ｌ７のＺｎドープｐ形のクラッド層
４を成長させる。

ｉｉ）成長したクラッド層４の表面にＳｉＮｘ膜マスク
１０を堆積し、発光ｆｉｌＪｄｉ８の上にエツチングの
保護マスクとして残し、窓領域９のクラッド層４と活性
層３を選択エツチングによって除去する。

ｉｉ）再び、窓領域９のバッファ層２の上にＩｎＰと格
子整合され、バンドギャップ波長１．１μｍのＩ　ｎＧ
ａＡｓ　Ｐのガイド層５を成長させ、その上にキャリア
濃度５　Ｘ　１０Ｉ１０ｌ７”のＺｎドープｐ形ＩｎＰ
のクラッド層４を成長させる。

ｉｖ　）さらにＳｉＮｘ膜マスク１０を除去してクラッ
ド層４を厚く成長させる。

Ｖ）次にエツチングでメサ加工するとき、活性層３０幅
は基本モードとなるように設定し、ガイド層５は半導体
基板１と平行方向には活性層３よりも広くし、垂直方向
には一定の幅を持つ形状を有するようにし、素子端面１
１の出射方向で広がるように設定する。ガイド層５の広
がる角度は、できるだけ広くした方が反射光が発散して
よいが、ガイド層の水平方向で光の広がる角度より大き
いことが必要である。本発明の第１の実施例ではθの角
度を約３０°としている。また、活性層３とガイド層５
は光結合条件を満たしていることは当然に必要である。

メサ加工後は、埋め込み成長により電流ブロック層を形
成させ、次に成長表面側（上面）の発光領域８に電極（
ρ形）６と裏面（下面）に電極（ｎ形）７とそれぞれ形
成させ、へき開によって第１図に示す窓領域９を有する
半導体能動光素子を完成させる。

本構造はｎ形基板半導体素子としたが、ｐ形基板半導体
素子にも適用できることは明白である。

活性層３は１．３ａｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ単層としたが
、他の波長や多層構造にして゛も可能であり、ガイド層
５に関しても活性層３よりバンドギャップ波長が短かけ
ればよく、また多層にしてもよい。

次に、第２の実施例を第２図に示す、第２図中（ａ）は
ガイド層５を窓領域９の全体に広げた場合であり、第２
図中〜）は２重導波路のように活性層３とガイド層５を
並列に光結合した場合であり、第１の実施例と同様の特
性を得られる。

また、第１図に示す第１の実施例では電極６は窓ｓＩ域
上面１２には設けられていないが、第３図に示すように
当然に窓領域上面１２に電極を設けて位相制御を行うこ
とも別の実施例として可能である。

また、その他の実施例として、第１の実施例と第２の実
施例とを組み合わせることも当然に考えられ、それによ
って、また、第１の実施例と同様の特性を得られる。

そしてまた、窓領域９の素子端面１１に低反射膜をつけ
るとより特性の向上につながる。

以上はＩｎＰ系の半導体結晶について述べたが、他の半
導体結晶についても適用できることは明白である。

〔発明の効果〕

活性層に結合するガイド層は垂直方向では一定幅であり
、水平方向には広がった形状をもたせたため活性層から
ガイド層に移った光は半導体基板の端面で反射すること
が少なくなり、以下の効果が得られる。

まず、第１に本発明による半導体能動光素子はファーフ
ィールド・パターンの乱れがなく、ファイバとの高い結
合効率が可能となった。

次に、外部回折格子からの反射光を有効に活性層を含む
領域に帰還させることが可能となったので、外部回折格
子を用いた単一発振の波長可変の動作が良好に行われる
ことが可能となった。特に、窓領域の電極を分離し、ジ
ャンクシランアップでボンディングして使用すれば、窓
領域の注入キャリアを単独で制御することが可能となり
、プラズマ効果による屈折率変化を利用した光の位相調
整も実現でき、外部回折格子による広い波長域での単一
波長を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は本発
明の第２の実施例を示す図、第３図は電極６を窓領域上
面１２に設けた実施例を示す図、 第４図は本発明の第１の実施例手順を示す工程は第５図
は本発明の詳細な説明する図、 第６図は従来技術における窓′Ｎ域構造例を示すは第７
図は従来技術の作用を説明する図である。 ■ ３　・ ５　・ ８　・ ９　・ １１・ ・半導体基板、２・・・バッファ層、 ・活性層、４・・・クラッド層、 ・ガイド層、６・・・電極、７・・・電極、・発光領域
、 ・窓領域、１０・・・５ｉＮｘｌｌｊマスク、・素子端
面、１２・・・窓領域上面。 第 ・２ 図 （ａ） 手続補正言動側

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　活性層に注入電流を与えるための半導体基板の上下側
   にそれぞれ設けられた電極を有する半導体能動光素子で
   あって、 前記半導体基板に形成された活性層と、該活性層の一つ
   の端に備えられ、前記活性層と光結合し、前記半導体基
   板と平行方向に前記活性層よりも広げられ、かつ垂直方
   向には一定の幅をもつ形状を呈するガイド層とを備えた
   ことを特徴とする窓領域を有する半導体能動光素子。