JPH06112588A - Optical semiconductor element - Google Patents

Optical semiconductor element

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JPH06112588A
JPH06112588A JP25480492A JP25480492A JPH06112588A JP H06112588 A JPH06112588 A JP H06112588A JP 25480492 A JP25480492 A JP 25480492A JP 25480492 A JP25480492 A JP 25480492A JP H06112588 A JPH06112588 A JP H06112588A
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JP
Japan
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layer
active
tapered
region
active layer
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Withdrawn
Application number
JP25480492A
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Japanese (ja)
Inventor
Iwao Komazaki
岩男 駒崎
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain an optical semiconductor element in which high output is realized while suppressing coupling loss and reflection. CONSTITUTION:In an optical semiconductor element wherein a mesa type second clad layer 35 is provided on a substrate 31 sequentially through a first clad layer 32, an optical waveguide layer 33, and a quantum well active layer 34 with the second clad layer 35 being embedded in a current block layer 40, the optical semiconductor element is sectioned into at least an active region and window regions on the opposite sides of the active region in the propagating direction of light. The active layer 34 is tapered on the opposite edges thereof at the border of the active region and window region and the tapered active layer 34 is coupled with a tapered semiconductor layer (output waveguide layer) 37 wider than the band gap of the active layer 34 where the semiconductor layer 37 is also tapered on the outside edge.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は光半導体素子に関し、
特に固体レーザ励起高出力半導体レーザや計測・診断用
高出力スーパールミネッセントダイオードに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device,
In particular, it relates to a solid-state-laser-pumped high-power semiconductor laser and a high-power superluminescent diode for measurement / diagnosis.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、スーパールミネッセントダイオー
ド(以下、SLDと呼ぶ)は、通常の利得導波型半導体
レーザの両端面に低反射コーティングを設ける方法、あ
るいはストライプ幅を通常の5μmに対して30〜40
μmと広くし、そのストライプの角度を共振器端面に対
して5度傾け、端面反射率を10-5以下にして高出力化
する方法がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a super luminescent diode (hereinafter referred to as an SLD) has a conventional method of providing a low reflection coating on both end faces of a normal gain waveguide type semiconductor laser, or a stripe width with respect to a normal width of 5 μm. 30-40
There is a method of increasing the output by making the width as wide as .mu.m and inclining the angle of the stripe with respect to the resonator end surface by 5 degrees to make the end surface reflectance 10 -5 or less.

【0003】例えば、1988年ゲラードらによる米国電気
電子学会量子電子部会誌の12巻頁2454〜2457に掲載され
た「高出力スーパールミネッセントダイオード」の構造
概略を図5に示す(A.Gerard ,et al : “High-P
ower Superluminescent Diodes ”IEEE,J,Q
uantum.Electronics,vol24 ,No.12,pp2454-2457
(1988) )。
For example, FIG. 5 shows a schematic structure of a "high-power super luminescent diode" published in 1988 by Gerard et al., Quantum Electronics Division, Journal of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Volume 12, pages 2454-2457 (A. Gerard). , Et al: "High-P
ower Superluminescent Diodes "IEEE, J, Q
uantum. Electrics, vol24, No.12, pp2454-2457
(1988)).

【0004】図中の1は、n型のGaAs基板である。
この基板1上には、n型のAl0.4Ga0.6 Asクラッ
ド層2,Al0.06Ga0.94As活性層3,p型のAl
0.4 Ga0.6 Asクラッド層4,n型のGaAs電流ブ
ロック層5,SiO2 からなる絶縁膜6が順次形成され
ている。前記絶縁膜6には、基板1の長手方向に対して
傾斜角(θ)傾いた凹部(ストライプ)6aが形成され
ている。前記絶縁膜6上には、前記凹部6aを介して前
記電流ブロック層5に接続するp側電極7が形成されて
いる。前記基板1の裏面にはn側電極8が形成されてい
る。なお、図中の9(斜線部分)は、ストライプ直下の
前記電流ブロック層5及びクラッド層4に形成されたZ
n拡散領域である。
Reference numeral 1 in the figure is an n-type GaAs substrate.
On this substrate 1, n-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 2, Al 0.06 Ga 0.94 As active layer 3, p-type Al
The 0.4 Ga 0.6 As clad layer 4, the n-type GaAs current blocking layer 5, and the insulating film 6 made of SiO 2 are sequentially formed. The insulating film 6 is provided with a concave portion (stripe) 6a having an inclination angle (θ) with respect to the longitudinal direction of the substrate 1. A p-side electrode 7 connected to the current block layer 5 via the recess 6a is formed on the insulating film 6. An n-side electrode 8 is formed on the back surface of the substrate 1. In addition, 9 (hatched portion) in the drawing is Z formed in the current block layer 5 and the cladding layer 4 immediately below the stripe.
It is an n diffusion region.

【0005】こうした構成のダイオードにおいて、n1
をストライプ直下の活性層周辺の光の伝播定数を屈折率
に変換したときの等価屈折率、n2 をストライプ以外の
活性層部分の屈折率としたとき、傾いたストライプ6a
内でファブリ−ペロモードが存在する臨界角θc は、次
式で表わされる。 sinθc ={1−(n2 /n1 2 0.5
In the diode having such a structure, n 1
Where is the equivalent refractive index when the propagation constant of light around the active layer immediately below the stripe is converted into a refractive index, and n 2 is the refractive index of the active layer portion other than the stripe, the tilted stripe 6a
The critical angle θ c in which the Fabry-Perot mode exists is expressed by the following equation. sin θ c = {1- (n 2 / n 1 ) 2 } 0.5

【0006】ゲラードらの試作した利得導波型レーザの
場合には、屈折率差が5×10-3程度であることより、
θc は3.13度となる。設計上、両端面が無反射コー
ティングした場合、ストライプの傾斜角θがθc に一致
した時、ストライプ方向の反射率ρ(θ)は6×10-5
と著しく小さくなるが、ファブリーペロモードを完全に
抑制できない。この臨界角θc より大きい角度では、ρ
(θ)は零となる。彼等の試作では、θ=5度、共振器
長=400μm、ストライプ幅5μm(実効的な幅はキ
ャリアの拡散より30μm程度となる)で、最大出力2
8mWを実現している。
In the case of the prototype gain-guided laser of Gerrard et al., The refractive index difference is about 5 × 10 −3 ,
θ c becomes 3.13 degrees. By design, when both end faces are anti-reflection coated, the reflectance ρ (θ) in the stripe direction is 6 × 10 −5 when the inclination angle θ of the stripe matches θ c.
However, the Fabry-Perot mode cannot be completely suppressed. For angles larger than this critical angle θ c , ρ
(Θ) becomes zero. In their prototype, θ = 5 degrees, resonator length = 400 μm, stripe width 5 μm (effective width is about 30 μm due to carrier diffusion), and maximum output is 2
Achieving 8mW.

【0007】一方、高出力半導体レーザでは、発光端面
部に発振波長に対して透明な窓領域を設けて端面での発
振光の吸収を防ぐ方法がある。図6は、1982年ブロウベ
ルトらがアプライド・フィジックス・レター巻40,1029
頁で提案した長共振器AlGaAs埋込みヘテロ構造ウ
ィンドウレーザの共振器方向の断面図を示す(H.Bla
uvelt ,et al ;“Large optical cavity AlGaA
s buried heterostructure window Lasers ”Appl
.phys.Lett ,vol40 .p.1029)。
On the other hand, in the high-power semiconductor laser, there is a method of preventing the absorption of the oscillated light at the end face by providing a window region transparent to the oscillation wavelength at the light emitting end face. Figure 6 shows 1982 Broubert et al. Applied Physics Letter Volume 40, 1029.
A cross-sectional view in the cavity direction of the long-cavity AlGaAs buried heterostructure window laser proposed in the page is shown (H. Bla.
uvelt, et al; "Large optical cavity AlGaA
s buried heterostructure window Lasers "Appl
. phys. Lett, vol40. p.1029).

【0008】図中の11は、n型のGaAs基板である。
この基板11上には、端面近傍が除去されたn型のAlx1
Ga1-x1Asクラッド層12,活性層13が形成されてい
る。これら両層12,13の両端部の前記基板11上には、p
型のAlz Ga1-z As層14,n型のAlz Ga1-z
s層15が、該Alz Ga1-z As層15が前記活性層13と
同一面となるように形成されている。前記活性層13及び
Alz Ga1-z As層15上には、p型のAly Ga1-y
As(y<z)光ガイド層16,p型のAlx2Ga1-x2
As(x2>x1)クラッド層17が順次形成されている。前
記クラッド層17上には、一部が開口された絶縁膜19が形
成されている。この開口には、p側電極20が形成されて
いる。前記基板11の裏面には、n側電極21が形成されて
いる。なお、図中の22は、前記クラッド層17及び光ガイ
ド層16の一部に形成されたZn拡散領域である。
Reference numeral 11 in the figure is an n-type GaAs substrate.
On this substrate 11, n-type Al x1 with the vicinity of the end face removed
A Ga 1-x1 As clad layer 12 and an active layer 13 are formed. On the substrate 11 at both ends of both layers 12 and 13, p
-Type Al z Ga 1-z As layer 14, n-type Al z Ga 1-z A
The s layer 15 is formed so that the Al z Ga 1-z As layer 15 is flush with the active layer 13. A p-type Al y Ga 1-y is formed on the active layer 13 and the Al z Ga 1-z As layer 15.
As (y <z) optical guide layer 16, p-type Al x2 Ga 1 -x2
The As (x2> x1) clad layer 17 is sequentially formed. An insulating film 19 having an opening is formed on the clad layer 17. A p-side electrode 20 is formed in this opening. An n-side electrode 21 is formed on the back surface of the substrate 11. Reference numeral 22 in the figure denotes a Zn diffusion region formed in a part of the clad layer 17 and the light guide layer 16.

【0009】ところで、こうした構成のレーザにおい
て、活性層13はクラッド層12よりもAl混晶比が小さ
く、光ガイド層16よりもAl混晶比が大きな高抵抗なウ
ィンドウ領域のp型のAlz Ga1-z As層14及びn型
のAlz Ga1-z As層15により埋め込まれている。従
って、中央部分の高注入キャリアの再結合で発生し、導
波された最大利得波長に対して、共振器端面近傍が吸収
が無いうえに、光ガイド層16が連続であり、モード変換
されることなくウィンドウ領域より外へ光出力を増大さ
せることが可能である。しかるに、この構成のレーザに
おいては、端面破壊レベルが数十mWより、150mW
以上に向上した。
In the laser having such a structure, the active layer 13 has a smaller Al mixed crystal ratio than the cladding layer 12 and has a larger Al mixed crystal ratio than the optical guide layer 16 and has a high resistance p-type Al z in the window region. It is embedded by a Ga 1-z As layer 14 and an n-type Al z Ga 1-z As layer 15. Therefore, with respect to the maximum gain wavelength guided by the recombination of highly injected carriers in the central portion, there is no absorption in the vicinity of the end face of the resonator, and the optical guide layer 16 is continuous and is mode-converted. It is possible to increase the light output out of the window area without. However, in the laser having this configuration, the end face breakdown level is from several tens of mW to 150 mW.
Improved above.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、以下に述べる問題点を有する。
However, the conventional technique has the following problems.

【0011】従来の通常の半導体レーザの両端面に無反
射コーティングを設けた場合のSLDの出力は、最大5
mW程度である。また、ストライプ方向を共振器方向に
対して5度傾けたゲラードらの提案したSLDは、最大
出力では28mWと高出力であるが、ストライプ方向を
傾けているために、遠視野像のパターンが、中心から、
水平と垂直で15度も離れている。更に、5度傾けた場
合には、理論的には、ファブリーペロモード(レーザ発
振モード)は完全に抑制されるが、実際にはキャリアの
接合面に対しての横方向への拡散効果、及び無反射コー
トがスペクトル広がりがLDに比べて著しく広いため、
全波長をカバーできず、端面反射が生じ、レーザモード
が存在し、FFPのサイドモードが存在する。反射光を
利用したシステムでは、戻った光が光素子内でモード変
換して、時間位相情報や強度情報を利用できない。
The maximum output of the SLD when the non-reflective coating is provided on both end faces of the conventional semiconductor laser is a maximum of 5.
It is about mW. Further, the SLD proposed by Gerrard et al. In which the stripe direction is inclined 5 degrees with respect to the resonator direction has a high output of 28 mW at the maximum output, but since the stripe direction is inclined, the far-field pattern is From the center
It is 15 degrees apart from the horizontal and vertical. Further, in the case of tilting by 5 degrees, theoretically the Fabry-Perot mode (laser oscillation mode) is completely suppressed, but in reality, the diffusion effect of carriers in the lateral direction with respect to the junction surface, and Since the non-reflective coat has a significantly wider spectrum than LD,
It cannot cover all wavelengths, end face reflection occurs, laser mode exists, and FFP side mode exists. In the system using the reflected light, the returned light is mode-converted in the optical element, and the time phase information and the intensity information cannot be used.

【0012】図6のウィンドウレーザについては、ウィ
ンドウ領域のp型のAlz Ga1-zAs層14及びn型の
Alz Ga1-z As層15の層厚の制御性が要求され、活
性層位置と一致させなければ、結合部での結合損失が増
大し、しきい値電流が増大し、大出力は得難い。特に、
ブロウベルトらが提案した構造は、AlGaAs上の再
成長が著しく遅く、GaAs基板が露出しているウィン
ドウ領域のみが再成長する性質を利用した液相成長技術
独特のもので、層厚制御が困難なこの成長技術での制作
は難しい。
In the window laser shown in FIG. 6, controllability of the layer thickness of the p-type Al z Ga 1-z As layer 14 and the n-type Al z Ga 1-z As layer 15 in the window region is required, and the window laser is activated. If it does not match the layer position, the coupling loss at the coupling portion increases, the threshold current increases, and it is difficult to obtain a large output. In particular,
The structure proposed by Broubert et al. Is unique to liquid phase growth technology that utilizes the property that re-growth on AlGaAs is extremely slow and only the window region where the GaAs substrate is exposed grows, making it difficult to control the layer thickness. It is difficult to produce with this growth technology.

【0013】また、ウィンドウ領域を設ける場合におい
て、活性層を量子井戸構造を導入して、利得係数を著し
く増大させ、低しきい値高効率動作を図るべきである。
しかし、この構造では、層厚制御性より困難であり、量
産性の点でも気相成長技術に適した構造ではない。
In addition, when the window region is provided, a quantum well structure should be introduced into the active layer to remarkably increase the gain coefficient and achieve a low threshold and high efficiency operation.
However, this structure is more difficult than the layer thickness controllability, and is not suitable for the vapor phase growth technique in terms of mass productivity.

【0014】半導体レーザでは、出射端面とは逆方向で
モニター出力光を受光素子でモニターして出力の安定を
図る必要があり、またレーザを2つ連結させ、一方のレ
ーザ素子をモニター受光素子として使用した場合両端面
で複合共振器を形成して、レーザ素子本体の出力を変動
させため、モニター側は全て無反射コートする必要が生
じる。
In the semiconductor laser, it is necessary to monitor the monitor output light with the light receiving element in the direction opposite to the emitting end face to stabilize the output. Also, two lasers are connected and one laser element is used as the monitor light receiving element. When used, a composite resonator is formed on both end faces to change the output of the laser element body, so that it becomes necessary to coat the monitor side with non-reflection.

【0015】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、活性領域とウィンドウ領域をテーパ状に結合
することにより結合損失を小さくでき、ウィンドウ領域
のエッチングの形状をテーパ状にしすることにより反射
を抑制でき、大出力化を可能にしえる光半導体素子を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the coupling loss can be reduced by coupling the active region and the window region in a taper shape, and the reflection can be achieved by tapering the etching shape of the window region. It is an object of the present invention to provide an optical semiconductor device capable of suppressing the above-mentioned problem and increasing the output.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に、
第1クラッド層,光導波路層及び量子井戸活性層を順次
介してメサ状第2クラッド層を設け、この第2クラッド
層を電流ブロック層で埋め込んでなる光半導体素子にお
いて、少なくとも活性領域と光の伝播方向に沿う前記活
性領域の両サイドのウィンドウ領域とに区分けされ、前
記活性層の両端面は前記活性領域とウィンドウ領域の境
界でテーパ状に除去され、この除去されたテーパ状の活
性層には該活性層のバンドギャップよりも広いテーパ状
の半導体層が結合され、かつ前記半導体層の外側寄りの
端面もテーパ状であることを特徴とする光半導体素子で
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the following features:
In an optical semiconductor device in which a mesa-shaped second cladding layer is provided via a first cladding layer, an optical waveguide layer, and a quantum well active layer in this order, and the second cladding layer is embedded with a current blocking layer, at least the active region and the light The active region is divided into window regions on both sides of the active region, and both end faces of the active layer are tapered at the boundary between the active region and the window region. Is an optical semiconductor device characterized in that a tapered semiconductor layer wider than the band gap of the active layer is coupled, and an end face of the semiconductor layer on the outer side is also tapered.

【0017】この発明において、ウィンドウ領域を形成
する手段としては、活性層の上下に超格子構造で、活性
層よりもバンドギャップが広く、クラッド層のバンドギ
ャップよりも狭い光導波路層を設けて、ウィンドウ領域
は量子井戸構造の無秩序化を表面から選択的にプロトン
を注入,不純物注入で形成することが挙げられる。
In the present invention, as means for forming the window region, an optical waveguide layer having a superlattice structure above and below the active layer, having a band gap wider than that of the active layer and narrower than that of the cladding layer, is provided. The window region is formed by disordering the quantum well structure by selectively injecting protons from the surface and injecting impurities.

【0018】この発明において、高出力ウィンドウ型半
導体レーザの手段としては、片端面を劈開し、高反射コ
ーティングする方法,特にGaAs基板を用いた場合、
活性層の下にAl混晶比を0.3以下,厚さ0.2μm
以下の光導波路層を導入し、ウィンドウ領域では第1ク
ラッド層(下部クラッド層)に前記光導波路層が少なく
とも残るようにすることが挙げられる。
In the present invention, as a means for a high power window type semiconductor laser, a method of cleaving one end face and performing high reflection coating, particularly when a GaAs substrate is used,
Under the active layer, the Al mixed crystal ratio is 0.3 or less, and the thickness is 0.2 μm.
The following optical waveguide layer may be introduced so that at least the optical waveguide layer remains in the first cladding layer (lower cladding layer) in the window region.

【0019】この発明において、ウィンドウ型レーザの
応用として、活性層が単量子井戸構造で出射側はストラ
イプがテーパ状に2分され、分離された一方のストライ
プの活性層は無秩序化された光分離素子と直接結合され
ていることが挙げられる。
In the present invention, as an application of the window type laser, the active layer has a single quantum well structure and the stripe is divided into two taper portions on the emission side, and the active layer of one of the separated stripes is disordered light separation. It may be directly connected to the device.

【0020】[0020]

【作用】この発明において、ウィンドウ領域と活性領域
との結合部分をテーパ状にして結合させることにより、
結合部分でのモード変換や反射を抑制できる。また、活
性層の下に光導波路を設け、この層はウィンドウ領域で
も残っている場合には、活性領域からウィンドウ領域へ
の光のフィルド分布の変換がスムーズに生じる。更に、
GaAs系では、光導波路のAl混晶比を0.3以下、
厚さを0.2μm以下とすることにより、クラッド層の
高いAl混晶比による酸化を抑制する役割を果たすこと
ができる。
In the present invention, by tapering the connecting portion between the window region and the active region and connecting them,
It is possible to suppress mode conversion and reflection at the coupling portion. Further, when an optical waveguide is provided below the active layer and this layer remains in the window region, conversion of the filled distribution of light from the active region to the window region occurs smoothly. Furthermore,
In the GaAs system, the Al mixed crystal ratio of the optical waveguide is 0.3 or less,
When the thickness is 0.2 μm or less, it can play a role of suppressing the oxidation of the cladding layer due to the high Al mixed crystal ratio.

【0021】ところで、SLDでは、半導体レーザの端
面反射率を低く押さえることが重要となる。その方法と
してテーパ状にして反射率を抑制する。他の方法とし
て、ウィンドウ領域の片端面を劈開し、劈開した端面に
無反射コーティングすることにより、ファブリーペロモ
ードを抑制できる。
By the way, in the SLD, it is important to keep the reflectance of the end face of the semiconductor laser low. As a method thereof, a taper shape is used to suppress the reflectance. As another method, the Fabry-Perot mode can be suppressed by cleaving one end face of the window region and performing antireflection coating on the cleaved end face.

【0022】[0022]

【実施例】以下、この発明における実施例を図面を参照
して説明する。 (実施例1)図1を参照する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1 Reference is made to FIG.

【0023】図中の31は、n型のGaAs基板である。
この基板31上に、n型のAl0.45Ga0.55Asクラッド
層(第1クラッド層)32、n型のAl0.3 Ga0.7 As
光導波路層33、量子井戸活性層34、p型のAl0.45Ga
0.55Asクラッド層(第2クラッド層)35、p型のGa
Asキャップ層36が順次形成されている。ここで、前記
活性層34は、GaAs量子井戸幅10nm、量子バリアA
0.3 Ga0.7 As幅5nmの二重量子井戸構造より形成
されている。前記活性層34で再結合により発生した自然
放出光は、量子井戸効果により高効率でスペクトルの広
がりはバルク活性層に比べて狭い。
Reference numeral 31 in the figure is an n-type GaAs substrate.
On this substrate 31, an n-type Al 0.45 Ga 0.55 As clad layer (first clad layer) 32 and an n-type Al 0.3 Ga 0.7 As
Optical waveguide layer 33, quantum well active layer 34, p-type Al 0.45 Ga
0.55 As clad layer (second clad layer) 35, p-type Ga
The As cap layer 36 is sequentially formed. Here, the active layer 34 has a GaAs quantum well width of 10 nm and a quantum barrier A.
l 0.3 Ga 0.7 As formed of a double quantum well structure with a width of 5 nm. The spontaneous emission light generated by the recombination in the active layer 34 has a high efficiency due to the quantum well effect and its spectrum spread is narrower than that of the bulk active layer.

【0024】前記活性層34の光の伝播方向(矢印X)に
沿う両端面は、テーパ状に除去されている。前記活性層
34の両端には、厚み0.1μmのノンドープAl0.4
0.6 As出力導波路層37が形成されている。前記出力
導波路層37上には、n型のAl0.6 Ga0.4 As電流ブ
ロック層38、n型のGaAs層39が形成されている。前
記出力導波路層37は、活性層34と接する部分でテーパ状
になっており、また他端側でもテーパ状になっている。
前記第2クラッド層35は、n型のGaAs電流ブロック
層40により埋め込まれている。この埋込みは、活性領域
を形成し、エッチングにより活性層34の両端部を除去し
た後、前記出力導波路層37,電流ブロック層38及び前記
GaAs層39を再成長後、水平横方向の光の広がりを抑
制するためのものである。なお、活性層を除去してウィ
ンドウ領域を形成する工程において、活性層上に10nm
以下の厚さで活性層よりもバンドキャップが0.5eV
以上広い薄膜を設け、活性層上に0.2〜0.3μm残
すエッチング工程と連続して、活性層を除去する著しく
遅いエッチングで、前記活性層上の薄膜を目安とするこ
とにより、活性層の除去の有無を判定できる。
Both end faces of the active layer 34 along the light propagation direction (arrow X) are removed in a tapered shape. The active layer
On both ends of 34, 0.1 μm thick non-doped Al 0.4 G
The a 0.6 As output waveguide layer 37 is formed. An n-type Al 0.6 Ga 0.4 As current blocking layer 38 and an n-type GaAs layer 39 are formed on the output waveguide layer 37. The output waveguide layer 37 is tapered at a portion in contact with the active layer 34, and is also tapered at the other end side.
The second cladding layer 35 is filled with an n-type GaAs current blocking layer 40. This embedding forms an active region, and after removing both ends of the active layer 34 by etching, after re-growing the output waveguide layer 37, the current block layer 38 and the GaAs layer 39, the horizontal lateral light It is for suppressing the spread. In addition, in the process of removing the active layer and forming the window region, 10 nm is formed on the active layer.
Band cap is 0.5eV below the active layer with the following thickness
By providing a wide thin film as described above and continuing the etching step of leaving 0.2 to 0.3 μm on the active layer, the thin film on the active layer is used as a guide by a remarkably slow etching for removing the active layer. It is possible to determine whether or not to remove.

【0025】前記基板31の裏面にはn型側電極41が形成
されている。前記キャップ層36及び電流ブロック層40上
部には、p側電極42が形成されている。前記電流ブロッ
ク層38,40、GaAs層39上には、絶縁膜43が形成され
ている。なお、高出力化するためには、活性領域の長さ
を通常の300μm共振器長の半導体レーザに比べ、長
共振器にして出力を上昇させるとともに,電流注入を活
性領域に効率良く注入する必要がある。また、端面近傍
に電流を注入すると、ダングリングボンドや非発光過程
を生じる転位,空位が存在し、素子温度を上昇させしき
い値電流が上昇し、光出力が低下する。従って、端面近
傍の温度上昇を抑制するために電流非注入領域とする。
An n-type side electrode 41 is formed on the back surface of the substrate 31. A p-side electrode 42 is formed on the cap layer 36 and the current blocking layer 40. An insulating film 43 is formed on the current blocking layers 38, 40 and the GaAs layer 39. In order to increase the output, it is necessary to make the length of the active region longer than that of a semiconductor laser having a normal cavity length of 300 μm to increase the output and efficiently inject current into the active region. There is. Further, when a current is injected near the end face, there are dangling bonds, dislocations and vacancies that cause non-light emitting processes, the device temperature is raised, the threshold current is raised, and the optical output is lowered. Therefore, in order to suppress the temperature rise near the end face, the current non-injection region is set.

【0026】上記実施例1によれば、活性層34の両端面
と出力導波路層37が活性領域とウィンドウ領域の境界で
互いにテーパ状に結合され、活性層34下の光導波路層33
が連続してつながった構成になっているため、光のフィ
ルド分布は出力導波路層37,光導波路層33及び電流ブロ
ック層38により主に光導波路層33を中心としたものとな
る。また、ウィンドウ領域のエッチングの形状をテーパ
状にするだけで反射を抑制できる。 (実施例2)
According to the first embodiment described above, both end faces of the active layer 34 and the output waveguide layer 37 are taper-bonded to each other at the boundary between the active region and the window region, and the optical waveguide layer 33 below the active layer 34.
Therefore, the filled distribution of light is mainly centered on the optical waveguide layer 33 by the output waveguide layer 37, the optical waveguide layer 33, and the current block layer 38. Further, the reflection can be suppressed only by making the etching shape of the window region tapered. (Example 2)

【0027】図2を参照する。この実施例2に係るウィ
ンドウ型半導体レーザは、ウィンドウ領域の片端面を劈
開し、SiO2 とアモルファスSiの誘電体多層膜によ
る高反射膜51を設けたことを特徴とする。
Referring to FIG. The window type semiconductor laser according to the second embodiment is characterized in that one end face of the window region is cleaved and a high reflection film 51 made of a dielectric multilayer film of SiO 2 and amorphous Si is provided.

【0028】これにより、一方の端面がテーパ状の低反
射でかつ他方の端面が高反射(90%以上)で、高出力
レーザが対応できる。特に、高出力半導体レーザでは、
高反射ミラー近傍に光のエネルギー分布が急激に上昇す
るため、光の伝播方向に対して光吸収領域が存在すれ
ば、熱に変換され、温度上昇に伴なうバンドギャップの
狭窄化で、導波路内の光吸収係数が増大するとともに、
利得係数が著しく低下するため発振に必要な注入キャリ
ア量が増大する。この実施例2では、ウィンドウ領域で
活性層と直接結合されたAl0.3 Ga0.7 As層とのバ
ンドギャップが300meV以上であり、ウィンドウ領
域で伝播光が吸収されない。 (実施例3)
Thus, one end face has a tapered low reflection and the other end face has a high reflection (90% or more), and a high output laser can be used. Especially in high-power semiconductor lasers,
Since the energy distribution of light rises rapidly near the high-reflecting mirror, if there is a light absorption region in the light propagation direction, it is converted into heat and the band gap is narrowed as the temperature rises. As the optical absorption coefficient in the waveguide increases,
Since the gain coefficient is significantly reduced, the amount of injected carriers required for oscillation increases. In Example 2, the band gap with the Al 0.3 Ga 0.7 As layer directly coupled to the active layer in the window region was 300 meV or more, and the propagating light was not absorbed in the window region. (Example 3)

【0029】図3を参照する。この実施例3に係る半導
体レーザは、量子井戸活性層34の上に量子バリア層のみ
p形で不純物濃度3×1017cm-3ドーピングした変調ド
ープ量子井戸光出力導波路層61を0.1μm設け、ウィ
ンドウ領域は絶縁膜43の上部よりプロトン注入により少
なくとも前記活性層34まで無秩序化した構成になってい
る。ここで、量子井戸光出力導波路層61の構成として、
Al0.1 Ga0.9 As量子井戸幅10nm,量子バリアA
0.5 Ga0.5 As10nmの5周期構造で形成する。な
お、図中の62はプロトン注入領域を示す。
Referring to FIG. The semiconductor laser according to the third embodiment has a modulation-doped quantum well optical output waveguide layer 61 of 0.1 μm on the quantum well active layer 34 in which only the quantum barrier layer is p -type doped with an impurity concentration of 3 × 10 17 cm −3. The window region has a structure in which at least the active layer 34 is disordered from above the insulating film 43 by proton injection. Here, as the configuration of the quantum well optical output waveguide layer 61,
Al 0.1 Ga 0.9 As quantum well width 10 nm, quantum barrier A
It is formed by a 5-period structure of l 0.5 Ga 0.5 As 10 nm. In the figure, 62 indicates a proton injection region.

【0030】実施例3においては、ウィンドウ領域を無
秩序化することにより、活性層の実効的な組成はAl
0.1 Ga0.9 Asに一致し、量子井戸化出力導波路層61
の無秩序化後のそれは、Al0.3 Ga0.7 Asの0.1
μm厚みのバルクと一致する。従って、ウィンドウ領域
と活性領域とのバンドギャップ差は、90meVが見積
れ、発振波長に対して、ウィンドウ領域が無吸収領域と
なる。プロトン注入を絶縁膜43の上部よりから行ない、
少なくとも活性層に達するまで深く行ない、注入後、ア
ニールを行なうので、無秩序化は熱拡散により結合部分
では、テーパ状に分布したバンドギャップの広がりを形
成する。 (実施例4)
In Example 3, by making the window region disordered, the effective composition of the active layer was Al.
Consistent with 0.1 Ga 0.9 As, quantum welled output waveguide layer 61
After the disordering of Al 0.3 Ga 0.7 As 0.1
Consistent with μm thick bulk. Therefore, the band gap difference between the window region and the active region is estimated to be 90 meV, and the window region becomes the non-absorption region with respect to the oscillation wavelength. Proton injection is performed from above the insulating film 43,
At least until the active layer is reached, annealing is performed after the implantation, so that disordering forms a taper-shaped widening of the band gap in the coupling portion due to thermal diffusion. (Example 4)

【0031】図4を参照する。この実施例4に係る半導
体レーザは、SLD又はLD光のTE波,TM波を分離
したものである。量子井戸活性層34をY字状分離導波路
で分離する。メサストライプ幅5μm,Y字状分離部分
の広がり角度1度,量子井戸幅10nmで、Y字状分離ス
トライプの一方のストライプはGaAs基板31に至るま
で、プロトンを注入して活性層を無秩序化する。端面は
テーパ状エッチングで端面反射を抑制する。この実施例
4では、GaAs電流ブロック層40で偏光分離領域のメ
サストライプを埋め込んであるが、この領域はエッチン
グでメサストライプ状態で残してリッジ導波路でも同様
の機能が可能である。
Referring to FIG. The semiconductor laser according to the fourth embodiment separates the TE wave and the TM wave of SLD or LD light. The quantum well active layer 34 is separated by a Y-shaped separation waveguide. With a mesa stripe width of 5 μm, a Y-shaped separation portion spread angle of 1 degree, and a quantum well width of 10 nm, one of the Y-shaped separation stripes is injected with protons to disorder the active layer until it reaches the GaAs substrate 31. . The end face is tapered to suppress end face reflection. In the fourth embodiment, the GaAs current blocking layer 40 fills the mesa stripe in the polarization separation region. However, this region can be left in a mesa stripe state by etching, and the same function can be performed in the ridge waveguide.

【0032】[0032]

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、活
性領域とウィンドウ領域がテーパ状に結合することによ
り結合損失を小さくでき、ウィンドウ領域のエッチング
の形状をテーパ状にしすることにより反射を抑制でき、
片側のみ劈開して高反射膜を形成することによりく大出
力レーザが実現でき、水平横方向モード制御したもので
最大出力300mW以上の出力が期待できる光半導体素
子を提供できる。
As described above, according to the present invention, the coupling loss can be reduced by coupling the active region and the window region in a tapered shape, and the reflection can be reduced by tapering the etching shape of the window region. Can be suppressed,
By cleaving only one side to form a high reflection film, a high output laser can be realized, and an optical semiconductor device that can be expected to have a maximum output of 300 mW or more can be provided by horizontal horizontal mode control.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例1に係るSLDの概略斜視
図。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an SLD according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の実施例2に係るLDの概略斜視図。FIG. 2 is a schematic perspective view of an LD according to a second embodiment of the present invention.

【図3】この発明の実施例3に係るSLDの概略斜視
図。
FIG. 3 is a schematic perspective view of an SLD according to a third embodiment of the present invention.

【図4】この発明の実施例4に係るLDの概略斜視図。FIG. 4 is a schematic perspective view of an LD according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来の高出力SLDの概略斜視図。FIG. 5 is a schematic perspective view of a conventional high output SLD.

【図6】従来の長共振器AlGaAs埋込みヘテロ構造
ウィンドウレーザの断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional long cavity AlGaAs buried heterostructure window laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…GaAs基板、 32,35…クラッド層、 33…
光導波路層、34…量子井戸活性層、 36…キャップ
層、 37…出力導波路層、38,40…電流ブロック
層、39…GaAs層、 41…n側電極、42…p側電
極、 43…絶縁膜、 51…高反射膜、
61…量子井戸光出力導波路層、 62…
プロトン注入領域。
31 ... GaAs substrate, 32, 35 ... Clad layer, 33 ...
Optical waveguide layer, 34 ... Quantum well active layer, 36 ... Cap layer, 37 ... Output waveguide layer, 38, 40 ... Current blocking layer, 39 ... GaAs layer, 41 ... N-side electrode, 42 ... P-side electrode, 43 ... Insulating film, 51 ... Highly reflective film,
61 ... Quantum well optical output waveguide layer, 62 ...
Proton injection area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、第1クラッド層,光導波路層
及び量子井戸活性層を順次介してメサ状第2クラッド層
を設け、この第2クラッド層を電流ブロック層で埋め込
んでなる光半導体素子において、 少なくとも活性領域と光の伝播方向に沿う前記活性領域
の両サイドのウィンドウ領域とに区分けされ、前記活性
層の両端面は前記活性領域とウィンドウ領域の境界でテ
ーパ状に除去され、この除去されたテーパ状の活性層に
は該活性層のバンドギャップよりも広いテーパ状の半導
体層が結合され、かつ前記半導体層の外側寄りの端面も
テーパ状であることを特徴とする光半導体素子。
1. An optical semiconductor in which a mesa-shaped second clad layer is provided on a substrate through a first clad layer, an optical waveguide layer and a quantum well active layer in this order, and the second clad layer is embedded with a current block layer. In the device, at least the active region and the window regions on both sides of the active region along the light propagation direction are sectioned, and both end surfaces of the active layer are tapered in a boundary between the active region and the window region. An optical semiconductor device characterized in that a tapered semiconductor layer wider than the band gap of the active layer is bonded to the removed tapered active layer, and an end face of the semiconductor layer on the outer side is also tapered. .
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6385225B1 (en) 1999-05-11 2002-05-07 Nec Corporation Window type semiconductor laser light emitting device and a process of fabricating thereof
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