JPH07105555B2 - 光出力モニタ付半導体レ−ザ - Google Patents

光出力モニタ付半導体レ−ザ

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JPH07105555B2
JPH07105555B2 JP61223705A JP22370586A JPH07105555B2 JP H07105555 B2 JPH07105555 B2 JP H07105555B2 JP 61223705 A JP61223705 A JP 61223705A JP 22370586 A JP22370586 A JP 22370586A JP H07105555 B2 JPH07105555 B2 JP H07105555B2
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悦男 野口
純一 中野
好典 中野
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高安定で経済的な光ファイバ伝送用の光出力
モニタ付半導体レーザに関するものである。
〔従来の技術〕
同一ウエハ上にレーザとレーザ光出力のモニタ用受光器
とをモノリシックに形成した例として、第5図に示すよ
うな半導体レーザが知られている(エレクトロン・レタ
ーズ(Electron Lett.)vol.16,p.342(1980)に記載さ
れた伊賀他、“GaInAsP/InP laser with monolithicall
y integrated monitoring detector")。上記モニタ付
半導体レーザを製作する場合には、レーザのストライプ
状注入領域と直角に、ウエハ上面(通常は(100)面)
よりほぼ垂直に化学的か物理的にエッチングして、素子
分離と同時にレーザ共振器端面の形成をしていた。した
がって、レーザ部分1と受光器部分2との素子構造は同
一であり、受光器部分2の受光層11はレーザ部分1の発
光層(活性層)5に対応している。しかし、上記発光層
5は0.1〜0.2μmと薄く、発光幅も数μmであり、通常
のレーザでは放出光が光の回折現象により上下左右に数
十度の角度で拡がっている。それにもかかわらず、放出
光を受光する受光層は0.1〜0.2μmの厚さであり、第6
図に示す埋め込み型レーザでは幅も数μmしかなく、受
光面積が非常に小さいため、レーザ光のモニタ受光器と
して十分な機能を得ることが困難であった。
一方、レーザ動作に端面を必要としない分布帰還型(DF
B)レーザでは、該レーザの発光層をモニタ部分にまで
延長し、あるいはレーザ端面をストライプに対して斜め
にして、レーザ放出光のモニタ用受光器の結合効率をあ
げる方法がとられている(村田他「DFPレーザ/PDモノリ
シック集積素子」昭和60年度電子通信学会総合全国大会
予稿集、931、P.4-55;特開昭59-125659号「モニタ集積
型半導体発光素子」)。また、第6図(a)および
(b)に示したような埋め込み構造型レーザが用いられ
ている。これらの埋め込み構造型レーザは、第6図
(a)に示すレーザのように、n型InP基板7上に、n
型InPクラッド層6、InGaAsP活性層5、p型InPクラッ
ド層4、InGaAsPキャップ層15を順次結晶成長させたの
ち、メサ状にエッチングし、さらにp型InP層12、n型I
nP層13、n型InGaAsP層14の各層を結晶成長させて製作
するか、あるいは第6図(b)に示すように、InP基板
7上にp型InP層12を成長させてから溝を形成し、その
上にn型InPクラッド層6、InGaAsP活性層5、p型InP
クラッド層4、InGaAsPキャップ層15の各層を結晶成長
させて製作する。これらの埋め込み層、すなわち(a)
における12、13、14の各層および(b)における12、1
3、16の各層のいずれかを、受光層として用いる方法が
あり、高感度な受光器として発明者により提案されてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記従来技術における前者、DFB型レー
ザによる方法は、素子分離のためのエッチング工程や素
子の製造プロセスが複雑になる上に、DFB型のレーザに
しか適用できないという欠点があり、後者の埋め込み構
造型のレーザによる方法は、埋め込み型レーザだけにし
か適用できないという欠点があった。
本発明の目的は、上記モニタ用受光器の受光面積が小さ
く、検出感度が低いという問題点を解決し、各種の構造
を有し、安価で高歩留りな光出力モニタ付半導体レーザ
を得ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、半導体レーザと溝を介して縦続接続するよ
うに受光器を同一基板上に形成した、光出力モニタ付半
導体レーザにおける活性層に対応する層の上または下に
位置し、上記層に隣接しない層のうち、少なくとも一層
のバンドギャップエネルギを、半導体レーザの活性層の
バンドギャップエネルギと、同じかまたは小さくした層
を受光層とし、該受光層の上または下に設けた受光層の
導電性と異なる導電性を有する層と、上記受光層とでpn
接合を形成して受光器にすることにより達成される。
〔作用〕
半導体受光層に光が入射して吸収されるには、上記受光
層のバンドギャップエネルギが光のもつエネルギより小
さいことが必要であるが、半導体レーザから放射される
光は、上記半導体レーザの発光層のバンドギャップエネ
ルギに対応したエネルギを有しているため、光出力モニ
タ付半導体レーザの受光層のバンドギャップエネルギ
を、活性層のバンドギャップエネルギと同じか、それよ
りも小さくすることによって、レーザから受光層に入射
したレーザ光は完全に吸収されるまで、レーザ電極と受
光器電極との間で反射し、あるいは受光層と該受光層に
隣接する層との間の屈折率の差によって、受光層内に効
率よく閉じ込められ電子−正孔対を発生する。
一方、上記のように光誘起された電子および正孔のInGa
AsP層中における拡散長は、それぞれ2μmおよび1μ
m以下であるが、上記受光層は該受光層の上または下の
導電性が受光層と異なる層とpn接合を形成しているた
め、上記のように光誘起された電子および正孔のうち、
受光層のpn接合より上記拡散長内で発生した電子はpn接
合に到達し、光誘起電流になるため、モニタ用受光器の
受光量を増大することができる。さらに、それぞれのレ
ーザと受光器とを縦続接続し、レーザ光のみをモニタす
ることにより、自然放出光が混在しない(雑音が小さ
い)光検出器が得られる。〔実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第1図
は本発明による光出力モニタ付半導体レーザの第1実施
例を示す斜視図および断面図で、(a−i)はpn接合が
受光層の上にある場合を示す図、(a-ii)は受光層がpn
接合の上にある場合を示す図、(b)は活性層の下に受
光層がある場合を示す受光器部分の断面図、第2図は上
記第1図(b)に示す半導体レーザに反射鏡を設けた第
2実施例の上面図、第3図は上記第1図(a−i)の半
導体レーザにプリズムを設けた第3実施例を示す上面
図、第4図は上記第1図(a−i)の半導体レーザに反
射鏡とプリズムを設けた第4実施例を示す上面図であ
る。第1図(a−i)に示す実施例は、活性層の上に受
光層を設け、pn接合が上記受光層の上にある場合を、In
GaAsP/InPプレーナ型レーザについて示した斜視図であ
る。図における1および2はそれぞれレーザおよび受光
器を示している。n型InP基板21上にn型InPクラッド層
22、InGaAsP活性層23、p型InPクラッド層24、p型InGa
AsPキャップ層25、n型InGaAsP層26を液相成長法を用い
て順次連続的に結晶成長させ、上記n型InGaAsP層26の
一部を選択的にエッチングしたのち、例えば、リアクテ
ィブエッチング等により、上記n型InPクラッド層22に
達する分離溝27を形成し、+レーザ電極28、+受光器電
極28′、−受光器電極29、−レーザ電極30をそれぞれ蒸
着により形成している。受光器2側においては、InGaAs
P層23′に隣接せず、かつバンドギャップエネルギが上
記InGaAsP層23′と同等以下であるp型InGaAsP層25′を
受光層とし、該受光層上の異なる導電性を有するn型In
GaAsP層26′との間にpn接合31を形成している。図にお
ける はpn接合であることを示したものである。
ここで、レーザ1のp(+)側電極28とn(−)側電極
30との間に電圧を印加し、活性層23に電流を注入する
と、上下左右に20°〜40°程度の角度でレーザ光がレー
ザ端面の発光部32から放射される。上記レーザ光はもう
一方の受光器2側の面からも放射されるため、本実施例
の素子配置ではレーザ光が受光器2のpn接合部31に入射
する。ここで上記レーザ光は上下左右に20°〜40°程度
の範囲で拡がるため、InGaAsP受光層25′へ入射する。
上記受光層25′へ入射したレーザ光は完全に吸収される
まで、−受光器電極29および+受光器電極28′の間で反
射し、あるいは上記受光層に隣接する層との間の屈折率
差により、効率よく上記受光層25′中に閉じ込められ電
子−正孔対を発生する。上記受光層のInGaAsP層中で誘
起された電子および正孔の拡散長はそれぞれ2μmおよ
び1μm以下であるから、受光層25′においてpn接合か
ら上記拡散長内で発生した電子は、pn接合に到達して光
誘起電流になる。このようにして、本発明によればモニ
タ用受光器2の受光量を増大させることができる。ここ
で、InGaAsP層26′もその組成を調節することにより受
光層とすることができる。
第1図(a-ii)に示す半導体レーザは、活性層23上に受
光層26″を設け、上記受光層26″がpn接合31の上にある
場合を説明する斜視図であるが、受光層26″の導電性が
異なるけれども、動作原理は上記第1図(a−i)に示
した場合と同じである。
第1図(b)は活性層23の下に受光層25′を設けた場合
を説明する受光器2部分の断面図で、レーザとしてはIn
GaAsP/InPプレーナ型レーザである。各層の順序および
受光器の配置が異なっているが、動作は上記(a−i)
および(a-ii)に示す実施例と同じである。ここで受光
器の電極28′はp型InP層24′またはn型InP層22のいず
れかから取出すことができる。
上記説明はn型基板を用いた場合の例であるが、p型基
板を用いても本発明が適用できること、受光層はp型で
もn型でも本発明が有効であることはいうまでもない。
第2図は第1図(b)に示した半導体レーザの受光器2
に反射鏡を設けた本発明の第2実施例で、レーザ1と受
光器2とを分離する分離溝27をエッチングするとき同時
に反射鏡34を形成する。また第3図に示すような受光器
形状と電極配置にすれば、プリズム36を形成することが
でき本発明の第3実施例となり、第4図に示すような受
光器形状と電極配置により、反射鏡34およびプリズム36
を備えた第4実施例を形成することができる。上記反射
面34あるいはプリズムの入射面36に入射した光は、反射
光35あるいは屈折光37として、それぞれ配置が異なる受
光器電極28′により検出される。レーザ1からの放射光
は上下左右に拡がるが、最も光強度が大きいのは活性層
23のストライプ状発光領域外挿上にある。しかし、受光
層25′および26′、26″は必ずしも上記外挿上にあると
は限らない。したがって、反射鏡の反射面34およびプリ
ズムの入射面36を設けてレーザ光の光路を曲げることに
より、受光層の受光量をより一層増加させることができ
る。さらに上記反射面34および入射面36を設けて、レー
ザ光の当該面への入射角度を調整することにより、受光
器2からレーザ1の発光部32への戻り光を除去すること
が可能であり、本発明によれば戻り光による雑音がない
光出力モニタ付半導体レーザを得ることが可能である。
上記実施例では反射鏡およびプリズムを受光器に組み込
んだ形に記載したが、上記反射鏡あるいはプリズムを分
離溝27の中に独立して形成しても同様の効果が得られ
る。
上記記載はInGaAsP/InP系のプレーナ型レーザを例に説
明したが、本発明は他の材料からなるレーザおよび埋め
込み型レーザなどの他の構造の素子についても、当然有
効であり、光ファイバ伝送用以外の光源にも適用可能で
ある。
〔発明の効果〕
上記のように本発明による光出力モニタ付半導体レーザ
は、半導体レーザと、該半導体レーザの光出力モニタ用
半導体受光器とを、同一基板上に溝を介して従続接続す
るように形成した光モニタ付半導体レーザにおいて、上
記半導体レーザと上記受光器の主要部は同じ層を構成
し、受光器における活性層に対応する層の上または下に
あり、上記活性層に隣接しない層のうち、少なくとも一
層のバンドギャップエネルギを、上記活性層のバンドギ
ャップエネルギと同じか、または小さくした層を受光層
とし、上記受光層の上または下に設けた、受光層の導電
性と異なる導電性を有する層と上記受光層とでpn接合を
形成して受光器としたことにより、レーザからのモニタ
光を効率よく受光でき、しかも、反射雑音がない光出力
モニタ付半導体レーザを得ることができるから、光ファ
イバ伝送用モノリシック光源として利用することが可能
である。さらに、レーザ用ウエハから構造が単純な受光
器を作製することができ、素子製作、プロセスも簡便で
あるから、歩留りがよく、経済的な素子を得ることが可
能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光出力モニタ付半導体レーザの第
1実施例を示す斜視図および断面図で、(a−i)はpn
接合が受光層の上にある場合を示す図、(a-ii)は受光
層がpn接合の上にある場合を示す図、(b)は活性層の
下に受光層がある場合を示す受光器部分の断面図、第2
図は上記第1図(b)に示す半導体レーザに反射鏡を設
けた第2実施例の上面図、第3図は上記第1図(a−
i)の半導体レーザにプリズムを設けた第3実施例を示
す上面図、第4図は上記第1図(a−i)の半導体レー
ザに反射鏡とプリズムとを設けた第4実施例を示す上面
図、第5図は従来のモニタ付半導体レーザの概要を示す
斜視図、第6図(a)および(b)はそれぞれ埋め込み
型半導体レーザの例を示す断面図である。 1……半導体レーザ、2……半導体受光器 21……基板、23……活性層 25′、26′、26″……受光層 31……pn接合、34……反射鏡 36……プリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 好典 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日本 電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (72)発明者 植木 峰雄 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日本 電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (72)発明者 都築 信頼 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日本 電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−35392(JP,A) 特開 昭60−123083(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザと、該半導体レーザの出力モ
    ニタ用半導体受光器とを、同一基板上に溝を介して縦続
    接続するように形成した光出力モニタ付半導体レーザに
    おいて、上記半導体レーザと上記受光器の主要部は同じ
    層構成を有し、受光器における活性層に対応する層の上
    または下にあり、上記活性層に隣接しない層のうち、少
    なくとも一層のバンドギャップエネルギを、上記活性層
    のバンドギャップエネルギと同じか、または小さくした
    層を受光層とし、上記受光層の上または下に設けた、受
    光層の導電性と異なる導電性を有する層と上記受光層と
    でpn接合を形成して受光器とすることを特徴とする光出
    力モニタ付半導体レーザ。
  2. 【請求項2】上記受光器は、レーザからのモニタ光を受
    光器に導波するための反射鏡またはプリズムを、レーザ
    との間に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載した光出力モニタ付半導体レーザ。
  3. 【請求項3】上記受光器は、レーザからのモニタ光を受
    光器に導波するための反射鏡とプリズムとを、レーザと
    の間に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載した光出力モニタ付半導体レーザ。
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