JPH07162074A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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- JPH07162074A JPH07162074A JP30381193A JP30381193A JPH07162074A JP H07162074 A JPH07162074 A JP H07162074A JP 30381193 A JP30381193 A JP 30381193A JP 30381193 A JP30381193 A JP 30381193A JP H07162074 A JPH07162074 A JP H07162074A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 放射光の断面を円形に近づける。
【構成】 活性層３３の一端に、これを延長するように
導波部３４が形成され、導波部３４は活性層３３と同一
材で成り、その厚さは活性層よりも厚く、幅は活性層よ
り狭くされている。
導波部３４が形成され、導波部３４は活性層３３と同一
材で成り、その厚さは活性層よりも厚く、幅は活性層よ
り狭くされている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は活性層をクラッド層で
挟み、これらクラッド層間に活性層を通じて電流を通す
ことによって活性層から光を放射するようにした半導体
レーザ素子及びその製造方法に関する。
挟み、これらクラッド層間に活性層を通じて電流を通す
ことによって活性層から光を放射するようにした半導体
レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３に従来の半導体レーザ素子を示す。
半導体基板１１上に下部クラッド層１２が形成され、下
部クラッド層１２上の中央部にその長手方向に沿って活
性層１３が形成され、その活性層上に上部クラッド層１
４が形成され、活性層１３及び上部クラッド層１４の両
側に埋め込み層（電流阻止層）１５が形成され、この埋
め込み層１５は下部クラッド層１２の一部にも延長形成
され、従って下部クラッド層１２の厚さは活性層１３と
接している部分は、その両側の活性層１３と接していな
い部分より厚くなっている。
半導体基板１１上に下部クラッド層１２が形成され、下
部クラッド層１２上の中央部にその長手方向に沿って活
性層１３が形成され、その活性層上に上部クラッド層１
４が形成され、活性層１３及び上部クラッド層１４の両
側に埋め込み層（電流阻止層）１５が形成され、この埋
め込み層１５は下部クラッド層１２の一部にも延長形成
され、従って下部クラッド層１２の厚さは活性層１３と
接している部分は、その両側の活性層１３と接していな
い部分より厚くなっている。
【０００３】活性層１３に対して下部クラッド層１２及
び上部クラッド層１４の各屈折率が小とされており、ク
ラッド層１２、１４間に電流を流すと、活性層１３が励
起されて光が放射され、その光は活性層１３の長手方向
に向かって導波されて外部に放射される。活性層１３の
厚さは０．２乃至０．４μｍ程度、幅は１乃至２μｍ程
度である。
び上部クラッド層１４の各屈折率が小とされており、ク
ラッド層１２、１４間に電流を流すと、活性層１３が励
起されて光が放射され、その光は活性層１３の長手方向
に向かって導波されて外部に放射される。活性層１３の
厚さは０．２乃至０．４μｍ程度、幅は１乃至２μｍ程
度である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図４Ａに示すように、
クラッド１６、１７により導波路１８が挟まれている場
合において、導波路１８の幅Ｗと、導波路１８から放射
される光１９と半値幅２θとの関係は図４Ｂに示すよう
になる。つまり導波路１８の幅Ｗが狭くなると半値幅２
θが大きくなって放射光ビームが太くなり、幅Ｗが広く
なると半値幅２θが小さくなって、放射光ビームが鋭く
なる。
クラッド１６、１７により導波路１８が挟まれている場
合において、導波路１８の幅Ｗと、導波路１８から放射
される光１９と半値幅２θとの関係は図４Ｂに示すよう
になる。つまり導波路１８の幅Ｗが狭くなると半値幅２
θが大きくなって放射光ビームが太くなり、幅Ｗが広く
なると半値幅２θが小さくなって、放射光ビームが鋭く
なる。
【０００５】このような関係にあるが、図３に示した従
来の半導体レーザ素子においては、導波路を構成してい
る活性層１３の厚みがその幅に比べて１／２よりも小さ
いため、半導体レーザ素子より放射される光ビームの、
その放射方向と垂直な断面形状、いわゆるファーフィー
ルドパターンが、活性層１３の厚み方向、つまり縦方向
における長さに対して、活性層１３の幅方向、つまり横
方向の長さが小さく、出射光のファーフィールドパター
ンは図４Ｃに示すように、活性層１３の厚さ方向（縦方
向）が曲線２１となって広く、活性層１３の幅方向（横
方向）が曲線２２となって狭く、ファーフィールドパタ
ーンが縦長の楕円形となっていた。
来の半導体レーザ素子においては、導波路を構成してい
る活性層１３の厚みがその幅に比べて１／２よりも小さ
いため、半導体レーザ素子より放射される光ビームの、
その放射方向と垂直な断面形状、いわゆるファーフィー
ルドパターンが、活性層１３の厚み方向、つまり縦方向
における長さに対して、活性層１３の幅方向、つまり横
方向の長さが小さく、出射光のファーフィールドパター
ンは図４Ｃに示すように、活性層１３の厚さ方向（縦方
向）が曲線２１となって広く、活性層１３の幅方向（横
方向）が曲線２２となって狭く、ファーフィールドパタ
ーンが縦長の楕円形となっていた。
【０００６】このようにファーフィールドパターンが非
対称であるため、この出射光を、例えば光ファイバ内に
入射結合させる場合に、結合損失が非常に大きくなる問
題があった。つまり光ファイバとの結合はその入射光の
断面が円形に近いほど良好な結合となり、即ち、挿入損
失の少ない結合が得られる。しかし従来の半導体レーザ
素子においてはファーフィールドパターンが円形からか
なり離れた非対称のものであった。
対称であるため、この出射光を、例えば光ファイバ内に
入射結合させる場合に、結合損失が非常に大きくなる問
題があった。つまり光ファイバとの結合はその入射光の
断面が円形に近いほど良好な結合となり、即ち、挿入損
失の少ない結合が得られる。しかし従来の半導体レーザ
素子においてはファーフィールドパターンが円形からか
なり離れた非対称のものであった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による半
導体レーザ素子においては、活性層の延長上において、
その活性層の一端に導波部の一端が接して設けられ、そ
の導波部は活性層よりも膜厚が厚く、幅が狭いものとさ
れている。請求項２の発明では活性層は多重井戸構造で
構成され、導波部は活性層の井戸層及びバリア層とそれ
ぞれ同一材で、かつ積層順序及び積層数が等しい薄膜積
層構造が混晶化されているものである。
導体レーザ素子においては、活性層の延長上において、
その活性層の一端に導波部の一端が接して設けられ、そ
の導波部は活性層よりも膜厚が厚く、幅が狭いものとさ
れている。請求項２の発明では活性層は多重井戸構造で
構成され、導波部は活性層の井戸層及びバリア層とそれ
ぞれ同一材で、かつ積層順序及び積層数が等しい薄膜積
層構造が混晶化されているものである。
【０００８】請求項３の発明による半導体レーザ素子の
製造方法においては、下部クラッド層上にマスクが形成
され、そのマスクには幅の広い溝と、この溝の一端と一
端が連通した幅の狭い溝とを持っており、このマスク上
に半導体物質を選択成長させて、幅広の溝の部分に活性
層を形成し、幅狭の溝の部分に導波部を形成し、その後
これらの上に上部クラッド層を形成する。
製造方法においては、下部クラッド層上にマスクが形成
され、そのマスクには幅の広い溝と、この溝の一端と一
端が連通した幅の狭い溝とを持っており、このマスク上
に半導体物質を選択成長させて、幅広の溝の部分に活性
層を形成し、幅狭の溝の部分に導波部を形成し、その後
これらの上に上部クラッド層を形成する。
【０００９】
【実施例】図１にこの発明による半導体レーザ素子の実
施例を示す。半導体基板３１上に下部クラッド層３２が
形成され、この下部クラッド層３２上の中央部に、その
長手方向に沿ってその一端から他端へ向かって途中まで
活性層３３が形成され、活性層３３の延長上において、
その活性層３３の一端と一端が接した導波部３４が形成
される。活性層３３の厚さよりも導波部３４の厚さが厚
くされ、活性層３３の幅よりも導波部３４の幅が狭くさ
れ、活性層３３の幅方向の中心と導波部３４の幅方向の
中心とが同一直線上に位置されている。導波部３４は活
性層３３とほぼ同一材で構成されている。これら活性層
３３及び導波部３４上に上部クラッド層３５が形成さ
れ、その上部クラッド層３５及び活性層３３、導波部３
４の両側に埋め込み層（電流阻止層）３６が構成され
る。
施例を示す。半導体基板３１上に下部クラッド層３２が
形成され、この下部クラッド層３２上の中央部に、その
長手方向に沿ってその一端から他端へ向かって途中まで
活性層３３が形成され、活性層３３の延長上において、
その活性層３３の一端と一端が接した導波部３４が形成
される。活性層３３の厚さよりも導波部３４の厚さが厚
くされ、活性層３３の幅よりも導波部３４の幅が狭くさ
れ、活性層３３の幅方向の中心と導波部３４の幅方向の
中心とが同一直線上に位置されている。導波部３４は活
性層３３とほぼ同一材で構成されている。これら活性層
３３及び導波部３４上に上部クラッド層３５が形成さ
れ、その上部クラッド層３５及び活性層３３、導波部３
４の両側に埋め込み層（電流阻止層）３６が構成され
る。
【００１０】上部クラッド層３５と下部クラッド層３２
との間に通した電流によって活性層３３が励起され、こ
れにより発生した光は導波部３４に導かれ、導波部３４
で案内されて外部に出射される。つまり、導波部３４は
活性層３３に対して光出射面３７側に形成される。導波
部３４はその長さが、活性層３３で放射された光が導波
部３４により導波されて外部に放射するように、その長
さは発生光の波長の、例えば１０倍程度以上とされ、い
わゆる導波路としての作用を示す最低の長さとほぼ等し
い長さとされる。
との間に通した電流によって活性層３３が励起され、こ
れにより発生した光は導波部３４に導かれ、導波部３４
で案内されて外部に出射される。つまり、導波部３４は
活性層３３に対して光出射面３７側に形成される。導波
部３４はその長さが、活性層３３で放射された光が導波
部３４により導波されて外部に放射するように、その長
さは発生光の波長の、例えば１０倍程度以上とされ、い
わゆる導波路としての作用を示す最低の長さとほぼ等し
い長さとされる。
【００１１】このような活性層３３及び導波部３４は一
回の結晶成長によって作ることができる。即ち、図５Ａ
に示すように、半導体基板４１上に平行な複数の溝４２
1 乃至４２5 をもつマスク４３が形成され、これら溝４
２1 乃至４２5 の各溝幅はＷ 1 、Ｗ2 、Ｗ3 、Ｗ4 、Ｗ
5 と順次幅が広くされている。このマスク４３をマスク
として半導体基板４１上に半導体材料を結晶成長させる
と、これら溝４２1 乃至４２5 の部分の半導体基板４１
上にそれぞれ半導体層４４1 乃至４４5 が選択的に結晶
成長する。この時、これら半導体層４４1 乃至４４5 の
厚さｄ1 乃至ｄ 5 はマスク４３の溝幅が狭いほど厚く、
幅が広いほど厚さが小さいものとなる。即ち、このマス
ク４３の溝幅Ｗに対する結晶成長された膜厚ｄは、図５
Ｂに示すように溝幅が狭いほど膜厚が大きくなる。
回の結晶成長によって作ることができる。即ち、図５Ａ
に示すように、半導体基板４１上に平行な複数の溝４２
1 乃至４２5 をもつマスク４３が形成され、これら溝４
２1 乃至４２5 の各溝幅はＷ 1 、Ｗ2 、Ｗ3 、Ｗ4 、Ｗ
5 と順次幅が広くされている。このマスク４３をマスク
として半導体基板４１上に半導体材料を結晶成長させる
と、これら溝４２1 乃至４２5 の部分の半導体基板４１
上にそれぞれ半導体層４４1 乃至４４5 が選択的に結晶
成長する。この時、これら半導体層４４1 乃至４４5 の
厚さｄ1 乃至ｄ 5 はマスク４３の溝幅が狭いほど厚く、
幅が広いほど厚さが小さいものとなる。即ち、このマス
ク４３の溝幅Ｗに対する結晶成長された膜厚ｄは、図５
Ｂに示すように溝幅が狭いほど膜厚が大きくなる。
【００１２】この現象を利用して請求項３の発明では半
導体レーザ素子の活性層及び導波部を同時に形成する。
即ち、図２Ａ及びＢに示すように、下部クラッド層３２
上にマスク３７を形成する。このマスク３７にはその長
手方向に延長して、一端の中央部から他端方向へ中央部
まで延長された幅広の溝３８があり、この幅広の溝３８
の延長上に幅狭の溝３９がある。この幅広の溝３８の幅
は活性層３３の幅と等しくされ、長さも等しくされる。
一方、幅狭の溝３９の幅は導波部３４の幅と等しくさ
れ、従って、幅広の溝３８に対して幅狭の溝３９は狭く
なり、かつ、その両溝３８、３９の幅方向の中心線が一
致されている。このマスク３７上に半導体物質を結晶成
長させる。
導体レーザ素子の活性層及び導波部を同時に形成する。
即ち、図２Ａ及びＢに示すように、下部クラッド層３２
上にマスク３７を形成する。このマスク３７にはその長
手方向に延長して、一端の中央部から他端方向へ中央部
まで延長された幅広の溝３８があり、この幅広の溝３８
の延長上に幅狭の溝３９がある。この幅広の溝３８の幅
は活性層３３の幅と等しくされ、長さも等しくされる。
一方、幅狭の溝３９の幅は導波部３４の幅と等しくさ
れ、従って、幅広の溝３８に対して幅狭の溝３９は狭く
なり、かつ、その両溝３８、３９の幅方向の中心線が一
致されている。このマスク３７上に半導体物質を結晶成
長させる。
【００１３】この場合、その結晶の成長を、先ずエネル
ギーバンドギャップの狭い、つまり屈折率の高い井戸層
３３ａを結晶成長させ、その後エネルギーバンドギャッ
プの広い、即ち屈折率の低いバリア層３３ｂを成長さ
せ、以下この井戸層３３ａとバリア層３３ｂとを交互に
成長させて多重井戸構造の活性層３３とする。この時、
幅狭の溝３９内においては、先の図５を参照して説明し
た原理から井戸層３３ａと同一材で、これより膜厚の厚
い層３４ａとバリア層３３ｂと同一材で、これより膜厚
の厚い層３４ｂとが交互に形成され、これら層３４ａと
３４ｂとの薄膜積層構造の導波部３４が形成される。活
性層の井戸層３３ａのエネルギーバンドギャップＥｇｗ
は狭く、バリア層３３ｂのエネルギーバンドギャップＥ
ｇｂは広く、同様に、導波部の層３４ａのエネルギーバ
ンドギャップはＥｇｗ、また層３４ｂのエネルギーバン
ドギャップはＥｇｂとなるが、導波部３４のみを選択的
に混晶化して、ＥｇｂとＥｇｗとの平均的エネルギーバ
ンドギャップＥｇａｖとされ、つまり活性層の井戸層３
３ａのエネルギーバンドギャップＥｇｗよりも大きく、
井戸層３３ａで発光した光が導波部３４をなるべく少な
い損失で通過するようにされ、つまり導波部３４での光
吸収が少ないようにされる。このように幅広の溝と幅狭
の溝とをもつマスクを用いて選択的結晶成長させること
により活性層３３と導波部３４とを同時に一回の結晶成
長で作ることができる。
ギーバンドギャップの狭い、つまり屈折率の高い井戸層
３３ａを結晶成長させ、その後エネルギーバンドギャッ
プの広い、即ち屈折率の低いバリア層３３ｂを成長さ
せ、以下この井戸層３３ａとバリア層３３ｂとを交互に
成長させて多重井戸構造の活性層３３とする。この時、
幅狭の溝３９内においては、先の図５を参照して説明し
た原理から井戸層３３ａと同一材で、これより膜厚の厚
い層３４ａとバリア層３３ｂと同一材で、これより膜厚
の厚い層３４ｂとが交互に形成され、これら層３４ａと
３４ｂとの薄膜積層構造の導波部３４が形成される。活
性層の井戸層３３ａのエネルギーバンドギャップＥｇｗ
は狭く、バリア層３３ｂのエネルギーバンドギャップＥ
ｇｂは広く、同様に、導波部の層３４ａのエネルギーバ
ンドギャップはＥｇｗ、また層３４ｂのエネルギーバン
ドギャップはＥｇｂとなるが、導波部３４のみを選択的
に混晶化して、ＥｇｂとＥｇｗとの平均的エネルギーバ
ンドギャップＥｇａｖとされ、つまり活性層の井戸層３
３ａのエネルギーバンドギャップＥｇｗよりも大きく、
井戸層３３ａで発光した光が導波部３４をなるべく少な
い損失で通過するようにされ、つまり導波部３４での光
吸収が少ないようにされる。このように幅広の溝と幅狭
の溝とをもつマスクを用いて選択的結晶成長させること
により活性層３３と導波部３４とを同時に一回の結晶成
長で作ることができる。
【００１４】上述において、活性層３３と導波部３４は
このような多層構造にしなくてもよい。
このような多層構造にしなくてもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように請求項１、２の発明に
よれば、その活性層の延長上に導波部が構成され、導波
部は活性層よりも厚さが厚く、幅が狭く、従って導波部
より放射される光のファーフィールドパターンは従来の
ものよりも円形に近いものとなり、従って光ファイバ等
との結合損失を少ないものとすることができる。
よれば、その活性層の延長上に導波部が構成され、導波
部は活性層よりも厚さが厚く、幅が狭く、従って導波部
より放射される光のファーフィールドパターンは従来の
ものよりも円形に近いものとなり、従って光ファイバ等
との結合損失を少ないものとすることができる。
【００１６】請求項３の発明によれば、幅の広い溝と幅
の狭い溝とを持つマスクを用いて選択的に結晶成長させ
ることにより一回の成長で活性層と導波部とを同時に形
成することができる。
の狭い溝とを持つマスクを用いて選択的に結晶成長させ
ることにより一回の成長で活性層と導波部とを同時に形
成することができる。
【図１】請求項１の発明の実施例を示し、ＡはＢのＡ−
Ａ線断面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図である。
Ａ線断面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】請求項３の発明の製造工程の要部を説明するた
めの図で、Ａは活性層、導波部を成長させた状態を示す
平面図、Ｂはその断面図、Ｃは活性層及び導波部の断面
と各エネルギーバンドギャップを示す図である。
めの図で、Ａは活性層、導波部を成長させた状態を示す
平面図、Ｂはその断面図、Ｃは活性層及び導波部の断面
と各エネルギーバンドギャップを示す図である。
【図３】Ａは従来の半導体レーザ素子を示す正面図、Ｂ
はＡのＣ−Ｃ線断面図である。
はＡのＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】Ａは従来の半導体レーザ素子の放射光のファー
フィールドパターンを示す図、Ｂは導波路と放射光の半
値幅を示す構造図、Ｃは導波路幅に対する放射光の半値
幅との関係を示す図である。
フィールドパターンを示す図、Ｂは導波路と放射光の半
値幅を示す構造図、Ｃは導波路幅に対する放射光の半値
幅との関係を示す図である。
【図５】Ａは選択成長に於ける溝幅と成長膜厚との関係
を示す外観斜視図、Ｂはその関係を示す曲線図である。
を示す外観斜視図、Ｂはその関係を示す曲線図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 活性層の延長上において、その活性層に
一端が接し、活性層よりも膜厚が厚く、幅が狭い導波部
が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 上記活性層は多重量子井戸構造から成
り、上記導波部は上記活性層の井戸層及びバリア層とそ
れぞれ同一材で、かつ積層順序及び積層数が等しい薄膜
積層構造が混晶化されたものであることを特徴とする請
求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 下部クラッド層上に幅広の溝と、その溝
の一端と一端が連続した幅狭の溝とをもつマスクを形成
し、 そのマスク上に半導体物質を選択結晶成長させて、上記
幅広の溝部分に活性層を、上記幅狭の溝部分に導波部を
それぞれ形成し、 その後、上部クラッド層を形成することを特徴とする請
求項２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30381193A JPH07162074A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30381193A JPH07162074A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07162074A true JPH07162074A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=17925593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30381193A Withdrawn JPH07162074A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07162074A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10154841A (ja) * | 1996-09-26 | 1998-06-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 偏波制御半導体レーザ形光増幅素子 |
| FR2777710A1 (fr) * | 1998-04-21 | 1999-10-22 | Nec Corp | Dispositif de laser a semi-conducteur capable de reduire la perte de couplage par rapport a une fibre optique |
-
1993
- 1993-12-03 JP JP30381193A patent/JPH07162074A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10154841A (ja) * | 1996-09-26 | 1998-06-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 偏波制御半導体レーザ形光増幅素子 |
| FR2777710A1 (fr) * | 1998-04-21 | 1999-10-22 | Nec Corp | Dispositif de laser a semi-conducteur capable de reduire la perte de couplage par rapport a une fibre optique |
| US6542532B1 (en) | 1998-04-21 | 2003-04-01 | Nec Corporation | Semiconductor laser device capable of reducing coupling loss respect to optical fiber |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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