JPH08236853A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH08236853A JPH08236853A JP3817495A JP3817495A JPH08236853A JP H08236853 A JPH08236853 A JP H08236853A JP 3817495 A JP3817495 A JP 3817495A JP 3817495 A JP3817495 A JP 3817495A JP H08236853 A JPH08236853 A JP H08236853A
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
- H01S5/1014—Tapered waveguide, e.g. spotsize converter
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡単な構造で，レーザの基本特性を劣化させ
ることなく光ファイバとの結合を容易にする。 【構成】 １）基板上に順に形成された一導電型のクラ
ッド, 活性層, 反対導電型クラッド層を有し, レーザ領
域とこれに接続してスポットサイズ変換領域がモノリシ
ックに形成され，該レーザ領域は該反対導電型クラッド
層を加工して形成された等幅ストライプのリッジ構造で
あり，スポットサイズ変換領域は, その端面が光の出射
端となり，該一導電型のクラッド層までを加工して形成
されたストライプの幅が該レーザ領域のストライプ幅か
ら該出射端に向かって漸減するリッジ構造である半導体
レーザ，２）前記スポットサイズ変換領域のストライプ
が出射端よりその一部がエッチング除去され, 除去され
た部分が埋込層で埋め込まれてウインドウ構造が形成さ
れた構造。
ることなく光ファイバとの結合を容易にする。 【構成】 １）基板上に順に形成された一導電型のクラ
ッド, 活性層, 反対導電型クラッド層を有し, レーザ領
域とこれに接続してスポットサイズ変換領域がモノリシ
ックに形成され，該レーザ領域は該反対導電型クラッド
層を加工して形成された等幅ストライプのリッジ構造で
あり，スポットサイズ変換領域は, その端面が光の出射
端となり，該一導電型のクラッド層までを加工して形成
されたストライプの幅が該レーザ領域のストライプ幅か
ら該出射端に向かって漸減するリッジ構造である半導体
レーザ，２）前記スポットサイズ変換領域のストライプ
が出射端よりその一部がエッチング除去され, 除去され
た部分が埋込層で埋め込まれてウインドウ構造が形成さ
れた構造。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信システムに用いる
半導体レーザに関する。
半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバの伝送損失を補うための中継
システムとして，近年, 光を直接増幅できる光ファイバ
増幅器が開発されて一般に用いられるようになった。こ
の光ファイバ増幅器の励起用光源としてInGaAs歪量子井
戸構造の0.98μｍ帯半導体レーザが用いられる。
システムとして，近年, 光を直接増幅できる光ファイバ
増幅器が開発されて一般に用いられるようになった。こ
の光ファイバ増幅器の励起用光源としてInGaAs歪量子井
戸構造の0.98μｍ帯半導体レーザが用いられる。
【０００３】このレーザは高出力であることが第一に要
求され，その他に高効率, 単一横モード発振, 発振波長
の安定性が望まれる。従来, この種のレーザは, 例えば
図２に示されるような両端面にそれぞれ低反射膜と高反
射膜を被着したメサ幅 5.0μｍのリッジ導波路型レーザ
があり， 150 mW 程度の出力が得られている。
求され，その他に高効率, 単一横モード発振, 発振波長
の安定性が望まれる。従来, この種のレーザは, 例えば
図２に示されるような両端面にそれぞれ低反射膜と高反
射膜を被着したメサ幅 5.0μｍのリッジ導波路型レーザ
があり， 150 mW 程度の出力が得られている。
【０００４】図２は従来のリッジ型レーザの説明図であ
る。図において， 1はGaAs基板, 2はｎ型(n-)Al0.4Ga
0.6Asクラッド層, 3は真性(i-)Al0.2Ga0.8As光ガイド
層, 4はIn0.2Ga0.8As活性層, 5はi-Al0.2Ga0.8As光ガ
イド層, 6はｐ型(p-)Al0.4Ga0.6Asクラッド層, 7はp-
GaAsコンタクト層, 8は絶縁膜, 9はｐ側電極, 10はｎ
側電極である。なお，図示されていないが出射側端面に
は低反射膜が，反対側端面には高反射膜が被着されてい
る。
る。図において， 1はGaAs基板, 2はｎ型(n-)Al0.4Ga
0.6Asクラッド層, 3は真性(i-)Al0.2Ga0.8As光ガイド
層, 4はIn0.2Ga0.8As活性層, 5はi-Al0.2Ga0.8As光ガ
イド層, 6はｐ型(p-)Al0.4Ga0.6Asクラッド層, 7はp-
GaAsコンタクト層, 8は絶縁膜, 9はｐ側電極, 10はｎ
側電極である。なお，図示されていないが出射側端面に
は低反射膜が，反対側端面には高反射膜が被着されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来例のレーザでは，
垂直方向のビーム広がり角が30〜40°と大きく, 光ファ
イバへの結合効率が50％以下と低い。複雑な光学レンズ
系を用いれば効率はある程度改善されるが，高価にな
る。
垂直方向のビーム広がり角が30〜40°と大きく, 光ファ
イバへの結合効率が50％以下と低い。複雑な光学レンズ
系を用いれば効率はある程度改善されるが，高価にな
る。
【０００６】また，0.98μｍ帯のGaAs系レーザは1.55μ
ｍ帯のInP 系レーザに比べて界面でのキャリアの表面再
結合が２桁大きく，従来，InP 系レーザでよく用いられ
てきた埋込ヘテロ(BH)構造では，活性層の両側を流れる
リーク電流が増加してしきい値の上昇, 発光効率の低下
を引き起こす。このために, 0.98μｍ帯のGaAs系レーザ
は，図２に示されるような活性層をエッチングしないリ
ッジ構造，あるいはリッジを埋め込んだ構造が用いられ
ているが，活性層をエッチングしないため横モードを制
御する上で設計の自由度が低下している。
ｍ帯のInP 系レーザに比べて界面でのキャリアの表面再
結合が２桁大きく，従来，InP 系レーザでよく用いられ
てきた埋込ヘテロ(BH)構造では，活性層の両側を流れる
リーク電流が増加してしきい値の上昇, 発光効率の低下
を引き起こす。このために, 0.98μｍ帯のGaAs系レーザ
は，図２に示されるような活性層をエッチングしないリ
ッジ構造，あるいはリッジを埋め込んだ構造が用いられ
ているが，活性層をエッチングしないため横モードを制
御する上で設計の自由度が低下している。
【０００７】本発明は，簡単な構造で，レーザの基本特
性を劣化させることなく光ファイバとの結合を容易にす
ることを目的とする。
性を劣化させることなく光ファイバとの結合を容易にす
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は， １）基板上に順に形成された一導電型のクラッド, 活性
層, 反対導電型クラッド層を有し, レーザ領域とこれに
接続してスポットサイズ変換領域がモノリシックに形成
され，該レーザ領域は該反対導電型クラッド層を加工し
て形成された等幅ストライプのリッジ構造であり，スポ
ットサイズ変換領域は, その端面が光の出射端となり，
該一導電型のクラッド層までを加工して形成されたスト
ライプの幅が該レーザ領域のストライプ幅から該出射端
に向かって漸減するリッジ構造である半導体レーザ，あ
るいは ２）前記スポットサイズ変換領域のストライプが出射端
よりその一部が除去され, 除去された部分が埋込層で埋
め込まれてウインドウ構造が形成されてなる前記１記載
の半導体レーザにより達成される。
層, 反対導電型クラッド層を有し, レーザ領域とこれに
接続してスポットサイズ変換領域がモノリシックに形成
され，該レーザ領域は該反対導電型クラッド層を加工し
て形成された等幅ストライプのリッジ構造であり，スポ
ットサイズ変換領域は, その端面が光の出射端となり，
該一導電型のクラッド層までを加工して形成されたスト
ライプの幅が該レーザ領域のストライプ幅から該出射端
に向かって漸減するリッジ構造である半導体レーザ，あ
るいは ２）前記スポットサイズ変換領域のストライプが出射端
よりその一部が除去され, 除去された部分が埋込層で埋
め込まれてウインドウ構造が形成されてなる前記１記載
の半導体レーザにより達成される。
【０００９】
【作用】本発明は，図１に示されるように，レーザ利得
を得るためのレーザ領域と，導波路幅を水平方向でテー
パ状に変化させてビームのスポットサイズを変化させる
スポットサイズ変換器をモノリシックに集積した構造で
ある。図の右側のレーザ領域は従来構造と同じリッジ埋
込構造であり，素子中央部から出力側にかけたスポット
サイズ変換領域は，ストライプ幅が出力側に向かって漸
減するように活性層の両側をエッチング除去して活性層
を埋め込んだ構造である。
を得るためのレーザ領域と，導波路幅を水平方向でテー
パ状に変化させてビームのスポットサイズを変化させる
スポットサイズ変換器をモノリシックに集積した構造で
ある。図の右側のレーザ領域は従来構造と同じリッジ埋
込構造であり，素子中央部から出力側にかけたスポット
サイズ変換領域は，ストライプ幅が出力側に向かって漸
減するように活性層の両側をエッチング除去して活性層
を埋め込んだ構造である。
【００１０】レーザ領域では，従来のレーザと同じよう
にスポットサイズは小さいが，活性層への光の閉じ込め
率を高くでき，従来と同じだけの十分な利得が得られ，
しきい値電流は低くできる。仮に，このままビームを出
射したとすると，従来例と同様に回折の原理によりビー
ム広がり角は30〜40°と大きな値となる。
にスポットサイズは小さいが，活性層への光の閉じ込め
率を高くでき，従来と同じだけの十分な利得が得られ，
しきい値電流は低くできる。仮に，このままビームを出
射したとすると，従来例と同様に回折の原理によりビー
ム広がり角は30〜40°と大きな値となる。
【００１１】図１の本発明による素子では，素子の中央
部ら出力端にかけて，リッジのストライプ幅がテーパ状
に細くなっており，このストライプ中を幅の広い方から
細い方に光が伝播する際に，モード変換がおこなわれ,
光の回折原理により狭い領域に閉じ込められた光は広い
領域に広がっている光より回折角度が大きくなるため，
水平方向のスポットサイズが徐々に広がっていく。さら
にそれに引きずられて垂直方向のスポットサイズも広が
る。その結果，ビームの出射角を10°程度にすることが
できる。
部ら出力端にかけて，リッジのストライプ幅がテーパ状
に細くなっており，このストライプ中を幅の広い方から
細い方に光が伝播する際に，モード変換がおこなわれ,
光の回折原理により狭い領域に閉じ込められた光は広い
領域に広がっている光より回折角度が大きくなるため，
水平方向のスポットサイズが徐々に広がっていく。さら
にそれに引きずられて垂直方向のスポットサイズも広が
る。その結果，ビームの出射角を10°程度にすることが
できる。
【００１２】スポットサイズが大きくなることで, 光が
ファイバに入りやすくなり，結合効率は改善される。ま
た，モノリシックに集積化してあるため，レーザとスポ
ットサイズ変換器との光軸を合わせる必要がなく光ファ
イバとの実装が容易で, 低しきい値のレーザが得られ
る。
ファイバに入りやすくなり，結合効率は改善される。ま
た，モノリシックに集積化してあるため，レーザとスポ
ットサイズ変換器との光軸を合わせる必要がなく光ファ
イバとの実装が容易で, 低しきい値のレーザが得られ
る。
【００１３】
【実施例】図１(A),(B) は本発明の実施例の説明図であ
る。図１(A) は平面図, 図１(B) は断面図を示し,図に
おいて， 1はGaAs基板, 2はn-Al0.4Ga0.6Asクラッド
層,3はi-Al0.2Ga0.8As光ガイド層, 4はIn0.2Ga0.8As活
性層, 5はi-Al0.2Ga0.8As光ガイド層, 6はp-Al0.4Ga
0.6Asクラッド層, 7はp-GaAsコンタクト層, 8は絶縁
膜, 9はｐ側電極, 10はｎ側電極である。なお，図示さ
れていないが出射側端面には低反射膜が，反対側端面に
は高反射膜が被着されている。
る。図１(A) は平面図, 図１(B) は断面図を示し,図に
おいて， 1はGaAs基板, 2はn-Al0.4Ga0.6Asクラッド
層,3はi-Al0.2Ga0.8As光ガイド層, 4はIn0.2Ga0.8As活
性層, 5はi-Al0.2Ga0.8As光ガイド層, 6はp-Al0.4Ga
0.6Asクラッド層, 7はp-GaAsコンタクト層, 8は絶縁
膜, 9はｐ側電極, 10はｎ側電極である。なお，図示さ
れていないが出射側端面には低反射膜が，反対側端面に
は高反射膜が被着されている。
【００１４】ここでは，GaAs基板上に形成したIn0.2Ga
0.8As活性層, Al0.2Ga0.8As光ガイド層, Al0.4Ga0.6As
クラッド層で構成される0.98μｍ帯ファイバ増幅器励起
光源を例にとって説明する。
0.8As活性層, Al0.2Ga0.8As光ガイド層, Al0.4Ga0.6As
クラッド層で構成される0.98μｍ帯ファイバ増幅器励起
光源を例にとって説明する。
【００１５】先ず, 有機金属気相成長(MOCVD) 法によ
り，GaAs基板 1上に n-Al0.4Ga0.6Asクラッド層 (厚さ 20000Å, キャリア濃
度 1×1018cm-3) 2,i-Al0.2Ga0.8As光ガイド層 (厚さ 4
00Å) 3,i-In0.2Ga0.8As活性層 (厚さ70Å) 4,i-Al0.2
Ga0.8As光ガイド層 (厚さ 400Å) 5,p-Al0.4Ga0.6Asク
ラッド層 (厚さ 20000Å, キャリア濃度 1×1018cm-3)
6,p-GaAsコンタクト層 (厚さ5000Å, キャリア濃度 2×
1019cm-3) 7を順次成長する。
り，GaAs基板 1上に n-Al0.4Ga0.6Asクラッド層 (厚さ 20000Å, キャリア濃
度 1×1018cm-3) 2,i-Al0.2Ga0.8As光ガイド層 (厚さ 4
00Å) 3,i-In0.2Ga0.8As活性層 (厚さ70Å) 4,i-Al0.2
Ga0.8As光ガイド層 (厚さ 400Å) 5,p-Al0.4Ga0.6Asク
ラッド層 (厚さ 20000Å, キャリア濃度 1×1018cm-3)
6,p-GaAsコンタクト層 (厚さ5000Å, キャリア濃度 2×
1019cm-3) 7を順次成長する。
【００１６】次いで，等幅ストライプリッジを形成する
ためにパターニングした絶縁膜からなるエッチングマス
クをつけ，p-GaAsコンタクト層 7とp-Al0.4Ga0.6Asクラ
ッド層 6の途中までをエッチングし，ストライプメサを
形成する。p-Al0.4Ga0.6Asクラッド層 6を残す厚みは0.
2 μｍとする。
ためにパターニングした絶縁膜からなるエッチングマス
クをつけ，p-GaAsコンタクト層 7とp-Al0.4Ga0.6Asクラ
ッド層 6の途中までをエッチングし，ストライプメサを
形成する。p-Al0.4Ga0.6Asクラッド層 6を残す厚みは0.
2 μｍとする。
【００１７】次いで, テーパ領域を形成するためにパタ
ーニングした絶縁膜からなるエッチングマスクをつけ，
p-GaAsコンタクト層 7とp-Al0.4Ga0.6Asクラッド層 6,
i-Al 0.2Ga0.8As光ガイド層 5, i-In0.2Ga0.8As活性層
4, i-Al0.2Ga0.8As光ガイド層3, n-Al0.4Ga0.6Asクラッ
ド層 2の途中までエッチングする。n-Al0.4Ga0.6Asクラ
ッド層 2は0.2 μｍエッチングする。
ーニングした絶縁膜からなるエッチングマスクをつけ，
p-GaAsコンタクト層 7とp-Al0.4Ga0.6Asクラッド層 6,
i-Al 0.2Ga0.8As光ガイド層 5, i-In0.2Ga0.8As活性層
4, i-Al0.2Ga0.8As光ガイド層3, n-Al0.4Ga0.6Asクラッ
ド層 2の途中までエッチングする。n-Al0.4Ga0.6Asクラ
ッド層 2は0.2 μｍエッチングする。
【００１８】このエッチングの際に, 出力端より20μｍ
の領域でストライプをエッチング除去してウインドウ構
造を形成してもよい。いずれの場合も，その後，MOCVD
法により全体をAl0.6Ga0.4As埋込層11で埋め込む。この
後，通常の工程により図２に示されるように電極を形成
する。
の領域でストライプをエッチング除去してウインドウ構
造を形成してもよい。いずれの場合も，その後，MOCVD
法により全体をAl0.6Ga0.4As埋込層11で埋め込む。この
後，通常の工程により図２に示されるように電極を形成
する。
【００１９】実施例の素子サイズはレーザ領域の長さが
600μｍ, スポットサイズ変換部が200μｍで全体の長
さが 800μｍであり，レーザ領域でのストライプ幅は 2
μｍ, 出力端でのストライプ幅は 0.1μｍである。
600μｍ, スポットサイズ変換部が200μｍで全体の長
さが 800μｍであり，レーザ領域でのストライプ幅は 2
μｍ, 出力端でのストライプ幅は 0.1μｍである。
【００２０】次に, 本発明の効果を表すスポットサイズ
の大きさ (光強度のピークの両側のピーク値の 1/10 の
大きさの点間の距離) は 2μｍ以上となり, 従来例の 1
〜1.5 μｍに比べて大きくなった。
の大きさ (光強度のピークの両側のピーク値の 1/10 の
大きさの点間の距離) は 2μｍ以上となり, 従来例の 1
〜1.5 μｍに比べて大きくなった。
【００２１】実施例では，InGaAs/AlGaAs 系レーザにつ
いて説明したが，材料系は他のもの, 例えばInP 系を使
い発振波長が異なっても, また，基板が異なっても本発
明の要旨は変わらない。
いて説明したが，材料系は他のもの, 例えばInP 系を使
い発振波長が異なっても, また，基板が異なっても本発
明の要旨は変わらない。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば，簡単なモノリシック構
造で，レーザの基本特性を劣化させることなく光ファイ
バとの結合効率を向上できる。この結果, 将来の加入者
系光ファイバ通信の進展に寄与できる。
造で，レーザの基本特性を劣化させることなく光ファイ
バとの結合効率を向上できる。この結果, 将来の加入者
系光ファイバ通信の進展に寄与できる。
【図１】 本発明の実施例の説明図
【図２】 従来例の説明図
1 GaAs基板 2 n-Al0.4Ga0.6Asクラッド層 3 i-Al0.2Ga0.8As光ガイド層 4 i-In0.2Ga0.8As活性層 5 i-Al0.2Ga0.8As光ガイド層 6 p-Al0.4Ga0.6Asクラッド層 7 p-GaAsコンタクト層 8 絶縁膜 9 ｐ側電極 10 ｎ側電極 11 埋込層でAl0.6Ga0.4As埋込層
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に順に形成された一導電型のクラ
ッド, 活性層, 反対導電型クラッド層を有し, レーザ領
域とこれに接続してスポットサイズ変換領域がモノリシ
ックに形成され，該レーザ領域は該反対導電型クラッド
層を加工して形成された等幅ストライプのリッジ構造で
あり，スポットサイズ変換領域は, その端面が光の出射
端となり，該一導電型のクラッド層までを加工して形成
されたストライプの幅が該レーザ領域のストライプ幅か
ら該出射端に向かって漸減するリッジ構造であることを
特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記スポットサイズ変換領域のストライ
プが出射端よりその一部が除去され, 除去された部分が
埋込層で埋め込まれてウインドウ構造が形成されてなる
請求項１記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3817495A JPH08236853A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3817495A JPH08236853A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236853A true JPH08236853A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12518030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3817495A Withdrawn JPH08236853A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08236853A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003086868A (ja) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Toshiba Corp | 光ファイバレーザ装置 |
| WO2017110017A1 (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | ソニー株式会社 | 発光素子および表示装置 |
| WO2017217101A1 (ja) * | 2016-06-13 | 2017-12-21 | ソニー株式会社 | 光学素子及び表示装置 |
| US9948059B2 (en) | 2014-06-23 | 2018-04-17 | Fujitsu Limited | Semiconductor laser light source and fabrication method |
| WO2018105234A1 (ja) * | 2016-12-07 | 2018-06-14 | ソニー株式会社 | 光学素子及び表示装置 |
-
1995
- 1995-02-27 JP JP3817495A patent/JPH08236853A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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