JPH08236862A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH08236862A JPH08236862A JP3641495A JP3641495A JPH08236862A JP H08236862 A JPH08236862 A JP H08236862A JP 3641495 A JP3641495 A JP 3641495A JP 3641495 A JP3641495 A JP 3641495A JP H08236862 A JPH08236862 A JP H08236862A
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Abstract
よってレーザの基本的特性を劣化させることなく、光フ
ァイバとの光学的結合を容易にするビームサイズ変換器
を一体化する。 【構成】 基板1上に一導電型の第1クラッド層2、第
1光導波路層3、一導電型の第2クラッド層4、活性層
を含む第2光導波路層5、及び、光軸方向において一部
が欠落したメサストライプ状のリッジ8を有する反対導
電型のクラッド層6,7とを順次積層させ、リッジの幅
Wが一定で長さL1 のレーザ領域10、リッジの幅が光
軸方向にテーパ状になった長さL2 のテーパ領域11、
及び、リッジの欠落した長さL3 の方向性結合器領域1
2を一体的に形成する。
Description
し、特に、レーザ光の出射角を小さくして光ファイバと
の光学的結合を容易にした光通信システムに用いる半導
体レーザ装置に関するものである。
導体レーザと他の光半導体装置とを集積化する研究が盛
んに行われており、例えば、DFB(分布帰還)型半導
体レーザと光変調器を集積化したもの或いは半導体レー
ザとビームサイズ変換器とを集積化したもの等の研究が
なされている。
導体レーザと光ファイバとをモジュール化する際に、出
射角が30°〜40°と大きい半導体レーザからの出力
ビームを狭めて両者の光学的結合を容易にするために設
けるものであり、ファブリ・ペロー共振器やDBR(分
布ブラッグ反射器)型共振器等の各種の共振器と共に用
いられている。
BH(埋め込みヘテロ接合)構造の半導体レーザ装置
(特開昭63−233584号公報)を図5を参照して
説明する。
GaAsP光ガイド層42、異なった混晶比のInGa
AsPの多層構造からなる歪量子井戸層43からなる活
性層、及び、InGaAsP光ガイド層44の一方の出
射側において層厚方向にテーパを形成すると共に、メサ
ストライプを形成し、次いで、このメサストライプをp
型InP埋込層45、n型InP埋込層46、及び、再
びp型InP埋込層45で埋め込んで電流狭窄構造を設
け、さらに、メサストライプに対応するストライプ状の
開口を設けたSiO2 等の絶縁膜48を介してp型In
GaAsPコンタクト層47に対してp型電極49(基
板側にはn型電極50)を形成したものである。
活性層と横方向のモード変換器が同一光軸上に配置され
た構成になっているので、レーザ光はレーザ領域52の
劈開面と横方向モード変換器領域、即ち、ビームサイズ
変換器領域51の端面の劈開面との間で共振することに
なる。
おいては、レーザ領域52に比べて光閉じ込めが弱いた
め先端部での近視野像は拡がり、結果として近視野像の
回折パターンである遠視野像は狭くなり、したがって、
ビーム出射角は小さくなるので、光ファイバとの光学的
結合が容易になる。
軸方向に沿って活性層自体の厚さ方向と直交する方向の
幅をテーパ状に細くすることによって出射角を小さくし
たテーパ導波路集積化レーザ(1994年電子情報通信
学会春季大会予稿集C243)も報告されている。
ているビームサイズ変換器付き半導体レーザ装置におい
ては、再結合発光の起こる活性層自体をエッチングして
所定の形状に加工するものであるので、製造工程が複雑
化するため製造歩留りが低下すると共に、活性層に加工
損傷が生じやすいので、リーク電流が増加し、しきい値
電流密度が増加する等の基本的なレーザ特性も低下する
問題があった。
よってレーザの基本的特性を劣化させることなく、光フ
ァイバとの光学的結合を容易にするビームサイズ変換器
を一体化した半導体レーザを提供することを目的とす
る。
成を説明するためのビームサイズ変換器付き半導体レー
ザ装置の斜視図であり、この図1を参照して本発明にお
ける課題を解決するための手段を説明する。
1光導波路層3、一導電型の第2クラッド層4、活性層
を含む第2光導波路層5、及び、光軸方向において一部
が欠落したメサストライプ状のリッジ8を有する反対導
電型のクラッド層6,7とを順次積層させた半導体レー
ザ装置において、リッジ8が一定のメサ幅Wを有する長
さL1 の領域と、メサ幅が光軸方向にテーパ状になった
長さL2の領域とからなり、リッジ部が一定のメサ幅を
有する領域をレーザ領域10とし、リッジの欠落した長
さL3 の領域を方向性結合器領域12としたことを特徴
とする。なお、図1における図番9は電極であり、図番
11はテーパ領域である。
が第2光導波路層5と接する平坦な第1クラッド層6と
リッジ8を構成する第2クラッド層7とからなることを
特徴とする。
ド層6と第2クラッド層7との間に、第2クラッド層7
と組成の異なるエッチング停止層を設けたことを特徴と
する。
がテーパ状になった領域11と方向性結合器領域12と
によってビームサイズ変換器が構成され、活性層を含む
第2光導波路層5及び出力用の第1光導波路層3にはエ
ッチング加工を施さないのでレーザの基本特性が劣化す
ることがなく、また、最上層の反対導電型のクラッド層
6,7の一部にエッチングによりリッジ8を形成するだ
けであるので、製造歩留りも向上する。
波路層5と接する平坦な第1クラッド層6とリッジ8を
構成する第2クラッド層7とからなることによって、第
2光導波路層5は平坦な第1クラッド層6により保護さ
れ、さらに、両者の間に第2クラッド層7と組成の異な
るエッチング停止層を設けることにより、リッジ構造を
精度良く且つ再現性良く形成することができる。
用を説明する。なお、図2(a)は、図1の光軸方向、
即ち、図1のA−A’方向と直交する方向の断面図を示
すものであり、図2(b)は、図1のA−A’に沿った
断面図を示すものである。但し、リッジ8については、
夫々正面図、側面図を示している。
ーザ光は、レーザ領域10においては第2光導波路層5
と第1光導波路層3との結合係数が小さいため第1光導
波路層3に移行せず、図2(b)において略円形の破線
で示すように通常の比較的狭い近視野像を持つ垂直横モ
ードで発振するが、テーパ領域11に入ると水平横モー
ドの近視野像が拡がり、テーパ領域11が終わって方向
性結合領域12になるとリッジ8がなくなって第1光導
波路層3と第2光導波路層5との結合係数が大きくなる
ため方向性結合領域12の影響が強くなり、垂直方向の
近視野像の下半分は一導電型の第2クラッド層4及び第
1クラッド層2からなる下部クラッド層に拡がる。
(b)において略楕円形の破線で示すように第1光導波
路層3に移行し、レーザ光は拡がった近視野像として方
向性結合領域12の出射端面から出射されるので、近視
野像の回折パターンである遠視野像は狭くなり、出射角
は小さくなる。
InGaP系半導体レーザ装置を説明する。なお、本発
明の第1の実施例の半導体レーザ装置の基本的構造は図
1に示す構造と同様であり、図3(a)は図1のA−
A’に沿った断面に相当する断面図を示し、また、図3
(b)は図3(a)の積層方向に沿った禁制帯幅の相対
的大きさを示すものである。
mのn型InGaP第1クラッド層14、0.2μmの
n型GaAs光導波路層15、3μmのn型InGaP
第2クラッド層16、禁制帯幅Eg が1.61eVで光
ガイド層となる50nm(0.05μm)のInGaA
sP層17、バリア層となる10nmのGaAs層1
8、10nmのIn0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層1
9、バリア層となる10nmのGaAs層20、Eg が
1.61eVで光ガイド層となる50nmのInGaA
sP層21、0.2μmのp型InGaP第1クラッド
層22、10nmのp型GaAsエッチング停止層2
3、2μmのp型InGaP第2クラッド層24、及
び、0.5μmのp型GaAsコンタクト層25を順次
エピタキシャル成長させる。なお、この場合の各クラッ
ド層14、16、22、及び、24を構成するInGa
Pの組成は、GaAsと格子整合するIn0.49Ga0.51
Pである。
s層18、In0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層19、及
び、GaAs層20によって単一量子井戸型活性層を構
成し、且つ、InGaAsP層17乃至InGaAsP
層21によって、活性層及び光ガイド層からなるSCH
(separate−confinement het
erostructure)型光導波路を構成してい
る。
4、n型GaAs光導波路層15、及び、n型InGa
P第2クラッド層16によって、出力用の光導波路を構
成している。
エッチングすることによって、幅が2μmで一定の部分
と、幅が光軸方向にテーパ状となっている部分とからな
るメサストライプを形成したのち、p型InGaP第2
クラッド層24を同じパターンにエッチングしてリッジ
26を形成する。
24とp型InGaP第1クラッド層22との間にp型
GaAsエッチング停止層23を設けているので、精度
良くリッジを形成することができるが、必ずしも必要と
するものではない。
型GaAsコンタクト層25表面に電極(図示せず)を
形成したのち劈開することによって、図1に示す構造と
同様な、リッジ幅が一定で長さが600μmのレーザ領
域、長さ200μmのテーパ領域、及び、リッジの存在
しない長さ100μmの方向性結合器領域とからなる全
体の長さが900μmの共振器長を有する半導体レーザ
装置が完成する。この様な構成にすることによって、レ
ーザ光の出射角を10%以下にすることができる。
限られるものではなく、n型InGaP第1クラッド層
14、n型GaAs光導波路層15、n型InGaP第
2クラッド層16、InGaAsP層17、GaAs層
18、In0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層19、GaA
s層20、InGaAsP層21、p型InGaP第1
クラッド層22、p型GaAsエッチング停止層23、
p型InGaP第2クラッド層24、及び、p型GaA
sコンタクト層25の厚さは、夫々2.5〜3.0μ
m、0.1〜0.2μm、2.5〜3.0μm、30〜
70nm、0〜10nm、5〜10nm、0〜10n
m、30〜70nm、0.1〜0.3μm、3〜10n
m、1.5〜2.0μm、及び、0.3〜0.5μmで
あれば良いが、この数値は好適な数値範囲を示すもの
で、これらの数値と異なっても多少特性は劣るものの充
分機能するものである。
数値範囲が0〜10nmのように、必ずしも設ける必要
のないものであり、その場合にはInGaAsP層17
及び21がバリア層として作用する。また、p型GaA
sエッチング停止層23の厚さは薄いので、電気的にも
光学的にもレーザの特性に悪影響を与えるものではな
い。
施例であるAlGaAs系半導体レーザ装置を説明す
る。なお、本発明の第2の実施例の半導体レーザ装置の
基本的構造も図1に示す構造と同様であり、図4(a)
は図1のA−A’に沿った断面に相当する断面図を示
し、また、図4(b)は図4(a)の積層方向に沿った
禁制帯幅の相対的大きさを示すものである。
mのn型AlGaAs第1クラッド層28、0.2μm
のn型GaAs光導波路層29、3μmのn型AlGa
As第2クラッド層30、光ガイド層となる50nmの
Al0.2 Ga0. 8 As層31、バリア層となる5nmの
GaAs層32、7nmのIn0.2 Ga 0.8 As歪量子
井戸層33、バリア層となる5nmのGaAs層34、
7nmのIn0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層35、バリ
ア層となる5nmのGaAs層36、光ガイド層となる
50nmのAl0.2 Ga0.8 As層37、2μmのp型
AlGaAsクラッド層38、及び、0.5μmのp型
GaAsコンタクト層39を順次エピタキシャル成長さ
せる。なお、この場合のクラッド層28、30、及び、
38となるAlGaAs層は、Al比が0.4のAl
0.4 Ga0.6 Asである。
As層32、In0.2Ga0.8 As歪量子井戸層33、
GaAs層34、In0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層3
5、及び、GaAs層36によって多重量子井戸型活性
層を構成し、且つ、Al0.2 Ga0.8 As層31乃至A
l0.2 Ga0.8 As層37によって、活性層及び光ガイ
ド層からなるSCH型光導波路を構成している。
8、n型GaAs光導波路層29、及び、n型AlGa
As第2クラッド層30によって、出力用の光導波路を
構成している。
エッチングすることによって、幅が2μmで一定の部分
と、幅が光軸方向にテーパ状となっている部分とからな
るメサストライプを形成したのち、p型AlGaAsク
ラッド層38を同じパターンに所定深さまでエッチング
してリッジ40を形成する。
ないので、精度の良いエッチング工程を必要とするが、
第1の実施例と同様にAl0.4 Ga0.6 As層とエッチ
ング特性の異なる他の半導体層、例えば、GaAs層を
3〜10nm程度設けても良い。
型GaAsコンタクト層39表面に電極(図示せず)を
形成したのち劈開することによって、第1の実施例と同
様に、リッジ幅が一定で長さが600μmのレーザ領
域、長さ200μmのテーパ領域、及び、リッジの存在
しない長さ100μmの方向性結合器領域とからなる全
体の長さが900μmの共振器長を有する半導体レーザ
装置が完成する。この場合にも、レーザ光の出射角を1
0%以下にすることができる。
厚さは実施例に示した数値に限られるものではなく、n
型AlGaAs第1クラッド層28、n型GaAs光導
波路層29、n型AlGaAs第2クラッド層30、A
l0.2 Ga0.8 As層31、GaAs層32、In0.2
Ga0.8 As歪量子井戸層33、GaAs層34、In
0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層35、GaAs層36、
Al0.2 Ga0.8 As層37、p型AlGaAsクラッ
ド層38、及び、p型GaAsコンタクト層39の厚さ
は、夫々2.5〜3.0μm、0.1〜0.2μm、
2.5〜3.0μm、30〜70nm、4〜6nm、6
〜8nm、4〜6nm、6〜8nm、4〜6nm、30
〜70nm、1.5〜2.0μm、及び、0.3〜0.
5μmであれば良いが、この数値も好適な数値範囲を示
すもので、これらの数値と異なっても多少特性は劣るも
のの充分機能するものである。
36は、Al比xが0.2以下のAlx Ga1-x As層
であっても良く、x=0.2の場合は、光ガイド層とな
るAl0.2 Ga0.8 As層31及び37と同一になるの
で省略することが可能であり、更に、AlGaAsはG
aAsと格子定数が略等しいので、クラッド層及び光導
波路層の組成比は実施例の数値に限られるものではな
く、適宜変更可能なものである。
ける他の数値も一つの例示であってその数値に限られる
ものではなく、例えば、リッジの幅(図1のWに相当)
は、2〜3μmであれば良く、また、レーザ領域の長さ
(図1のL1 に相当)、テーパ領域の長さ(図1のL2
に相当)、及び、方向性結合器領域の長さ(図1のL 3
に相当)は、夫々300〜600μm、200〜400
μm、及び、100〜200μmであれば良いが、これ
らの数値も好適な数値範囲を示すもので、これらの数値
と異なっても機能するものである。
μm(980nm)帯の半導体レーザ装置を対象として
いるため、再結合発光領域としてIn0.2 Ga0.8 As
歪量子井戸層を用いており、それに伴って、他の層もI
n0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層と略格子整合する組成
の半導体層を用いてInGaP系半導体レーザ装置及び
AlGaAs系半導体レーザ装置を構成しているが、本
発明の基本的技術思想は、0.98μm帯の半導体レー
ザ装置に限られるものでなく、必要とする波長帯に応じ
て各層の組成を適宜選択すれば良いものである。
を用いた半導体レーザ装置であるが、この導電型は反対
でも良く、その場合には、p型基板を用いると共に基板
からより離れた側の上部クラッド層をn型層にすれば良
く、さらに、基板の厚さとして100μmを採用してい
るが、この値に限られるものではなく、これ以上の厚さ
を有する基板を用いても良いものである。
常のファブリ・ペロー共振器を用いているが、集積化型
半導体レーザ装置に多用されているDFB(分布帰還)
型共振器を用いても良いものである。
は、レーザ発振のしきい値を低くするために、テーパ領
域及び方向性結合器領域を一方の端面側にのみ設けてい
るが、両側、即ち、光軸方向に沿って対称的に設けても
良く、この場合には、ファブリ・ペロー共振器のみでは
しきい値が高くなるので、DFB構造を設けることがよ
り有効になる。
の上部クラッド層の一部にテーパ部を有するリッジを設
けてレーザ領域、テーパ領域、及び、方向性結合器領域
とを一体化したので、簡素化された構造のビームサイズ
変換器を簡単な製造工程によって作製することができ、
したがって、光ファイバ等との光学的結合が良好なビー
ムサイズ変換器付き半導体レーザ装置を、レーザの基本
特性を劣化することなく且つ製造歩留り良く提供するこ
とができ、加入者系光ファイバ通信の発展に寄与すると
ころが大きい。
ザの説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上に一導電型の第1クラッド層、第
1光導波路層、一導電型の第2クラッド層、活性層を含
む第2光導波路層、及び、光軸方向において一部が欠落
したメサストライプ状のリッジ部を有する反対導電型の
クラッド層とを順次積層した半導体レーザ装置におい
て、前記リッジ部が一定のメサ幅を有する領域と、前記
メサ幅が光軸方向にテーパ状になった領域とからなり、
前記リッジ部が一定のメサ幅を有する領域をレーザ領域
とし、前記リッジの欠落した領域を方向性結合器領域と
したことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項2】 上記反対導電型のクラッド層が、上記第
2光導波路層と接する平坦な第1のクラッド層と上記リ
ッジを構成する第2のクラッド層とからなることを特徴
とする請求項1記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項3】 上記反対導電型の第1クラッド層と第2
クラッド層との間に、前記第2クラッド層と組成の異な
るエッチング停止層を設けたことを特徴とする請求項2
記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3641495A JP3390893B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 半導体レーザ装置 |
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JP3641495A JP3390893B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08236862A true JPH08236862A (ja) | 1996-09-13 |
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