JPH0856048A - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element

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Publication number
JPH0856048A
JPH0856048A JP21054294A JP21054294A JPH0856048A JP H0856048 A JPH0856048 A JP H0856048A JP 21054294 A JP21054294 A JP 21054294A JP 21054294 A JP21054294 A JP 21054294A JP H0856048 A JPH0856048 A JP H0856048A
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JP
Japan
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photodiode
semiconductor laser
layer
semiconductor
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP21054294A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiichi Kuramochi
栄一 倉持
Mitsuru Sugo
満 須郷
Jiro Tenmyo
二郎 天明
Akihiko Nishitani
昭彦 西谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH0856048A publication Critical patent/JPH0856048A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make a semiconductor photodiode for monitoring optical output unnecessary which has been necessary to be prepared individually from a laser element in the conventional device, when a semiconductor laser element module for providing controlled optical output is formed, by using a semiconductor element which is constituted of a resonator wherein a pair of end surfaces are used as reflecting mirrors, and applies the vicinity of an end surface to a non-excited region. CONSTITUTION:This semiconductor laser element is constituted of a resonator wherein a pair of end surfaces are used as reflecting mirrors, and the vicinity of the end surface is turned into a non-excited region. In the element, a ridge part, a photodiode 21, an insulating part 24, a gain region 22 and an end surface non-excited region 23 are formed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フォトダイオードを共
振器内に積層した半導体レーザ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device in which a photodiode is laminated in a resonator.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザ素子から放射されるレーザ
ー光を利用する場合、その仕様として光出力が時間的に
一定であることが要求される。その制御を実現するため
には適当なセンサを用いてレーザ素子の光出力をモニタ
することが必要である。そのセンサとして従来より半導
体受光素子、中でも2端子のフォトダイオードが使用さ
れてきている。図6にフォトダイオードをモニタとして
半導体レーザの光出力の制御を行うブロック図を示す。
2. Description of the Related Art When using laser light emitted from a semiconductor laser device, it is required that the light output be constant in time as a specification. In order to realize the control, it is necessary to monitor the optical output of the laser element using an appropriate sensor. Conventionally, a semiconductor light receiving element, especially a two-terminal photodiode has been used as the sensor. FIG. 6 shows a block diagram for controlling the optical output of the semiconductor laser using the photodiode as a monitor.

【0003】一般的な半導体レーザ素子は一対の反射鏡
から構成された共振器により構成されている。反射鏡の
反射率は1未満であり、その結果共振器の両端面からレ
ーザー光が出力される。この素子の光出力を制御するた
めに、図6に示したように片端面からの放射光のみを出
力として利用し、もう一方の端面からの放射光は光出力
モニタ用のフォトダイオードに受光させるというモジュ
ール構成が一般にとられている。光出力モニタ用のフォ
トダイオードとして、従来より半導体レーザ素子とは別
の独立した素子が用いられている。従来の実用的な半導
体レーザ素子は、例えば波長0.8μmのGaAs/A
lGaAs、波長1.55μmのInGaAsP/In
Pのように、3種類以上の元素からなる化合物半導体ヘ
テロ構造からなる。一方フォトダイオードについては利
用波長帯で利得の高いものを選ぶ必要がある。その理由
は、利用光の出力を最大限にするためフォトダイオード
側の端面には高反射率処理が施される結果、フォトダイ
オードへの入射光が少ないためである。具体例として、
波長1μm以下ではSiフォトダイオード、1μmから
1.6μmまではGeないしInGaAsのフォトダイ
オードが用いられている。
A general semiconductor laser device is composed of a resonator composed of a pair of reflecting mirrors. The reflectivity of the reflecting mirror is less than 1, and as a result, laser light is output from both end faces of the resonator. In order to control the light output of this element, as shown in FIG. 6, only the radiated light from one end face is used as an output, and the radiated light from the other end face is received by a photodiode for light output monitoring. The module configuration is generally taken. As an optical output monitor photodiode, an independent element different from the semiconductor laser element has been conventionally used. A conventional practical semiconductor laser device is, for example, GaAs / A having a wavelength of 0.8 μm.
InGaAsP / In with a wavelength of 1.55 μm
Like P, it has a compound semiconductor heterostructure composed of three or more elements. On the other hand, it is necessary to select a photodiode with a high gain in the wavelength band used. The reason for this is that the end face on the photodiode side is subjected to high reflectance treatment in order to maximize the output of the utilized light, so that the incident light on the photodiode is small. As a specific example,
Si photodiodes are used for wavelengths of 1 μm or less, and Ge or InGaAs photodiodes are used for wavelengths of 1 μm to 1.6 μm.

【0004】半導体レーザ素子においては非発光再結合
によって、特に光子密度が高くレーザ光の再吸収が起こ
りやすい端面付近で温度上昇が起きやすい。そのため端
面付近はCOD(Catastrophic Optical Damage )など
の素子不良が特に生じやすい。端面の素子不良に対する
耐性を大きく向上させ、素子の信頼性を向上させるため
に有効な一手段として、端面付近の領域に駆動電流を注
入しないことにより温度上昇を抑える、いわゆる端面非
励起構造が採用されている。この領域は当然利得を持た
ない吸収損失領域となり、効率やしきい値等の素子の性
能を低下させるが、通常用いられるレーザ素子構造にお
いては利得領域が圧倒的に大きくとられるため、これに
よる性能低下はほとんど問題にならない。
In the semiconductor laser device, due to non-radiative recombination, a temperature rise is likely to occur especially near the end face where the photon density is high and laser light is likely to be reabsorbed. Therefore, element defects such as COD (Catastrophic Optical Damage) are particularly likely to occur near the end surface. A so-called end face non-excitation structure that suppresses temperature rise by not injecting drive current into the region near the end face is adopted as an effective means for significantly improving the end face resistance to device failure and improving the reliability of the device. Has been done. This region naturally becomes an absorption loss region without gain, which lowers the performance of the device such as efficiency and threshold value, but the gain region is overwhelmingly large in the commonly used laser device structure. The drop is hardly a problem.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
半導体レーザ素子を用いたレーザモジュールでは、半導
体レーザ素子とは別の半導体受光素子を使用する必要が
ある。このことは部品点数およびモジュール容積の増加
と受光素子取付けに要する工程を要求する。また部品の
取付位置には精確さが要求される。その結果、工程が複
雑かつ高度なものとなり、モジュール作製に要する費用
を増加させていた。またモジュールの歩留まり及び信頼
性を低下させる要因のひとつに挙げられていた。この問
題点を解決するために、従来より半導体レーザと受光素
子とを集積し、光出力モニタ機能を有する一つの半導体
レーザ素子を実現することが提案され、試みられてき
た。しかし、従来の提案ではレーザ部と受光素子部に異
なる半導体多層膜構造が採用されていた。ここでいう半
導体多層膜構造とは異種半導体層からなるヘテロ構造だ
けでなく、同一の半導体により構成され伝導型やキャリ
ヤ濃度、ドープ種の種類や濃度などが異なる層からなる
積層構造も含む。単一の半導体基板上に異なる半導体多
層膜構造を形成するためには、まず第一の構造を結晶成
長させた後、第二の構造を選択再成長により形成する方
法しかない。再成長により形成した半導体結晶の高品質
化は難しく、再成長部を能動層とした半導体素子を実用
に供するだけの品質は未だに達成されていない。また選
択再成長を用いることにより工程数が大幅に増加し、素
子の製造原価を引き上げる。さらに工程の中で素子に熱
や応力が加わるため、歩留まりや信頼性の低下は避けら
れなかった。
As described above, in the laser module using the conventional semiconductor laser element, it is necessary to use the semiconductor light receiving element different from the semiconductor laser element. This requires an increase in the number of parts and the module volume and the process required for mounting the light receiving element. Also, the mounting position of the parts is required to be accurate. As a result, the process becomes complicated and sophisticated, and the cost required for manufacturing the module is increased. It was also mentioned as one of the factors that reduce the yield and reliability of the module. In order to solve this problem, it has been conventionally proposed and tried to integrate a semiconductor laser and a light receiving element to realize one semiconductor laser element having an optical output monitoring function. However, in the conventional proposals, different semiconductor multilayer film structures are adopted for the laser section and the light receiving element section. The semiconductor multi-layered film structure here includes not only a hetero structure composed of different semiconductor layers, but also a laminated structure composed of layers composed of the same semiconductor and having different conductivity types, carrier concentrations, types and concentrations of dope species, and the like. In order to form different semiconductor multi-layered film structures on a single semiconductor substrate, there is only a method of first crystallizing the first structure and then forming the second structure by selective regrowth. It is difficult to improve the quality of a semiconductor crystal formed by re-growth, and the quality for practical use of a semiconductor device having a re-growth portion as an active layer has not yet been achieved. Also, the use of selective regrowth significantly increases the number of steps and raises the manufacturing cost of the device. Further, since heat and stress are applied to the device during the process, the yield and reliability are unavoidably deteriorated.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決することを目的としたもので、一対の端面を反
射鏡とした共振器により構成され、端面付近を非励起領
域とした半導体レーザ素子において、レーザ駆動用上部
電極と電気的に独立した電極を端面非励起領域にオーミ
ック接触として形成し、当該領域をフォトダイオードと
することを特徴とする。また、前記フォトダイオードを
光出力モニタとすることにより、光出力モニタの共振器
内への集積を実現したことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve such a problem, and is constituted by a resonator having a pair of end faces as reflecting mirrors, and a non-excitation region near the end faces. In the semiconductor laser device, an electrode electrically independent of the laser driving upper electrode is formed in the end face non-excitation region as ohmic contact, and the region is used as a photodiode. Further, by using the photodiode as an optical output monitor, integration of the optical output monitor in a resonator is realized.

【0007】[0007]

【作用】本発明による半導体レーザ素子は半導体レーザ
用層構造をそのまま用いてフォトダイオードを形成して
いる。半導体レーザ素子に用いられる典型的な層構造を
図1に示す。図1において、5は活性層、4と6は光閉
じ込め層で、3と7はクラッド層、2はバッファ層で、
1は基板、8は電極コンタクト層である。活性層・光閉
じ込め層・クラッド層の順にエネルギーギャップが大き
くなり、光閉じ込め層はクラッド層よりも屈折率が大き
くなるように設計される。活性層を挟んで基板側の1〜
4はpまたはnにドープされ、表面側の6〜8は基板側
と逆の伝導型にドープされる。活性層5も両側の層より
低濃度であるがpまたはnにドープされる。全体として
ダブルヘテロ型pnダイオードを構成しており、順方向
に電流を流すことにより活性層に電子と正孔が蓄積さ
れ、発光再結合による誘導放出により利得を生ずること
が半導体レーザの動作原理となることは周知の事実であ
る。
In the semiconductor laser device according to the present invention, the photodiode is formed by using the semiconductor laser layer structure as it is. A typical layer structure used in a semiconductor laser device is shown in FIG. In FIG. 1, 5 is an active layer, 4 and 6 are optical confinement layers, 3 and 7 are cladding layers, 2 is a buffer layer,
Reference numeral 1 is a substrate, and 8 is an electrode contact layer. The energy gap increases in the order of the active layer, the light confinement layer, and the cladding layer, and the light confinement layer is designed to have a larger refractive index than the cladding layer. 1 on the substrate side with the active layer in between
4 is doped to p or n, and 6 to 8 on the surface side are doped to the conductivity type opposite to the substrate side. The active layer 5 is also doped with p or n, although the concentration is lower than the layers on both sides. The double hetero-type pn diode is configured as a whole, and electrons and holes are accumulated in the active layer by passing a current in the forward direction, and a gain is generated by stimulated emission due to radiative recombination. It is a well-known fact.

【0008】この素子において、p側及びn側にとられ
た電極を短絡して、活性層に、本素子をレーザ素子動作
させた場合の波長をもつ光を入射させた場合を考える。
活性層は入射光のエネルギーより小さなエネルギーギャ
ップを有するので、入射光は吸収されて電子・正孔対を
生じる。この素子のpn接合面は、活性層と、それと異
なる伝導型を有する光閉じ込め層との界面に位置すると
見なすことが出来る。フォトダイオードの原理としてよ
く知られている通り、光吸収で生じた電子と正孔のうち
活性層での少数キャリヤに該当するものであって、かつ
pn接合面から伸びる空乏層内、さらに空乏層端からそ
のキャリアの拡散長以内に位置するものがpn接合面を
越えて光閉じ込め層側に移動することによって起電力が
生じ、電極間を短絡した導線に光電流が流れる。以上説
明したとおり、本発明は半導体レーザ素子の一部を他の
部分と電気的に絶縁し、その領域に印加する電圧を0な
いしpn接合に対し弱い逆バイアスとすることでフォト
ダイオードとして利用することを特徴としている。
In this device, consider the case where the electrodes on the p-side and the n-side are short-circuited and light having a wavelength when the device is operated as a laser device is made incident on the active layer.
Since the active layer has an energy gap smaller than the energy of incident light, the incident light is absorbed and electron-hole pairs are generated. It can be considered that the pn junction surface of this device is located at the interface between the active layer and the optical confinement layer having a conductivity type different from that of the active layer. As is well known as the principle of photodiodes, among the electrons and holes generated by light absorption, those corresponding to minority carriers in the active layer, and in the depletion layer extending from the pn junction surface, and further in the depletion layer. Those located within the diffusion length of the carrier from the edge move to the optical confinement layer side beyond the pn junction surface, generating an electromotive force, and a photocurrent flows in the conducting wire short-circuited between the electrodes. As described above, the present invention is used as a photodiode by electrically insulating a part of a semiconductor laser device from other parts and applying a weak reverse bias to the 0 to pn junction to the voltage applied to that region. It is characterized by that.

【0009】本発明におけるフォトダイオードには、キ
ャリヤの増倍作用がないことと、活性層での吸収が小さ
く、しかもその一部しか光電流に寄与しないこととによ
り利得が低いという欠点がある。しかし、本フォトダイ
オードは半導体レーザ素子の共振器内に集積されてい
る。請求項3の発明のようにレーザの光出力モニタの用
途に使用する場合には、入力光が十分強力であるため、
適当な前段増幅器を電流測定装置と組み合わせることで
この問題は解決できる。また吸収が小さいことは本素子
のレーザ素子としての損失も小さいことを意味し、かえ
って好都合である。本発明においてフォトダイオードは
共振器端面付近の非励起領域内に形成される。フォトダ
イオードは電圧を印加せずに使用され、かつ吸収による
起電力も小さいため、フォトダイオードを流れる電流密
度は、レーザの利得領域に流れる電流密度に対し無視で
きるほど小さい。故に、フォトダイオード領域は端面非
励起領域の機能も合わせ持っている。本素子を請求項3
の発明のように光出力モニタとして利用する場合、フォ
トダイオードの特性がその用途に適しているかどうかを
検討しなければならない。半導体レーザ素子の活性層は
出力光の波長帯において屈折率が光の光子密度に対し変
化し、過飽和吸収を示す。そのため本フォトダイオード
においては入力光強度が増加するにつれ、出力電流の増
加率が減少し、飽和していく特性を示すことになる。し
かしレーザ素子の定格出力の範囲内で本フォトダイオー
ドの光電流−光強度特性が単調増加し、かつその特性に
再現性があり直線的ないしは単純な関数で表される場合
には本フォトダイオードを光出力モニタとして使用でき
る。その際必要となるフォトダイオード特性の補正は、
本フォトダイオードが上記の条件を満たすかぎり、例え
ば図6に示したレーザ素子駆動装置内にシリコン集積回
路等を設置すること等で容易に実現できる。
The photodiode according to the present invention has a drawback that the gain is low due to the absence of carrier multiplication effect, the small absorption in the active layer, and the fact that only a part thereof contributes to the photocurrent. However, this photodiode is integrated in the resonator of the semiconductor laser device. When the laser is used as an optical output monitor as in the invention of claim 3, since the input light is sufficiently strong,
This problem can be solved by combining an appropriate preamplifier with the current measuring device. Further, the small absorption means that the loss of this device as a laser device is small, which is rather convenient. In the present invention, the photodiode is formed in the non-excitation region near the end face of the resonator. Since the photodiode is used without applying a voltage and the electromotive force due to absorption is small, the current density flowing in the photodiode is negligibly small with respect to the current density flowing in the gain region of the laser. Therefore, the photodiode region also has the function of the end face non-excitation region. Claim 3
When it is used as an optical output monitor as in the invention, it must be examined whether the characteristics of the photodiode are suitable for the application. In the active layer of the semiconductor laser device, the refractive index changes with respect to the photon density of light in the wavelength band of output light, and exhibits supersaturated absorption. Therefore, in this photodiode, as the input light intensity increases, the increase rate of the output current decreases, and the photodiode shows a characteristic of being saturated. However, if the photocurrent-light intensity characteristics of this photodiode monotonically increase within the rated output range of the laser element and the characteristics are reproducible and can be expressed by a linear or simple function, then It can be used as an optical output monitor. The correction of the photodiode characteristics required at that time is
As long as the present photodiode satisfies the above conditions, it can be easily realized by, for example, installing a silicon integrated circuit or the like in the laser element driving device shown in FIG.

【0010】[0010]

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。本発
明を、従来のリッジ型端面非励起半導体レーザ素子に適
用した場合について説明する。図2は(b)従来の半導
体レーザ素子および(a)本発明によるフォトダイオー
ドを集積化した半導体レーザ素子に共通する、共振器縦
方向に垂直な断面図。図3は同じく斜視図である。図2
において、5は活性層、4と6は光閉じ込め層で、3と
7はクラッド層、8は電極コンタクト層、2はバッファ
層、そして1は基板である。この多層膜構造の伝導型お
よびレーザ素子としての構成は前述した図1についての
説明と同一である。また図2において上部の凸型の部分
がリッジに当り、電流を狭窄すると共に導波路として働
き、レーザー光の水平横モード制御を実現する。膜9は
リッジ以外の部分に電流を流さないための絶縁体膜であ
る。そして10と11とが上部及び下部電極である。
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described. A case where the present invention is applied to a conventional ridge-type end face non-pumped semiconductor laser device will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the cavity vertical direction, which is common to (b) a conventional semiconductor laser device and (a) a semiconductor laser device in which a photodiode according to the present invention is integrated. FIG. 3 is a perspective view of the same. Figure 2
In the figure, 5 is an active layer, 4 and 6 are optical confinement layers, 3 and 7 are cladding layers, 8 is an electrode contact layer, 2 is a buffer layer, and 1 is a substrate. The conduction type and the structure of the laser device of this multilayer film structure are the same as those described with reference to FIG. Further, in FIG. 2, the upper convex portion hits the ridge, constricts the current and acts as a waveguide, and realizes the horizontal transverse mode control of the laser light. The film 9 is an insulator film for preventing a current from flowing in the portion other than the ridge. And 10 and 11 are upper and lower electrodes.

【0011】図3において、22は利得領域、21は本
発明で付加されたフォトダイオード部である。従来型素
子においては21は存在しない。図2(a)は図3の2
1及び22の部分の断面で、コンタクト層8と電極10
とがオーミック接合を形成している。そのため、この部
分は電流が流れ素子として動作する。一方、図3の22
とレーザ端面の間の端面非励起領域23、また21と2
2の間の電気的分離部24は図2(b)の断面を持つ。
この部分では8と10の間に絶縁膜9が存在し絶縁され
ているため電流が流れない。
In FIG. 3, reference numeral 22 is a gain region, and 21 is a photodiode portion added in the present invention. 21 is not present in conventional devices. FIG. 2A shows 2 of FIG.
In the cross section of the portions 1 and 22, the contact layer 8 and the electrode 10
And form an ohmic junction. Therefore, in this portion, current flows and operates as an element. On the other hand, 22 in FIG.
End face non-excitation region 23 between the laser and the laser end face, and 21 and 2
The electrical isolation portion 24 between the two has the cross section of FIG.
In this portion, the insulating film 9 exists between 8 and 10 and is insulated, so that no current flows.

【0012】次に本素子例において、従来型素子および
本発明による素子の特定の層の上面図を図4,5にそれ
ぞれ示す。これらの図において2本の破線の間がリッジ
の位置である。図4および5において、(a)は図2中
の絶縁膜層9、(b)は同じく上面電極層10を、それ
ぞれ示している。図4及び5の(a)において、25で
示した部分に絶縁膜が存在する。これらの図で21およ
び22は図3のフォトダイオード部21、および利得領
域22に対応し、それぞれのリッジ上の絶縁膜に窓が開
けられていることを示し、図2(a)に対応している。
また図3及び5の(a)において21と22の間24は
フォトダイオード部と利得領域とを分離する部分、22
と端面との間は端面非励起領域(図3の23)で、これ
らは図2(b)の断面を持つ。フォトダイオードと利得
領域間の電気的絶縁を確実にするために、24の部分の
下側の、図2(b)中のコンタクト層8、クラッド層
7、可能ならば光閉じ込め層6にまでイオン注入による
高抵抗化を行う。イオン注入の深さは、それに伴うダメ
ージが活性層5に及ばない範囲で決められる。図5の
(b)において26はフォトダイオードの上面電極であ
る。また、図4(b)と図5(b)において27は利得
領域の上面電極、28は上面電極が存在しない領域を示
している。なお、図5の本発明例は共振器の両端面にあ
る非励起領域のうちの一方に、一つのフォトダイオード
を作製した例であるが、第2の発明の場合、本例のよう
に一つのフォトダイオードを設ければ十分である。
Next, in this device example, top views of specific layers of the conventional device and the device according to the present invention are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. In these figures, the position of the ridge is between the two broken lines. 4 and 5, (a) shows the insulating film layer 9 in FIG. 2, and (b) shows the upper surface electrode layer 10 similarly. In FIG. 4A and FIG. 5A, the insulating film exists in the portion indicated by 25. In these figures, 21 and 22 correspond to the photodiode portion 21 and the gain region 22 of FIG. 3, and show that windows are opened in the insulating film on each ridge, and correspond to FIG. 2 (a). ing.
Further, in (a) of FIGS. 3 and 5, a part 24 between 21 and 22 is a part for separating the photodiode part and the gain region, 22
The end face non-excitation region (23 in FIG. 3) is between the end face and the end face, and these have the cross section of FIG. 2 (b). In order to ensure the electrical insulation between the photodiode and the gain region, ions are added to the contact layer 8, the cladding layer 7, and possibly the optical confinement layer 6 shown in FIG. High resistance is achieved by injection. The depth of ion implantation is determined within a range in which the damage associated therewith does not reach the active layer 5. In FIG. 5B, reference numeral 26 is an upper surface electrode of the photodiode. Further, in FIGS. 4B and 5B, 27 indicates the upper surface electrode in the gain region, and 28 indicates the region where the upper surface electrode does not exist. Note that the example of the present invention in FIG. 5 is an example in which one photodiode is formed in one of the non-excitation regions on both end faces of the resonator. It is sufficient to provide two photodiodes.

【0013】図4の従来型素子と図5の本発明による素
子とを比較すると、絶縁部24に施す高抵抗化処理を除
けば、異なるのは絶縁膜層が21の部分で存在しないこ
とと、電極26が存在することの2点のみである。とこ
ろで絶縁膜・電極ともにフォトリソグラフィを利用し、
一旦素子全面に形成した後に不要部分を除去する方法で
の加工が一般的かつ容易である。フォトリソグラフィに
おいて形状はマスクパターンの通りに決定される。つま
り、図4と図5の構造はマスクパターンを変更しさえす
れば全く同一の工程で実現できるのである。しかも、高
抵抗化をイオン注入で行う場合、その技術はごく一般的
に用いられている確立された技術であり、低コストで品
質低下を招く不安もない。
Comparing the conventional device of FIG. 4 with the device of the present invention of FIG. 5, the difference is that the insulating film layer is absent at the portion 21 except for the high resistance treatment applied to the insulating portion 24. The presence of the electrode 26 is only two points. By the way, using photolithography for both the insulating film and the electrodes,
Processing is generally and easily performed by a method in which an unnecessary portion is removed after the element is once formed on the entire surface. In photolithography, the shape is determined according to the mask pattern. That is, the structures shown in FIGS. 4 and 5 can be realized in exactly the same process as long as the mask pattern is changed. Moreover, when the resistance is increased by ion implantation, the technique is a well-established technique that is generally used, and there is no fear that the quality will be reduced at low cost.

【0014】このように本発明によれば、フォトダイオ
ードを集積した半導体レーザを、素子製作に必要な工程
や費用をほとんど増加させることなく、かつ素子の歩留
まりや信頼性を低下させることなく実現できる。さらに
本素子を用いて半導体レーザモジュールを作製すれば、
光出力モニタとしてレーザ素子に集積化されたフォトダ
イオードを使用することで従来必要であった別個のフォ
トダイオードを不要に出来る。その結果モジュール製作
に要する工程及び費用を低減すると共に、信頼性が向上
し、かつモジュールの一層の小型化が可能になる。
As described above, according to the present invention, a semiconductor laser in which a photodiode is integrated can be realized with almost no increase in the process and cost required for manufacturing an element and without lowering the yield or reliability of the element. . Furthermore, if a semiconductor laser module is manufactured using this element,
By using the photodiode integrated with the laser element as the optical output monitor, a separate photodiode which has been conventionally required can be eliminated. As a result, the process and cost required for manufacturing the module are reduced, the reliability is improved, and the module can be further downsized.

【0015】(具体例)本発明を1μm前後の発振波長
が得られる、InGaAs/AlGaAs歪量子井戸リ
ッジ導波路半導体レーザに適用した場合を実施例として
以下に示す。図1は本実施例の素子の半導体多層膜構造
である。図において、1はn−GaAs基板、2はn−
GaAsバッファ層(厚さ0.2μm)、3はn−Al
0.3 Ga0.7 Asクラッド層(厚さ2μm)、4はn−
Al0.2 Ga0.8 As光閉じ込め層(厚さ0.2μm)
である。5はInGaAs活性層で、1層のInGaA
s歪層、または数層のInGaAs歪量子井戸層とそれ
らを隔てるGaAs障壁層により構成される。本例では
厚さ10nmのIn0.2 Ga0.8 As2層とした。6は
p−Al0.2 Ga0.8 As光閉じ込め層(厚さ0.2μ
m)、7はp−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層(厚さ
2μm)、8はp−GaAsキャップ層(厚さ0.2μ
m)である。ここまではすべて半導体層であり、有機金
属化学気相成長(MOCVD)または分子線エピタキシ
ャル成長(MBE)のどちらの結晶成長法を用いても容
易に実現できる。
(Specific Example) The case where the present invention is applied to an InGaAs / AlGaAs strained quantum well ridge waveguide semiconductor laser capable of obtaining an oscillation wavelength of about 1 μm will be described below as an example. FIG. 1 shows a semiconductor multilayer film structure of the device of this example. In the figure, 1 is an n-GaAs substrate, 2 is n-
GaAs buffer layer (thickness 0.2 μm), 3 is n-Al
0.3 Ga 0.7 As clad layer (thickness 2 μm), 4 is n-
Al 0.2 Ga 0.8 As optical confinement layer (thickness 0.2 μm)
Is. 5 is an InGaAs active layer, and one layer of InGaA
The s-strained layer or several InGaAs strained quantum well layers and a GaAs barrier layer separating them. In this example, an In 0.2 Ga 0.8 As 2 layer having a thickness of 10 nm is used. 6 is a p-Al 0.2 Ga 0.8 As optical confinement layer (having a thickness of 0.2 μm).
m), 7 is a p-Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer (thickness 2 μm), 8 is a p-GaAs cap layer (thickness 0.2 μm).
m). The layers up to this point are all semiconductor layers and can be easily realized by using either crystal growth method of metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxial growth (MBE).

【0016】まず図1の半導体多層膜構造を結晶成長に
て作製する。次に図5の24の下に前述したような高抵
抗化処理を行う。フォトリソグラフィーで非注入部のマ
スクをパターニングを行い、24にプロトンを選択的に
注入する。マスク除去後、熱アニールを行い、本工程を
終了する。次に図2及び図3に示されているリッジ構造
を加工するために、フォトリソグラフィーでパターニン
グし、ウエットあるいはドライエッチングによりリッジ
部以外を取り除く。次に9のSiO2 絶縁体膜を形成
し、フォトリソグラフィーとエッチングにより図2の構
造に加工する。SiO2 膜は、マグネトロン・スパッタ
リング法などで形成する。続いて10のp形電極を電子
ビーム蒸着し、フォトリソグラフィーでパターニングし
リフトオフ法を用いることで図4のような構造を実現す
る。最後に裏面n型電極11を蒸着し、オーミックシン
ターを行って電極を完成させる。
First, the semiconductor multilayer film structure of FIG. 1 is produced by crystal growth. Next, the resistance increasing process as described above is performed under 24 of FIG. The mask of the non-implanted portion is patterned by photolithography, and protons are selectively implanted into 24. After removing the mask, thermal annealing is performed, and this step is completed. Next, in order to process the ridge structure shown in FIGS. 2 and 3, patterning is performed by photolithography, and parts other than the ridge portion are removed by wet or dry etching. Next, a SiO 2 insulator film 9 is formed and processed into the structure shown in FIG. 2 by photolithography and etching. The SiO 2 film is formed by a magnetron sputtering method or the like. Subsequently, 10 p-type electrodes are subjected to electron beam evaporation, patterned by photolithography, and a lift-off method is used to realize a structure as shown in FIG. Finally, the back surface n-type electrode 11 is vapor-deposited, and ohmic sintering is performed to complete the electrode.

【0017】本具体例をMOCVD法により結晶成長を
行い試作した。図4において共振器長1mmとし、共振
器方向に見た半導体利得領域22の長さを850μmと
した。そして一方の端面から22までの距離を100μ
mとし、その間に長さ50μmのフォトダイオード部2
1を設けた。もう一方の端面側の非励起領域の長さは5
0μmである。前述した前工程を終えた後、劈開により
基板から素子を切り出した。劈開面をそのまま反射鏡と
して用い、特に端面処理を行わず200mAの電流を利
得領域部に印加したところ、しきい値電流30mA未満
でレーザー発振し両端面から波長0.98μm、150
mW以上のレーザー光出力が得られた。これはフォトダ
イオードを有しない同等構造の従来型レーザ素子と同等
の性能である。本素子のフォトダイオードの光電流−レ
ーザー光出力特性を測定した。光電流はしきい値近傍で
やや急激に立ち上がるがその後は直線的に単調増加し
た。また複数の素子から同様な特性が得られ、再現性も
確認できた。以上の結果は本発明によって光出力モニタ
を集積した半導体レーザ素子が実現できることを示した
ものである。
A crystal was grown by the MOCVD method as a prototype of this example. In FIG. 4, the resonator length was 1 mm, and the length of the semiconductor gain region 22 when viewed in the resonator direction was 850 μm. And the distance from one end face to 22 is 100μ
m, and a photodiode section 2 with a length of 50 μm in between
1 was set. The length of the non-excitation region on the other end face side is 5
0 μm. After finishing the above-mentioned previous process, the element was cut out from the substrate by cleavage. When the cleaved surface was used as a reflecting mirror as it was, and a current of 200 mA was applied to the gain region without particular end face treatment, laser oscillation occurred at a threshold current of less than 30 mA, and wavelengths of 0.98 μm and 150
A laser light output of mW or more was obtained. This is equivalent to the performance of a conventional laser device having an equivalent structure without a photodiode. The photocurrent-laser light output characteristics of the photodiode of this device were measured. The photocurrent rises abruptly near the threshold, but then linearly increases monotonically. Moreover, similar characteristics were obtained from a plurality of elements, and reproducibility was confirmed. The above results show that the present invention can realize a semiconductor laser device integrated with an optical output monitor.

【0018】[0018]

【発明の効果】このように本発明によれば、フォトダイ
オードを集積した半導体レーザを、素子製作に必要な工
程や費用をほとんど増加させることなく、かつ素子の歩
留まりや信頼性を低下させることなく実現できる。さら
に本素子を用いて半導体レーザモジュールを作製すれ
ば、光出力モニタとしてレーザ素子に集積化されたフォ
トダイオードを使用することで従来必要であった別個の
フォトダイオードを不要に出来る。その結果モジュール
製作に要する工程及び費用を低減すると共に、信頼性が
向上し、かつモジュールの一層の小型化が可能になる。
As described above, according to the present invention, a semiconductor laser integrated with a photodiode can be used without substantially increasing the steps and costs required for manufacturing an element and without lowering the yield or reliability of the element. realizable. Furthermore, if a semiconductor laser module is manufactured using this element, a separate photodiode, which was conventionally required, can be eliminated by using a photodiode integrated in the laser element as an optical output monitor. As a result, the process and cost required for manufacturing the module are reduced, the reliability is improved, and the module can be further downsized.

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

【図1】本発明および従来型素子に共通する半導体多層
膜構造の一例を示す。
FIG. 1 shows an example of a semiconductor multilayer film structure common to the present invention and a conventional device.

【図2】本発明及び従来型によるリッジ導波型端面非励
起半導体レーザ素子例の断面図を示す。上側に凸型に突
出している部分がリッジ導波路。(a)は素子部、
(b)は非励起部を示す。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of an example of a ridge-guided end face non-pumped semiconductor laser device according to the present invention and a conventional type. The part that protrudes upward is the ridge waveguide. (A) is an element part,
(B) shows a non-excitation part.

【図3】本発明によるリッジ導波型端面非励起半導体レ
ーザ素子例の斜視図を示す。上側に凸型に突出している
部分がリッジ導波路。従来型にはフォトダイオード部2
1が存在しない。
FIG. 3 shows a perspective view of an example of a ridge waveguide type end face non-pumped semiconductor laser device according to the present invention. The part that protrudes upward is the ridge waveguide. The conventional type has a photodiode section 2
1 does not exist.

【図4】従来型リッジ導波型端面非励起半導体レーザ素
子例の特定層の上面図を示す。2本の点線の間がリッジ
導波路の位置。(a)は絶縁体膜、(b)は上面電極で
ある。
FIG. 4 is a top view of a specific layer of an example of a conventional ridge waveguide type end face non-pumped semiconductor laser device. The position of the ridge waveguide is between the two dotted lines. (A) is an insulator film, (b) is an upper surface electrode.

【図5】本発明によるリッジ導波型端面非励起半導体レ
ーザ素子例の特定層の上面図を示す。2本の点線の間が
リッジ導波路の位置。(a)は絶縁体膜、(b)は上面
電極である。
FIG. 5 is a top view of a specific layer of an example of a ridge waveguide type end face non-pumped semiconductor laser device according to the present invention. The position of the ridge waveguide is between the two dotted lines. (A) is an insulator film, (b) is an upper surface electrode.

【図6】フォトダイオードをモニタとして半導体レーザ
の光出力の制御を行うブロック図を示す。
FIG. 6 shows a block diagram for controlling the optical output of a semiconductor laser using a photodiode as a monitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 (n−GaAs) 2 バッファ層 (n−GaAs、0.2μm) 3 クラッド層 (n−Al0.3 Ga0.7 As、
2μm) 4 光閉じ込め層 (n−Al0.2 Ga0.8 As、
0.2μm) 5 活性層 (In0.2 Ga0.8 As量子井
戸2層、GaAs障壁層) 6 光閉じ込め層 (p−Al0.2 Ga0.8 As、
0.2μm) 7 クラッド層 (p−Al0.3 Ga0.7 As、
2μm) 8 電極コンタクト層(p−GaAs、0.2μm) 9 絶縁体膜(SiO2 ) 10 上面電極(p型電極) 11 下面電極(n型電極) 21 フォトダイオード部(リッジ上絶縁体層なし) 22 利得領域(リッジ上絶縁体層なし) 23 端面非励起領域(リッジ上絶縁体層存在) 24 利得領域・フォトダイオード間絶縁部(リッジ
上絶縁体層存在) 25 絶縁体層 26 フォトダイオード上面電極 27 利得領域上面電極 28 電極非形成部
1 substrate (n-GaAs) 2 buffer layer (n-GaAs, 0.2 μm) 3 clad layer (n-Al 0.3 Ga 0.7 As,
2 μm) 4 Optical confinement layer (n-Al 0.2 Ga 0.8 As,
0.2 μm) 5 active layer (In 0.2 Ga 0.8 As quantum well 2 layers, GaAs barrier layer) 6 optical confinement layer (p-Al 0.2 Ga 0.8 As,
0.2 μm) 7 Clad layer (p-Al 0.3 Ga 0.7 As,
2 μm) 8 Electrode contact layer (p-GaAs, 0.2 μm) 9 Insulator film (SiO 2 ) 10 Top surface electrode (p-type electrode) 11 Bottom surface electrode (n-type electrode) 21 Photodiode part (without insulation layer on ridge) ) 22 gain region (without insulating layer on ridge) 23 end face non-excitation region (insulating layer on ridge) 24 insulating region between gain region and photodiode (insulating layer on ridge) 25 insulating layer 26 upper surface of photodiode Electrode 27 Gain area top electrode 28 Electrode non-formation part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西谷 昭彦 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Akihiko Nishitani 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の端面を反射鏡とした共振器により
構成され、端面付近を非励起領域とした半導体レーザ素
子において、レーザ駆動用上部電極と電気的に独立した
電極を、端面非励起領域に、前記レーザ駆動用上部電極
に対してオーミック接触として形成し、前記非励起領域
をフォトダイオードとしたことを特徴とする半導体レー
ザ素子。
1. A semiconductor laser device comprising a resonator having a pair of end faces as reflecting mirrors and having a non-excitation region near the end faces, wherein an electrode electrically independent from a laser driving upper electrode is provided in the end face non-excitation region. In the semiconductor laser device, an ohmic contact is formed with respect to the laser driving upper electrode, and the non-excitation region is a photodiode.
【請求項2】 上部電極及び下部電極を有する半導体装
置において、前記装置の上部に凸状のリッジを形成し、
前記リッジの中央部に利得領域を設け、この利得領域の
一方の側に絶縁部を介してフォトダイオードを設けると
ともに、他方の側に端面非励起領域を設け、かつ前記フ
ォトダイオードを前記上部電極にオーミック接触せしめ
たことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。
2. A semiconductor device having an upper electrode and a lower electrode, wherein a convex ridge is formed on the upper part of the device,
A gain region is provided in the center of the ridge, a photodiode is provided on one side of the gain region via an insulating portion, and an end face non-excitation region is provided on the other side, and the photodiode is provided on the upper electrode. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, which is in ohmic contact.
【請求項3】 請求項1記載のフォトダイオードを光出
力モニタとすることにより、光出力モニタの共振器内へ
の集積を可能にしたことを特徴とする半導体レーザ素
子。
3. A semiconductor laser device, wherein the photodiode according to claim 1 is used as an optical output monitor to enable integration of the optical output monitor in a resonator.
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