JPH09129971A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH09129971A JP7308506A JP30850695A JPH09129971A JP H09129971 A JPH09129971 A JP H09129971A JP 7308506 A JP7308506 A JP 7308506A JP 30850695 A JP30850695 A JP 30850695A JP H09129971 A JPH09129971 A JP H09129971A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光放射角が狭くかつ閾値電流等の特性の優れ
たレーザの提供。 【構成】 半導体基板１０１上に、活性層１０２、クラ
ッド層１０３を設け、基板の上下面に第１の電極１０４
と第２の電極１０５を形成する。ここで、活性層１０２
は光閉じ込め層を含むものであって、その膜厚は光出射
側端面に向かって徐々に薄くなされている。 【効果】 このように構成された半導体レーザでは、ス
ポットサイズは出射端に向かって徐々に広がるため、出
射ビームの放射角は狭められる。また、素子長は２００
μｍ以下に抑えることができるので、素子特性を良好な
値を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザの構
造に関し、特に低放射角が求められる、低価格で無調整
実装型のレーザモジュール用に適した半導体レーザの構
造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光加入者系では、低価格の半導体
レーザ（ＬＤ）モジュールが求められている。ＬＤモジ
ュールのコストの中で大きな割合を占めるものに、素子
の実装コストが挙げられる。この種ＬＤモジュールに用
いられている従来の半導体レーザは、図６に示されるよ
うに、半導体基板５０１上に、活性層５０２、クラッド
層５０３を設け、基板の上下面に第１の電極５０４、第
２の電極５０５を設けたものである。ここで、その光出
射端面での光放射角は、活性層に垂直な方向が約３０
°、活性層に平行な方向が約２５°と大きいため、直接
光ファイバと結合させることはできず、その間にレンズ
を介在させなければならない。そのため、部品コストが
かかる外、実装の際に一つずつレンズ系と光軸調整を行
ないながら搭載しなければならずそしてそのトレランス
が厳しいため調整に長時間を要することとなり、実装の
コストアップを招いていた。
【０００３】これに対し、近年、レンズ系を必要とせ
ず、直接光ファイバと光学結合を取れるような低放射角
のＬＤが提案されている。これは、図７に示されるよう
に、半導体基板６０１上に、ＬＤ領域６０８では均一の
厚さで、スポットサイズ変換領域６０９では、光出射側
端面に向かって厚さが次第に薄くなる活性層６０２を設
け、その上にクラッド層６０３を形成した後、基板上下
面に第１の電極６０４と第２の電極６０５を形成したも
のである。これによれば、ＬＤ領域６０８からの出射ビ
ームは領域６０９のテーパ導波路部分を伝搬していく内
にスポットサイズが広げられ、素子からの出射ビームは
水平、垂直方向共に１０°程度と狭められるため、光フ
ァイバとの直接の結合が可能になる。したがって、レン
ズ系を省略することができまた無調整での実装が可能に
なるため、実装コストを大幅に低減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図７に示した光放射角
を狭める従来の半導体レーザでは、スポットサイズ変換
領域６０９の光導波路において損失があることと、レー
ザが基本的にはスポットサイズ変換領域を含めた複合共
振器による長共振器構造となるために、発振閾値、駆動
電流および温度特性（閾値、スロープ効率等の温度依存
性）は単体のＬＤに比べて劣化する。長共振器化により
閾値が上昇するのは、電流を注入する領域が長くなるた
めであるので、全体の素子長を短くすればよいが、スポ
ットサイズ変換光導波路をあまり短くすると十分なスポ
ットサイズ変換が行えなくなる。従って、素子長はある
程度長くならざるを得ない（通常は５００μｍ以上）。
またテーパ導波路部分は光の減衰器として働くため、光
の取り出し効率は悪くなる。
【０００５】本発明は、このような従来の低放射角ＬＤ
の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、
低放射角特性と優れた低閾値特性、温度特性とを併せも
つ半導体レーザを提供することであ。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による半導体レーザは、光ガイド層を含む活
性層の厚さが、第１の端面から主光出力端面である第２
の端面に向かって連続的に減少していることを特徴とし
ている。
【０００７】また、上記の目的を達成するための本発明
のもう一つの半導体レーザは、均一の層厚の光ガイド層
を備えた活性層を有するレーザ領域と、光出射端面に向
かって層厚が連続的に減少する光ガイド層を備えた半導
体光導波路を有するスポットサイズ変換領域とがタンデ
ムに接合されてなり、前記レーザ領域の前記スポットサ
イズ変換領域側の活性層の一部には回折格子が形成され
ていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明の実施
の形態を説明するための断面図である。図１に示すよう
に、本発明による半導体レーザは、半導体基板１０１上
に、活性層１０２、クラッド層１０３が設けられ、基板
の上下面に第１の電極１０４と第２の電極１０５を形成
したものであるが、活性層は光出射側端面に向かって徐
々に薄くなされている。ここで、活性層１０２は光ガイ
ド層（光閉じ込め層）を含むものである。
【０００９】このように構成された半導体レーザでは、
図１に示されるように、スポットサイズは出射端に向か
って徐々に広がるため、出射ビームの放射角は垂直方
向、水平方向とも１０°程度に狭められる。また、余分
にスポットサイズ変換領域を設けたものではないので、
素子長は２００μｍ以下に抑えることができる。したが
って、本発明によれば、閾値、温度特性、光の取り出し
効率等の素子特性を短共振器のそれと同等な良好な値を
維持したまま、光出射を光ファイバとの直接結合が可能
な低放射角で行わせることが可能になる。
【００１０】本発明のもう一つの半導体レーザは、図２
に示されるように、半導体基板２０１上には、ＬＤ領域
２０８では均一の膜厚で、スポットサイズ変換領域２０
９では光出射端側に向かって徐々に膜厚が薄くなる活性
層２０２が設けられ、その上にはクラッド層２０３が設
けられている。基板上下面にはＬＤ領域２０８にのみ第
１の電極２０４と第２の電極２０５が形成されている。
また、ＬＤ領域２０８の領域２０９寄りの部分の半導体
基板２０１と活性層２０２との界面には回折格子２０６
が形成されている。
【００１１】このように構成された半導体レーザでは、
共振器が素子の一方の端面と回折格子の形成領域間で形
成されるため、素子長が例えば５００μｍと長くなって
もＬＤ領域２０８の長さは２００μｍ以下にすることが
できる。そして電流注入がＬＤ領域のみに限定されてい
るため、短共振器レーザの特長である低閾値、高効率、
良好な温度特性を具現することができる。そして、ＬＤ
領域２０８からの出射光はスポットサイズ変換領域２０
９においてそのサイズが広げられることにより、出射ビ
ームの放射角は狭められる。すなわち、図２に示す半導
体レーザにおいても、短共振器レーザの特長と出射光の
低放射角特性を備えた半導体レーザを実現することがで
きる。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図３は、本発明の第１の実施例の１．３μ
ｍ帯低放射角ＬＤの製造プロセスを説明するための断面
図と斜視図である。まず、図１（ａ）に示すように、ｎ
−ＩｎＰ基板３０１上に、光閉じ込め層となる厚さ４０
ｎｍの１．１３μｍ波長組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰを成
長させて下側ＳＣＨ層３０２ａを形成し、その上に、５
ｎｍ厚で１．４０μｍ波長組成のノンドープＩｎＧａＡ
ｓＰウェル層と１０ｎｍ厚で１．１３μｍ波長組成のノ
ンドープＩｎＧａＡｓＰバリア層からなる５ウェル構成
の歪ＭＱＷ活性層３０２ｂを成長させる。
【００１３】次に、このＭＱＷ層の形成されたウェハ３
００の表面に、図３（ｂ）に示すように、レーザ光の出
射端となる端面に向かってマスク幅が徐々に狭くなるパ
ターンの一対のＳｉＯ2 マスク３０７を形成し、これを
成長マスクとして用い、上側光閉じ込め層として１．１
３μｍ波長組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層を選択成長させ
て上側ＳＣＨ層３０２ｃを形成する。このとき、ＳｉＯ
2 マスク３０７の幅が広い程光ガイド層が厚くなるの
で、断面図である図３（ｃ）に示されるように、テーパ
形状の上側ＳＣＨ層３０２ｃが形成され、これによりテ
ーパを有する活性層（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ）
が得られる。
【００１４】この後、このＭＱＷウェハをＤＣ−ＰＢＨ
（Double-Channel Planar Buried Heterostructure）構
造に埋め込み、両電極を形成した後、２００μｍ程度の
素子長に切り出して、半導体レーザ構造を作製する。最
後に、前面および後面側に各々７０％および９５％程度
の反射率が得られるようにコーティングを施せば、水
平、垂直放射角が共に１０°程度と狭く、５ｍＡ程度の
非常に低閾値で、温度特性の良好な半導体レーザが得ら
れる。ここでは、ＤＣ−ＰＢＨ埋め込み構造について示
したが、勿論ＰＢＨ等の他の埋め込み構造やリッジ構造
にしても同様の効果は期待できる。
【００１５】図４、図５は、本発明の第２の実施例の低
放射角ＬＤの製造プロセスを説明するための斜視図と断
面図である。まず、図４（ａ）に示すように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板４０１上の一部分に長さ５０μｍにわたり、２０
２ｎｍピッチ、山谷の深さが３０ｎｍ程度の回折格子４
０６を形成する。次に、その上に図４（ｂ）に示すよう
に、厚さ４０ｎｍの１．１３μｍ波長組成のｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰからなる下側ＳＣＨ層４０２ａを成長させ、さ
らに５ｎｍ厚で１．４０μｍ波長組成のノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰウェル層と１０ｎｍ厚で１．１３μｍ波長組
成のノンドープＩｎＧａＡｓＰバリア層とからなる５ウ
ェル構成の歪ＭＱＷ活性層４０２ｂを成長させる。
【００１６】次に、このウェハ４００の表面に図４
（ｃ）に示すように、ＬＤ領域４０８では一定幅でスポ
ットサイズ変換領域４０９では光出射端に向かって幅が
漸減するパターンの一対のＳｉＯ2 マスク４０７を形成
し、これを成長マスクとして用いて、１．１３μｍ波長
組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰを選択成長させて上側ＳＣＨ
層４０２ｃを形成する。このとき、選択成長層はＳｉＯ
2 マスク幅が広い程厚く形成されるので、図５（ｄ）に
示されるように、ＬＤ領域４０８では一定の膜厚で、ス
ポットサイズ変換領域４０９では光出射端に向かって膜
厚が漸減する上側ＳＣＨ層４０２ｃが得られ、これによ
りスポットサイズ変換領域４０９では光閉じ込め層を含
めた活性層の膜厚が光出射端面に向かって漸減すること
になる。
【００１７】この後、このＭＱＷウェハをＤＣ−ＰＢＨ
構造に埋め込み、図５（ｅ）に示すように、ＬＤ領域４
０８部分のみに、第１の電極４０４、第２の電極４０５
を形成した後切り出して、半導体レーザを作製する。最
後に、前面および後面側に各々０％および９５％程度の
反射率が得られるようにコーティングを施せば、水平、
垂直放射角が共に１０°程度と狭く、５ｍＡ程度の非常
に低閾値で、温度特性の良好な半導体レーザが得られ
る。ここでは、ＤＣ−ＰＢＨ埋め込み構造について示し
たが、勿論ＰＢＨ等の他の埋め込み構造やリッジ構造に
しても同様の効果は期待できる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低放射角特性と短共振器レーザの特長である低閾値電流
と優れた温度特性とを併せもつ半導体レーザを提供する
ことができる。したがって、本発明によれば、レンズ系
を省略できる低価格ＬＤモジュール用のレーザとして使
用できる優れた特性の半導体レーザを提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を説明するための
断面図。
【図２】 本発明の第２の実施の形態を説明するための
断面図。
【図３】 本発明の第１の実施例の製造方法を説明する
ための断面図と斜視図。
【図４】 本発明の第２の実施例の製造方法を説明する
ための斜視図と断面図。
【図５】 本発明の第２の実施例の製造方法を説明する
ための断面図。
【図６】 第１の従来例の断面図。
【図７】 第２の従来例の断面図。
【符号の説明】
３００、４００ ウェハ １０１、２０１、５０１、６０１ 半導体基板 ３０１、４０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０２、２０２、５０２、６０２ 活性層 ３０２ａ、４０２ａ 下側ＳＣＨ層 ３０２ｂ、４０２ｂ 歪ＭＱＷ活性層 ３０２ｃ、４０２ｃ 上側ＳＣＨ層 １０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ ク
ラッド層 １０４、２０４、４０４、５０４、６０４ 第１の電極 １０５、２０５、４０５、５０５、６０５ 第２の電極 ２０６、４０６ 回折格子 ３０７、４０７ ＳｉＯ2 マスク ２０８、４０８、６０８ ＬＤ領域 ２０９、４０９、６０９ スポットサイズ変換領域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ガイド層を含む活性層の厚さが、第１
    の端面から主光出力端面である第２の端面に向かって連
    続的に減少していることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 前記第１の端面に高反射コーティングが
    施され、前記第２の端面に前記第１の端面の反射コーテ
    ィングより低い反射率の高反射コーティングが施されて
    いることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項３】 均一の層厚の光ガイド層を備えた活性層
    を有するレーザ領域と、光出射端面に向かって層厚が連
    続的に減少する光ガイド層を備えた半導体光導波路を有
    するスポットサイズ変換領域とがタンデムに接合されて
    なり、前記レーザ領域の前記スポットサイズ変換領域側
    の活性層の一部には回折格子が形成されていることを特
    徴とする半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 前記レーザ領域の長さが２００ｎｍ以下
    であることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。
  5. 【請求項５】 前記活性層に電流を注入するための電極
    は、前記レーザ領域上にのみ設けられていることを特徴
    とする請求項３記載の半導体レーザ。
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