JPH1117276A - 半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置 - Google Patents
半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置Info
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- JPH1117276A JPH1117276A JP16365897A JP16365897A JPH1117276A JP H1117276 A JPH1117276 A JP H1117276A JP 16365897 A JP16365897 A JP 16365897A JP 16365897 A JP16365897 A JP 16365897A JP H1117276 A JPH1117276 A JP H1117276A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ファイバアンプ用励起光源として利用可能
な、半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置を
提供することを課題とする。 【解決手段】 半導体レーザと光増幅器を集積化した半
導体装置において、半導体基板上に形成された第１の光
導波路１６を持つ半導体レーザと、前記の半導体レーザ
からの光が結合するように前記の基板上に形成された第
２の光導波路１７を持つ光増幅器と、半導体レーザと光
増幅器のそれぞれを独立に励起する電気的手段とを具備
し、前記の第２の光導波路１７は、前記の第１の光導波
路と同一の幅で接続して端面に向かうに従って幅が拡が
っており、且つ前記の光増幅器の活性層２２は、前記の
第１の光導波路１６と同一の幅で接続して前記の第２の
光導波路１７と同一の幅を持つ領域と、前記の領域と接
続して端面に向かうに従って幅が狭くなっている領域を
持つ。
な、半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置を
提供することを課題とする。 【解決手段】 半導体レーザと光増幅器を集積化した半
導体装置において、半導体基板上に形成された第１の光
導波路１６を持つ半導体レーザと、前記の半導体レーザ
からの光が結合するように前記の基板上に形成された第
２の光導波路１７を持つ光増幅器と、半導体レーザと光
増幅器のそれぞれを独立に励起する電気的手段とを具備
し、前記の第２の光導波路１７は、前記の第１の光導波
路と同一の幅で接続して端面に向かうに従って幅が拡が
っており、且つ前記の光増幅器の活性層２２は、前記の
第１の光導波路１６と同一の幅で接続して前記の第２の
光導波路１７と同一の幅を持つ領域と、前記の領域と接
続して端面に向かうに従って幅が狭くなっている領域を
持つ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高い光出力が得られ
る半導体装置に関するものである。特にファイバアンプ
用励起光源として利用可能な、半導体レーザと光増幅器
を集積化した半導体装置に関するものである。
る半導体装置に関するものである。特にファイバアンプ
用励起光源として利用可能な、半導体レーザと光増幅器
を集積化した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板上
に積層された半導体層を有する半導体レーザが種々提案
されている。このような半導体レーザの中で、ＩｎＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ歪量子井戸層を活性層とした８００ない
し１１００ｎｍの波長帯のレーザは光通信、特にファイ
バアンプ用励起光源として用いられている。前記の励起
光源には高出力動作が求められているが、半導体レーザ
と光増幅器を集積化した半導体装置はこの点で有利であ
る。従来技術による半導体レーザと光増幅器を集積化し
た半導体装置は、下記の文献１にあるように、光増幅器
の活性層として台形で層厚が一定な活性層を用いてお
り、出射光を広い端面領域に分布させて出射光密度を低
減している（米国特許第４７４４０８９号(Monolithic
semiconductor laser and optical amplifier)参照）。
に積層された半導体層を有する半導体レーザが種々提案
されている。このような半導体レーザの中で、ＩｎＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ歪量子井戸層を活性層とした８００ない
し１１００ｎｍの波長帯のレーザは光通信、特にファイ
バアンプ用励起光源として用いられている。前記の励起
光源には高出力動作が求められているが、半導体レーザ
と光増幅器を集積化した半導体装置はこの点で有利であ
る。従来技術による半導体レーザと光増幅器を集積化し
た半導体装置は、下記の文献１にあるように、光増幅器
の活性層として台形で層厚が一定な活性層を用いてお
り、出射光を広い端面領域に分布させて出射光密度を低
減している（米国特許第４７４４０８９号(Monolithic
semiconductor laser and optical amplifier)参照）。
【０００３】出射光密度の低減は端面劣化の抑制につな
がるので、信頼性の高い半導体装置を提供できる。しか
し、上記の半導体装置では台形で層厚が一定な活性層を
用いているために、出射光の遠視野像が極端に偏平にな
ってしまい、単一モードファイバと光結合するのが非常
に困難であるという問題があった。
がるので、信頼性の高い半導体装置を提供できる。しか
し、上記の半導体装置では台形で層厚が一定な活性層を
用いているために、出射光の遠視野像が極端に偏平にな
ってしまい、単一モードファイバと光結合するのが非常
に困難であるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
技術による半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体
装置では、単一モードファイバに光結合することが困難
である。それ故、本発明はこのような事情に基づいてな
されたものであり、その目的は、高出力動作を保ちなが
ら容易に単一モードファイバとの光結合が可能で信頼性
の高い半導体装置を提供することにある。
技術による半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体
装置では、単一モードファイバに光結合することが困難
である。それ故、本発明はこのような事情に基づいてな
されたものであり、その目的は、高出力動作を保ちなが
ら容易に単一モードファイバとの光結合が可能で信頼性
の高い半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置
は、以下のように特定される。
明の半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置
は、以下のように特定される。
【０００６】（１）［請求項１］の発明は、半導体レー
ザと光増幅器を集積化した半導体装置において、 半導
体基板上に形成された第１の光導波路を持つ半導体レー
ザと、前記の半導体レーザからの光が結合するように前
記の基板上に形成された第２の光導波路を持つ光増幅器
と、半導体レーザと光増幅器のそれぞれを独立に励起す
る電気的手段とを具備し、 前記の第２の光導波路は、
前記の第１の光導波路と同一の幅で接続して端面に向か
うに従って幅が拡がっており、且つ前記の光増幅器の活
性層は、前記の第１の光導波路と同一の幅で接続して前
記の第２の光導波路と同一の幅を持つ領域と、前記の領
域と接続して端面に向かうに従って幅が狭くなっている
領域を持つことを特徴とする。
ザと光増幅器を集積化した半導体装置において、 半導
体基板上に形成された第１の光導波路を持つ半導体レー
ザと、前記の半導体レーザからの光が結合するように前
記の基板上に形成された第２の光導波路を持つ光増幅器
と、半導体レーザと光増幅器のそれぞれを独立に励起す
る電気的手段とを具備し、 前記の第２の光導波路は、
前記の第１の光導波路と同一の幅で接続して端面に向か
うに従って幅が拡がっており、且つ前記の光増幅器の活
性層は、前記の第１の光導波路と同一の幅で接続して前
記の第２の光導波路と同一の幅を持つ領域と、前記の領
域と接続して端面に向かうに従って幅が狭くなっている
領域を持つことを特徴とする。
【０００７】（２）［請求項２］の発明は、請求項１に
おいて、前記の第２の光導波路と端面との間に前記の第
２の光導波路より屈折率の低い領域を持つことを特徴と
する。導体装置。
おいて、前記の第２の光導波路と端面との間に前記の第
２の光導波路より屈折率の低い領域を持つことを特徴と
する。導体装置。
【０００８】（３）［請求項３］の発明は、請求項１に
おいて、前記の第２の光導波路と端面との間に前記の半
導体レーザからの光よりエネルギーが大きい禁制帯幅を
有する半導体層の領域を持つことを特徴とする。
おいて、前記の第２の光導波路と端面との間に前記の半
導体レーザからの光よりエネルギーが大きい禁制帯幅を
有する半導体層の領域を持つことを特徴とする。
【０００９】（４）［請求項４］の発明は、請求項１に
おいて、前記の半導体レーザが、分布ブラッグ反射型レ
ーザであることを特徴とする。
おいて、前記の半導体レーザが、分布ブラッグ反射型レ
ーザであることを特徴とする。
【００１０】（５）［請求項５］の発明は、請求項１に
おいて、前記の半導体レーザが、分布帰還型レーザであ
ることを特徴とする。
おいて、前記の半導体レーザが、分布帰還型レーザであ
ることを特徴とする。
【００１１】（６）［請求項６］の発明は、請求項１に
おいて、前記の半導体レーザが、リッジメサ側面近傍に
回析格子を持つリッジ導波路型レーザであることを特徴
とする。
おいて、前記の半導体レーザが、リッジメサ側面近傍に
回析格子を持つリッジ導波路型レーザであることを特徴
とする。
【００１２】前記開示される発明のうち代表的なものの
概要を簡単に説明する。
概要を簡単に説明する。
【００１３】［請求項１］の発明は、光増幅器の光導波
路が、半導体レーザの光導波路と同一の幅で接続して端
面に向かうに従って幅が拡がっており、また、光増幅器
の活性層が、光増幅器の光導波路と同一の幅を持つ領域
と、前記の領域と接続して端面に向かうに従って幅が狭
くなっている領域を持つものである。これにより、光増
幅器の活性層が端面に向かうに従って幅が狭くなってい
るので、光導波路からの光のしみだしが起こり、出射光
の近視野像が垂直方向にも拡がる。出射光の近視野像と
遠視野像はフーリエ変換の関係にあるので、このことは
遠視野像の垂直放射角が狭くなることを意味する。これ
に対し、従来技術による半導体装置では、出射光の遠視
野像が極端に偏平であったのが、本発明による半導体装
置では、垂直放射角が狭くなるために容易に単一モード
ファイバに光結合できる。さらに、出射光の近視野像が
拡がることで端面における出射光密度が低減して端面劣
化の抑制につながるので、より信頼性の高い半導体装置
を提供できる。
路が、半導体レーザの光導波路と同一の幅で接続して端
面に向かうに従って幅が拡がっており、また、光増幅器
の活性層が、光増幅器の光導波路と同一の幅を持つ領域
と、前記の領域と接続して端面に向かうに従って幅が狭
くなっている領域を持つものである。これにより、光増
幅器の活性層が端面に向かうに従って幅が狭くなってい
るので、光導波路からの光のしみだしが起こり、出射光
の近視野像が垂直方向にも拡がる。出射光の近視野像と
遠視野像はフーリエ変換の関係にあるので、このことは
遠視野像の垂直放射角が狭くなることを意味する。これ
に対し、従来技術による半導体装置では、出射光の遠視
野像が極端に偏平であったのが、本発明による半導体装
置では、垂直放射角が狭くなるために容易に単一モード
ファイバに光結合できる。さらに、出射光の近視野像が
拡がることで端面における出射光密度が低減して端面劣
化の抑制につながるので、より信頼性の高い半導体装置
を提供できる。
【００１４】［請求項２］の発明は、光増幅器の光導波
路と端面との間に前記の光導波路より屈折率の低い領域
を持つものである。これにより、光増幅器の光導波路と
端面との間によりエネルギーが大きい禁制帯幅を有する
半導体層の領域（屈折率の低い領域）を持つので、端面
近傍の光吸収を抑制することができる。すなわち、いわ
ゆる窓構造を形成することになり、さらにより信頼性の
高い半導体装置を提供できる。
路と端面との間に前記の光導波路より屈折率の低い領域
を持つものである。これにより、光増幅器の光導波路と
端面との間によりエネルギーが大きい禁制帯幅を有する
半導体層の領域（屈折率の低い領域）を持つので、端面
近傍の光吸収を抑制することができる。すなわち、いわ
ゆる窓構造を形成することになり、さらにより信頼性の
高い半導体装置を提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を説明する。図１は、本発明による半導
体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置の概観を示
す、上面から見た平面図である。本発明による半導体装
置は、半導体レーザおよび光増幅器の二つの要素から構
成されている。ここでは、［請求項４］にある分布ブラ
ッグ反射型レーザを用いた場合を一例として取り上げ
る。図１中、符号１６は半導体レーザの光導波路、１７
は光増幅器の光導波路である。１８および１９は分布ブ
ラッグ反射器、２０および２１は反射防止膜を各々図示
する。ただし、半導体レーザおよび光増幅器を励起する
電気的手段は図には示されていない。
施の形態の一例を説明する。図１は、本発明による半導
体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置の概観を示
す、上面から見た平面図である。本発明による半導体装
置は、半導体レーザおよび光増幅器の二つの要素から構
成されている。ここでは、［請求項４］にある分布ブラ
ッグ反射型レーザを用いた場合を一例として取り上げ
る。図１中、符号１６は半導体レーザの光導波路、１７
は光増幅器の光導波路である。１８および１９は分布ブ
ラッグ反射器、２０および２１は反射防止膜を各々図示
する。ただし、半導体レーザおよび光増幅器を励起する
電気的手段は図には示されていない。
【００１６】図２は、本発明による半導体装置の共振器
方向の構造を示す、図１のＡ−Ａ′線における断面図で
ある。図２中、符号６は半導体レーザのＩｎx Ｇａ1-x
Ａｓ歪量子井戸活性層、２２は光増幅器の活性層、１２
は絶縁層、１３は半導体レーザのｐ電極、１４は光増幅
器のｐ電極、１５はｎ電極を各々図示する。
方向の構造を示す、図１のＡ−Ａ′線における断面図で
ある。図２中、符号６は半導体レーザのＩｎx Ｇａ1-x
Ａｓ歪量子井戸活性層、２２は光増幅器の活性層、１２
は絶縁層、１３は半導体レーザのｐ電極、１４は光増幅
器のｐ電極、１５はｎ電極を各々図示する。
【００１７】図３は、本発明による半導体装置における
半導体レーザの積層構造を示す、図１のＢ−Ｂ′線にお
ける断面図である。図１中、符号１はｎ+ −ＧａＡｓ基
板、２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、３はｎ−Ａｌp Ｇａ
1-p Ａｓ (ｐ＞ｑ)クラッド層、４はｎ−Ａｌq Ｇａ
1-q Ａｓガイド層、５はｎ−Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ (０＜
ｒ＜ｑ) ＳＣＨ(Separate-Confinement-Heterostructur
e)層、６はＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ歪量子井戸活性層、７は
ｐ−Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ (０＜ｒ＜ｑ) ＳＣＨ層、８は
ｐ−Ａｌq Ｇａ1-q Ａｓガイド層、９はｐ−Ａｌp Ｇａ
1-pＡｓ (ｐ＞ｑ)クラッド層、１０はｐ+ −ＧａＡｓコ
ンタクト層、１１はＡｌs Ｇａ1-s Ａｓ (ｓ＞ｐ）埋め
込み層、１２は絶縁層、１３はｐ電極、１５はｎ電極を
各々図示する。ここで、活性層は圧縮歪を持つ一重の量
子井戸層であり、波長９８０ｎｍでレーザ発振させるた
めにＩｎ組成を０．２３（ｘ＝０．２３）、層厚を７ｎ
ｍとする。クラッド層のＡｌ組成ｐはガイド層のＡｌ組
成ｑより大きく（ｐ＞ｑ）、ＳＣＨ層のＡｌ組成ｒは０
より大きくガイド層のＡｌ組成ｑより小さくなるように
設定する（０＜ｒ＜ｑ）。また、埋め込み層のＡｌ組成
ｓはクラッド層のＡｌ組成ｐより大きくなるように設定
する（ｓ＞ｐ）。前記のＡｌ組成の変化により光を閉じ
込めて光導波構造とする。
半導体レーザの積層構造を示す、図１のＢ−Ｂ′線にお
ける断面図である。図１中、符号１はｎ+ −ＧａＡｓ基
板、２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、３はｎ−Ａｌp Ｇａ
1-p Ａｓ (ｐ＞ｑ)クラッド層、４はｎ−Ａｌq Ｇａ
1-q Ａｓガイド層、５はｎ−Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ (０＜
ｒ＜ｑ) ＳＣＨ(Separate-Confinement-Heterostructur
e)層、６はＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ歪量子井戸活性層、７は
ｐ−Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ (０＜ｒ＜ｑ) ＳＣＨ層、８は
ｐ−Ａｌq Ｇａ1-q Ａｓガイド層、９はｐ−Ａｌp Ｇａ
1-pＡｓ (ｐ＞ｑ)クラッド層、１０はｐ+ −ＧａＡｓコ
ンタクト層、１１はＡｌs Ｇａ1-s Ａｓ (ｓ＞ｐ）埋め
込み層、１２は絶縁層、１３はｐ電極、１５はｎ電極を
各々図示する。ここで、活性層は圧縮歪を持つ一重の量
子井戸層であり、波長９８０ｎｍでレーザ発振させるた
めにＩｎ組成を０．２３（ｘ＝０．２３）、層厚を７ｎ
ｍとする。クラッド層のＡｌ組成ｐはガイド層のＡｌ組
成ｑより大きく（ｐ＞ｑ）、ＳＣＨ層のＡｌ組成ｒは０
より大きくガイド層のＡｌ組成ｑより小さくなるように
設定する（０＜ｒ＜ｑ）。また、埋め込み層のＡｌ組成
ｓはクラッド層のＡｌ組成ｐより大きくなるように設定
する（ｓ＞ｐ）。前記のＡｌ組成の変化により光を閉じ
込めて光導波構造とする。
【００１８】上記の積層構造を実現するために、エピタ
キシャル結晶成長装置（ＭＯＶＰＥ法：有機金属気相成
長法、あるいはＭＢＥ法：分子線エピタキシー法）によ
り、ｎ+ −ＧａＡｓ基板１上に半導体薄膜層２から１０
までを成長する。ＭＯＶＰＥ法では、半導体薄膜層成長
用の原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリ
エチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）およびアルシン（ＡｓＨ3)を、ｎ型ドーパン
トとしてセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、ｐ型ドーパントと
してジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を利用した。エピタキ
シャル成長温度は約７００℃、成長圧力は約１０4 Ｐａ
としている。キャリアガスは水素（Ｈ2)である。ＭＢＥ
法では原料として金属ガリウム（Ｇａ）、インジウム
（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）および固体砒素（Ａ
ｓ）を、ｎ型ドーパントとしてシリコン（Ｓｉ）、ｐ型
ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を利用した。エピタキシ
ャル成長温度は約６５０℃、成長圧力は約１０-2Ｐａと
している。
キシャル結晶成長装置（ＭＯＶＰＥ法：有機金属気相成
長法、あるいはＭＢＥ法：分子線エピタキシー法）によ
り、ｎ+ −ＧａＡｓ基板１上に半導体薄膜層２から１０
までを成長する。ＭＯＶＰＥ法では、半導体薄膜層成長
用の原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリ
エチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）およびアルシン（ＡｓＨ3)を、ｎ型ドーパン
トとしてセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、ｐ型ドーパントと
してジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を利用した。エピタキ
シャル成長温度は約７００℃、成長圧力は約１０4 Ｐａ
としている。キャリアガスは水素（Ｈ2)である。ＭＢＥ
法では原料として金属ガリウム（Ｇａ）、インジウム
（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）および固体砒素（Ａ
ｓ）を、ｎ型ドーパントとしてシリコン（Ｓｉ）、ｐ型
ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を利用した。エピタキシ
ャル成長温度は約６５０℃、成長圧力は約１０-2Ｐａと
している。
【００１９】図４は、本発明による半導体装置における
活性層の構成を上面から示す、図２のＣ−Ｃ′線におけ
る断面図である。半導体レーザの活性層６と光増幅器の
活性層２２の領域は、それぞれ個別のパタンで図に示さ
れている。ここで、半導体レーザからの光が結合するよ
うに前記の基板上に形成された光増幅器の光導波路１７
は、前記レーザの光導波路１６と同一の幅で接続して端
面に向かうに従って幅が拡がっていると共に前記の光増
幅器の活性層２２は、前記光導波路１６と同一の幅で接
続して前記の光導波路の光導波路１７と同一の幅を持つ
領域と、前記の領域と接続して端面に向かうに従って幅
が狭くなっている領域とを持つので、光増幅器の活性層
２２は図に示すような五角形の領域を持つこととなる。
これにより、光増幅器の活性層２２が端面の反射防止膜
２１に向かうに従って幅が狭くなっているので、光増幅
器の光導波路１７からの光のしみだしが起こり、出射光
の近視野像が垂直方向にも拡がる。
活性層の構成を上面から示す、図２のＣ−Ｃ′線におけ
る断面図である。半導体レーザの活性層６と光増幅器の
活性層２２の領域は、それぞれ個別のパタンで図に示さ
れている。ここで、半導体レーザからの光が結合するよ
うに前記の基板上に形成された光増幅器の光導波路１７
は、前記レーザの光導波路１６と同一の幅で接続して端
面に向かうに従って幅が拡がっていると共に前記の光増
幅器の活性層２２は、前記光導波路１６と同一の幅で接
続して前記の光導波路の光導波路１７と同一の幅を持つ
領域と、前記の領域と接続して端面に向かうに従って幅
が狭くなっている領域とを持つので、光増幅器の活性層
２２は図に示すような五角形の領域を持つこととなる。
これにより、光増幅器の活性層２２が端面の反射防止膜
２１に向かうに従って幅が狭くなっているので、光増幅
器の光導波路１７からの光のしみだしが起こり、出射光
の近視野像が垂直方向にも拡がる。
【００２０】図１ないし図４において説明した半導体装
置を製作する手順を以下に説明する。上記の半導体レー
ザの積層構造のうちｎ−バッファ層２からｐ−ガイド層
８までをＭＯＶＰＥ法によりＧａＡｓ基板１上に成長す
る。所定のパタンによるエッチングを行い、分布ブラッ
グ型反射器となる２次回析格子１８および１９をｐ−ガ
イド層８に形成する。この後、ｐ−クラッド層９および
コンタクト層１０を再成長して半導体レーザの積層構造
を完成する。
置を製作する手順を以下に説明する。上記の半導体レー
ザの積層構造のうちｎ−バッファ層２からｐ−ガイド層
８までをＭＯＶＰＥ法によりＧａＡｓ基板１上に成長す
る。所定のパタンによるエッチングを行い、分布ブラッ
グ型反射器となる２次回析格子１８および１９をｐ−ガ
イド層８に形成する。この後、ｐ−クラッド層９および
コンタクト層１０を再成長して半導体レーザの積層構造
を完成する。
【００２１】上記の半導体レーザの積層構造に対して所
定のパタンによるエッチングを行い、光増幅器を形成す
べき領域の成長層を取り除く。ここでは、コンタクト層
１０からｎ−ガイド層４までを加工して取り除いてお
く。この後、適当なマスクパタンを用いて、半導体レー
ザの場合と同様にＭＯＶＰＥ法により、光増幅器のｎ−
ガイド層、ｎ−ＳＣＨ層、活性層２２、およびｐ−ＳＣ
Ｈ層を再成長する。ここで、光増幅器の活性層は、三重
のＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ歪量子井戸層と前記の量子井戸層
に挟まれる二重のＧａＡｓバリア層とから構成する。半
導体レーザおよび光増幅器の積層構造をそれぞれ個別に
成長させることにより、前記の構成要素の機能に特化し
た積層構造を形成できる。
定のパタンによるエッチングを行い、光増幅器を形成す
べき領域の成長層を取り除く。ここでは、コンタクト層
１０からｎ−ガイド層４までを加工して取り除いてお
く。この後、適当なマスクパタンを用いて、半導体レー
ザの場合と同様にＭＯＶＰＥ法により、光増幅器のｎ−
ガイド層、ｎ−ＳＣＨ層、活性層２２、およびｐ−ＳＣ
Ｈ層を再成長する。ここで、光増幅器の活性層は、三重
のＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ歪量子井戸層と前記の量子井戸層
に挟まれる二重のＧａＡｓバリア層とから構成する。半
導体レーザおよび光増幅器の積層構造をそれぞれ個別に
成長させることにより、前記の構成要素の機能に特化し
た積層構造を形成できる。
【００２２】上記の光増幅器の積層構造に対して所定の
パタンによるエッチングを行い、光増幅器のｐ−ＳＣＨ
層、活性層２２、およびｎ−ＳＣＨ層を加工する。ここ
で、活性層２２が図４に示すような五角形の領域を持つ
ようにする。この後、適当なマスクパタンを用いたＭＯ
ＶＰＥ法により、光増幅器のｐ−ガイド層、ｐ−クラッ
ド層、およびコンタクト層を再成長する。ここで、ガイ
ド層およびクラッド層の層構成は、光増幅器の光導波路
から光のしみだしが起こるように設定する。半導体レー
ザおよび光増幅器の積層構造をそれぞれ個別に成長させ
ることにより、前記の光のしみだしを制御することがで
きる。
パタンによるエッチングを行い、光増幅器のｐ−ＳＣＨ
層、活性層２２、およびｎ−ＳＣＨ層を加工する。ここ
で、活性層２２が図４に示すような五角形の領域を持つ
ようにする。この後、適当なマスクパタンを用いたＭＯ
ＶＰＥ法により、光増幅器のｐ−ガイド層、ｐ−クラッ
ド層、およびコンタクト層を再成長する。ここで、ガイ
ド層およびクラッド層の層構成は、光増幅器の光導波路
から光のしみだしが起こるように設定する。半導体レー
ザおよび光増幅器の積層構造をそれぞれ個別に成長させ
ることにより、前記の光のしみだしを制御することがで
きる。
【００２３】半導体レーザの光導波路１６および光増幅
器の光導波路１７を形成するために、上記の積層構造に
対して所定のパタンによるエッチングを行い、コンタク
ト層１０からｎ−クラッド層３までを加工する。図１に
示すように、半導体レーザの光導波路としては、幅４μ
ｍのリッジメサストライプを形成する。また、光増幅器
の光導波路としては、半導体レーザと幅４μｍで接続し
て６度の拡がり角を持つリッジメサを形成する。前記の
リッジメサに対して適当なマスクパタンを用いたＭＯＶ
ＰＥ法により埋め込み再成長を行う。ここでは、注入電
流のリッジメサへの狭窄のためにｐ−埋め込み層および
ｎ−埋め込み層を順次積層させる。
器の光導波路１７を形成するために、上記の積層構造に
対して所定のパタンによるエッチングを行い、コンタク
ト層１０からｎ−クラッド層３までを加工する。図１に
示すように、半導体レーザの光導波路としては、幅４μ
ｍのリッジメサストライプを形成する。また、光増幅器
の光導波路としては、半導体レーザと幅４μｍで接続し
て６度の拡がり角を持つリッジメサを形成する。前記の
リッジメサに対して適当なマスクパタンを用いたＭＯＶ
ＰＥ法により埋め込み再成長を行う。ここでは、注入電
流のリッジメサへの狭窄のためにｐ−埋め込み層および
ｎ−埋め込み層を順次積層させる。
【００２４】埋め込み再成長後、例えばマグネトロンス
パッタ法でＳｉの酸化膜（ＳｉＯ2）からなる絶縁層１
２を基板表面全体に形成し、リッジ上部の電流注入領域
上にあるＳｉＯ2 だけをエッチングにより除去する。そ
の後、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ)(Ｃｒ／Ａ
ｕ）、あるいはＴｉ、白金（Ｐｔ）およびＡｕ（Ｔｉ／
Ｐｔ／Ａｕ）からなるｐ電極１３および１４を形成す
る。その後、厚さ１００μｍまで基板表面を研磨し、例
えばＡｕ、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびニッケル（Ｎ
ｉ)(Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ）からなるｎ電極１５を形成す
る。最後にオーミックシンターにより電極部を完成す
る。こうして形成されたウェハを、共振器方向と垂直方
向に劈開して、例えば長さ１０ｍｍ、幅４ｍｍのウェハ
に分割する。分割されたウェハの劈開面に、例えばプラ
ズマＣＶＤ法を用いて、反射防止膜２０および２１とし
て例えばＳｉの窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4)を付着させる。前記
の反射防止膜は端面保護膜としても作用する。その後、
前記のウェハをさらに劈開により個別の半導体素子に分
割する。前記の半導体素子についてモジュールとしての
実装および組立を行い、半導体装置とする。
パッタ法でＳｉの酸化膜（ＳｉＯ2）からなる絶縁層１
２を基板表面全体に形成し、リッジ上部の電流注入領域
上にあるＳｉＯ2 だけをエッチングにより除去する。そ
の後、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ)(Ｃｒ／Ａ
ｕ）、あるいはＴｉ、白金（Ｐｔ）およびＡｕ（Ｔｉ／
Ｐｔ／Ａｕ）からなるｐ電極１３および１４を形成す
る。その後、厚さ１００μｍまで基板表面を研磨し、例
えばＡｕ、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびニッケル（Ｎ
ｉ)(Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ）からなるｎ電極１５を形成す
る。最後にオーミックシンターにより電極部を完成す
る。こうして形成されたウェハを、共振器方向と垂直方
向に劈開して、例えば長さ１０ｍｍ、幅４ｍｍのウェハ
に分割する。分割されたウェハの劈開面に、例えばプラ
ズマＣＶＤ法を用いて、反射防止膜２０および２１とし
て例えばＳｉの窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4)を付着させる。前記
の反射防止膜は端面保護膜としても作用する。その後、
前記のウェハをさらに劈開により個別の半導体素子に分
割する。前記の半導体素子についてモジュールとしての
実装および組立を行い、半導体装置とする。
【００２５】ここでは、［請求項１］および［請求項
４］にもとづく本発明の実施の形態の一例を説明した
が、［請求項２］及び［請求項３］にもとづいて本発明
を実施する場合には、半導体レーザの光導波路１６およ
び光増幅器の光導波路１７を形成する際に、端面近傍の
光導波路１７も取り除くような所定のパタンによりエッ
チングを行い、コンタクト層１０からｎ−クラッド層３
までを加工し、加工後において、前記の第２の光導波路
と端面との間に前記の第２の光導波路より屈折率の低い
領域や、前記の第２の光導波路と端面との間に前記の半
導体レーザからの光よりエネルギーが大きい禁制帯幅を
有する半導体層の領域を形成すればよい。
４］にもとづく本発明の実施の形態の一例を説明した
が、［請求項２］及び［請求項３］にもとづいて本発明
を実施する場合には、半導体レーザの光導波路１６およ
び光増幅器の光導波路１７を形成する際に、端面近傍の
光導波路１７も取り除くような所定のパタンによりエッ
チングを行い、コンタクト層１０からｎ−クラッド層３
までを加工し、加工後において、前記の第２の光導波路
と端面との間に前記の第２の光導波路より屈折率の低い
領域や、前記の第２の光導波路と端面との間に前記の半
導体レーザからの光よりエネルギーが大きい禁制帯幅を
有する半導体層の領域を形成すればよい。
【００２６】また、［請求項５］にもとづいて本発明を
実施する場合には、分布帰還型レーザとなるような所定
のパタンにより２次回析格子をｐ−ガイド層８に形成す
ればよい。
実施する場合には、分布帰還型レーザとなるような所定
のパタンにより２次回析格子をｐ−ガイド層８に形成す
ればよい。
【００２７】また、［請求項６］にもとづいて本発明を
実施する場合には、前記の半導体レーザとして、リッジ
メサ側面近傍に回析格子を持つリッジ導波路型レーザを
用いればよい。
実施する場合には、前記の半導体レーザとして、リッジ
メサ側面近傍に回析格子を持つリッジ導波路型レーザを
用いればよい。
【００２８】以上、本発明の実施の形態の一例としてＩ
ｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ埋め込みヘテロ構造の半導体
装置について詳細に説明した。しかし、本発明は［請求
項６］に述べたような他の構造の半導体装置、およびＡ
ｌＧａＡｓ以外の化合物半導体からなる半導体装置にも
同様に適用可能である。また、製作工程および素子パラ
メータは、上記のものと異なるものであってもよい。
ｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ埋め込みヘテロ構造の半導体
装置について詳細に説明した。しかし、本発明は［請求
項６］に述べたような他の構造の半導体装置、およびＡ
ｌＧａＡｓ以外の化合物半導体からなる半導体装置にも
同様に適用可能である。また、製作工程および素子パラ
メータは、上記のものと異なるものであってもよい。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による半導体レーザと光増幅器を集積化した半導
体装置によれば、光増幅器の活性層が、光増幅器の光導
波路と同一の幅を持つ領域と、前記の領域と接続して端
面に向かうに従って幅が狭くなっている領域を持つため
に、出射光の垂直放射角を狭くできる。さらに、端面に
おける出射光密度を低減できる。従って、高出力動作を
保ちながら容易に単一モードファイバとの光結合が可能
で信頼性の高い半導体装置を提供できるという利点があ
る。
本発明による半導体レーザと光増幅器を集積化した半導
体装置によれば、光増幅器の活性層が、光増幅器の光導
波路と同一の幅を持つ領域と、前記の領域と接続して端
面に向かうに従って幅が狭くなっている領域を持つため
に、出射光の垂直放射角を狭くできる。さらに、端面に
おける出射光密度を低減できる。従って、高出力動作を
保ちながら容易に単一モードファイバとの光結合が可能
で信頼性の高い半導体装置を提供できるという利点があ
る。
【図１】本発明による半導体レーザと光増幅器を集積化
した半導体装置の上面から見た平面図。
した半導体装置の上面から見た平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ′線における断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ′線における断面図。
【図４】図２のＣ−Ｃ′線における断面図。
１ ｎ+ −ＧａＡｓ基板 ２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ３ ｎ−Ａｌp Ｇａ1-p Ａｓクラッド層 ４ ｎ−Ａｌq Ｇａ1-q Ａｓガイド層 ５ ｎ−Ａｌr Ｇａ1-r ＡｓＳＣＨ層 ６ 半導体レーザのＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ歪量子井戸活性
層 ７ ｐ−Ａｌr Ｇａ1-r ＡｓＳＣＨ層 ８ ｐ−Ａｌq Ｇａ1-q Ａｓガイド層 ９ ｐ−Ａｌp Ｇａ1-p Ａｓクラッド層 １０ ｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層 １１ Ａｌs Ｇａ1-s Ａｓ埋め込み層 １２ 絶縁層 １３ 半導体レーザのｐ電極 １４ 光増幅器のｐ電極 １５ ｎ電極 １６ 半導体レーザの光導波路 １７ 光増幅器の光導波路 １８，１９ 分布ブラッグ反射器 ２０，２１ 反射防止膜 ２２ 光増幅器の活性層
層 ７ ｐ−Ａｌr Ｇａ1-r ＡｓＳＣＨ層 ８ ｐ−Ａｌq Ｇａ1-q Ａｓガイド層 ９ ｐ−Ａｌp Ｇａ1-p Ａｓクラッド層 １０ ｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層 １１ Ａｌs Ｇａ1-s Ａｓ埋め込み層 １２ 絶縁層 １３ 半導体レーザのｐ電極 １４ 光増幅器のｐ電極 １５ ｎ電極 １６ 半導体レーザの光導波路 １７ 光増幅器の光導波路 １８，１９ 分布ブラッグ反射器 ２０，２１ 反射防止膜 ２２ 光増幅器の活性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹下 達也 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体レーザと光増幅器を集積化した半
導体装置において、 半導体基板上に形成された第１の光導波路を持つ半導体
レーザと、 前記の半導体レーザからの光が結合するように前記の基
板上に形成された第２の光導波路を持つ光増幅器と、 半導体レーザと光増幅器のそれぞれを独立に励起する電
気的手段とを具備し、 前記の第２の光導波路は、前記の第１の光導波路と同一
の幅で接続して端面に向かうに従って幅が拡がってお
り、且つ前記の光増幅器の活性層は、前記の第１の光導
波路と同一の幅で接続して前記の第２の光導波路と同一
の幅を持つ領域と、前記の領域と接続して端面に向かう
に従って幅が狭くなっている領域を持つことを特徴とす
る半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記の第２の光導波路と端面との間に前記の第２の光導
波路より屈折率の低い領域を持つことを特徴とする半導
体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１において、 前記の第２の光導波路と端面との間に前記の半導体レー
ザからの光よりエネルギーが大きい禁制帯幅を有する半
導体層の領域を持つことを特徴とする半導体レーザと光
増幅器を集積化した半導体装置。 - 【請求項４】 請求項１において、 前記の半導体レーザが、分布ブラッグ反射型レーザであ
ることを特徴とする半導体レーザと光増幅器を集積化し
た半導体装置。 - 【請求項５】 請求項１において、 前記の半導体レーザが、分布帰還型レーザであることを
特徴とする半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体
装置。 - 【請求項６】 請求項１において、 前記の半導体レーザが、リッジメサ側面近傍に回析格子
を持つリッジ導波路型レーザであることを特徴とする半
導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16365897A JPH1117276A (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | 半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16365897A JPH1117276A (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | 半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1117276A true JPH1117276A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15778131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16365897A Withdrawn JPH1117276A (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | 半導体レーザと光増幅器を集積化した半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1117276A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100368790B1 (ko) * | 2001-01-11 | 2003-01-24 | 한국과학기술연구원 | 반도체 레이저와 반도체-광증폭기의 수평 결합을 이용한전광 파장변환기의 구현 방법 |
| US6839371B1 (en) * | 1999-05-04 | 2005-01-04 | Sarnoff Corporation | Combined single-frequency laser and linear amplifier |
| JP2012160518A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Fujitsu Ltd | 偏波無依存型半導体光増幅装置 |
-
1997
- 1997-06-20 JP JP16365897A patent/JPH1117276A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6839371B1 (en) * | 1999-05-04 | 2005-01-04 | Sarnoff Corporation | Combined single-frequency laser and linear amplifier |
| KR100368790B1 (ko) * | 2001-01-11 | 2003-01-24 | 한국과학기술연구원 | 반도체 레이저와 반도체-광증폭기의 수평 결합을 이용한전광 파장변환기의 구현 방법 |
| JP2012160518A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Fujitsu Ltd | 偏波無依存型半導体光増幅装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040907 |