JPH11186667A - 光システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本願発明は、発光部と光伝送路との光結合を高
効率に維持しつつ当該光伝送部材の無効電流を阻止した
光システムを提供する。 【解決手段】発光部と活性層膜厚を変調したモード変換
器を有する導波路型光装置であって、前記モード変換器
の膜厚変調領域の電流の非注入手段を設ける。こうして
無効電流を阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、光部材間の光結
合度の良好な光システム、あるいは光伝送システムに関
するものである。更には、光部材間の光結合度の良好な
光伝送路部材、およびこれに適した導波路型光素子およ
びその製造方法をも提供するものである。本願発明は光
通信用モジュール、光通信システム、光通信ネットワ−
ク、光ディスク装置、光インターコネクションなどの用
途に用いるに好適である。

【０００２】半導体通信技術の高度化に伴い、半導体レ
ーザ装置と他の光素子あるいは半導体装置を集積化する
技術が開発されつつある。例えば、本願の例に見られる
ごとく半導体レーザ装置とモード変換器、即ちビームサ
イズ変換器を集積化する例などである。

【０００３】尚、モード変換器とは、例えば３０―４０
度と広い出射角を持つ半導体レーザ装置の出力ビームを
狭める部材である。この部材によって半導体レーザ装置
と光ファイバ等の光伝送路との光結合をより良好ならし
めるものである。

【０００４】

【従来の技術】光システムにおける発光部と光伝送路と
の結合を良好ならしめるに、例えば、半導体レーザ装置
と光伝送路を用いた光モジュールが用いられている。こ
うした光モジュール実装においては、半導体レーザ装置
と誘電体導波路または光ファイバなどの光伝送路との高
効率な光結合が必要不可欠である。しかしながら、従来
型半導体レ−ザ装置のビ−ム出射角と光ファイバあるい
は光導波路の受光角には大きな不整合があり、両者の直
接結合では充分な光結合効率は得られない。

【０００５】このため、従来の幹線系通信用光モジュー
ルでは、上記の不整合する光学レンズ、実装工程でのレ
ーザ、レンズ、ファイバの高精度な光軸調整が必要であ
る。したがって、光モジュールの経済化、量産化には、
これら部品点数の削減、および簡易実装の実現が不可欠
である。これに対し、各家庭への光通信網の整備には、
光通信モジュールの大幅な低コスト化と量産化が必要不
可欠であり、半導体レーザ装置-光導波路の直接結合、
無調整実装が必須となる。

【０００６】こうした要請に対し、直接結合での結合効
率を向上し、かつ、光軸ずれの許容度を緩和する目的
で、半導体レーザ装置に導波モード変換器をモノリシッ
ク集積し、半導体レーザ装置にレンズ機能を付加する試
みが活発化している。こうしたモード変換器付の複合型
半導体レーザ装置では、光導波に望ましい屈折率を持つ
光導波路の膜厚または導波方向に交差する導波路幅をビ
ーム出射方向に変調することで導波モードを拡大するこ
とが行われている。この結果、複合型半導体レーザ装置
から出射する光の発散が抑制され、ビーム出射角とファ
イバ受光角との整合性が向上する。

【０００７】このような光導波路層厚をテーパ状に変調
した素子の報告例には、電子情報通信学会秋季大会ＳＣ
−１-２、ＳＣ−１-３、Ｃ−２９５、１９９５年９月等
に見られる。また、光導波路幅を変調した例として特開
平６―１７４９８２号公報、特開平５―２４３６７９号
公報、Electronics Letters vol. 30, No. 20, 1685
頁、１９９４年、さらには特開平７―２８３４９０号公
報等が挙げられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように半導体レーザ装置に膜厚テーパ型のモード変換器
を集積した場合、次のような欠点がある。即ち、膜厚テ
ーパ導波路層の発光波長はレーザ部分の発光波長より短
く、膜厚テーパ部分へ注入した電流はレーザ発振に寄与
せず無効電流となる。この結果、結合損失が低減した反
面、素子の動作電流が上昇し、電流光出力特性は劣化す
る。したがって、素子の低電流動作、低結合損失を両立
させるためには、膜厚テーパ領域への電流注入を阻止す
る必要がある。

【０００９】本願発明の第１の目的は、発光部と光伝送
路との光結合を高効率に維持しつつ当該光伝送部材の無
効電流を阻止した光システムを提供するものである。

【００１０】本願発明の第２の目的は、こうした高効率
光結合且つ低無効電流なる光システムに好適な光装置を
提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願に開示される発明の
うち主な形態を略述すれば以下の通りである。

【００１２】本願発明は、光システム、および光伝送部
材に係わるものである。より具体的に事例を述べれば、
光通信用モジュール、光通信システム、光通信ネットワ
−ク、光ディスク装置、光インターコネクションなどを
挙げることが出来る。尚、こうした各システム、装置自
体の基本構成はこれまで知られてもので十分であるの
で、ここでの詳細な説明は省略する。実施例においてこ
れらの具体例が示される。

【００１３】（１）本願の第１の形態は、 光を射出す
る導波路型光装置と、この導波路型光装置に光結合する
光伝送路とを有し、前記導波路型光装置は所定の発光部
と、これに光結合された光導波路部と、前記発光部に電
流注入する電極部とを少なくとも有し、前記光導波路部
はモード変換領域を少なくとも一部に有し且つこのモー
ド変換領域の無効電流発生領域が光の進行方向の長さの
１／２を超えないことを特徴とする光システムである。
また、こうした形態の光伝送路部材を提供できる。 発
光部と光伝送路との光結合を高効率に維持しつつ当該光
伝送部材の無効電流を阻止し、低閾値の動作電流を実現
できる。

【００１４】尚、本明細書において、光システムとはこ
うした発光部と導波路型光装置を有する光伝送路系を称
する。当然、上述した光通信用モジュール、光通信シス
テム、光通信ネットワ−ク、光ディスク装置、光インタ
ーコネクション、光伝送部材など各種光装置を含むもの
である。

【００１５】（２）本願の第２の形態は、光を射出する
導波路型光装置部と、この導波路型光装置部に光結合す
る光伝送路とを有し、前記導波路型光装置部は所定の発
光部と、これに光結合された光導波路部と、前記発光部
に電流注入する電極部とを少なくとも有し、前記光導波
路部は光導波路を構成する材料積層体の厚さが光の出射
方向に薄くなっているモード変換領域を少なくとも一部
に有し且つこの厚さが薄くなっている材料積層体の少な
くとも一部には電流の非注入領域を有することを特徴と
する光システムである。また、こうした形態の光伝送路
部材を提供できる。

【００１６】発光部と光伝送路との光結合を高効率に維
持しつつ当該光伝送部材の無効電流を阻止し、低閾値の
動作電流を実現できる。

【００１７】尚、前記の光導波路を構成する材料積層体
の厚さが光の出射方向に薄くなっているモード変換領域
の無効電流発生領域が光の進行方向の長さの１／２を超
えないことが良い。

【００１８】（３）本願の第３の形態は、光を射出する
導波路型光装置部と、この導波路型光装置部に光結合す
る光伝送路とを有し、前記導波路型光装置部は所定の発
光部と、これに光結合された光導波路部と、前記発光部
に電流注入する電極部とを少なくとも有し、前記光導波
路部は光導波路を構成する材料積層体の厚さが光の出射
方向に薄くなっているモード変換領域を少なくとも一部
に有し且つこの厚さが薄くなっている材料積層体の少な
くとも一部に、この厚さの薄くなる材料積層体に実質的
に添う形では電流注入阻止手段を有することを特徴とす
る光システムである。また、こうした形態の光伝送路部
材を提供できる。

【００１９】発光部と光伝送路との光結合を高効率に維
持しつつ当該光伝送部材の無効電流を阻止し、低閾値の
動作電流を実現できる。本形態は前述の様に厚さの薄く
なる材料積層体に実質的に添う形では電流注入阻止手段
を有するので、極めて有効の無効電流を阻止し得る。こ
の為、本光システムあるいは光伝送部材は、より低閾値
の動作電流を実現できる。本形態は、膜厚の薄くなる材
料層上に更に厚い材料層を介して電流阻止手段が存在す
る形態に比較し極めてこのましい。

【００２０】（４）本願の第４の形態は、前記項目
（１）―（３）に記載の特徴を有する光システムあるい
は光伝送路部材において、光導波路部の光を閉じ込める
為のクラッド層は少なくとも３μｍを有することが、実
用上、極めて有用である。膜厚変調領域はレーザ光のス
ッポト径の拡大の為採用する。現在、光ファイバのコア
部の直径が８μｍ―１０μｍ程度であり、光導波路部の
クラッド層の厚みが３μｍ以下であると、これに対して
十分なスッポト径を得ることが出来ない。こうして、無
効電流の阻止ならびにスポット径拡大の両面をより実際
的に実現可能である。

【００２１】（５）本願の第５の形態は、発光部と、こ
れに接続された光導波路部と、前記発光部に電流注入す
る電極部とを少なくとも有し、前記光導波路部は光導波
路層を挟んでこの光導波路層よりもバンドギャップより
も大きいバンドギャップを有し且つこの光導波路層より
も低い屈折率を有する材料からなる第１のクラッド層お
よび第２のクラッド層とを少なくとも有し、前記光導波
路部は光射出部に向かって膜厚を薄くする領域を少なく
とも一部に有し、且つこの光導波路部の膜厚の薄くする
領域の少なくとも一部は電流の非注入領域を有すること
を特徴とする導波路型光装置ならびに光伝送部材であ
る。

【００２２】本発明者らは、モード変換器集積レーザの
低結合損失特性を最大限に引き出せる特徴、膜厚テーパ
導波路部分への電流注入を抑制したモード変換器集積レ
ーザを実現せしめた。本発明において、膜厚テーパ活性
層の直上部分に電流阻止領域を形成した結果、素子の発
振閾値および動作電流の大幅な低減が可能となり、低結
合損失と低動作電流を両立できる。

【００２３】（６）本願の第６の形態は、前記発光部は
一般に半導体レーザ装置部なるものである。通例、ダブ
ルヘテロ構造を持つ半導体レーザ装置である。そして、
前記発光部と前記光導波路部は連続した半導体層として
形成される。 本願発明によれば、半導体レーザ装置部
等導波路型光素子の特性を劣化させることなく、光ファ
イバへの高効率結合、高出力時の高信頼を非常に容易な
手法で達成出来る。さらに、本構造の採用で出射端面位
置の活性層部の光強度を低減することにより、例えば、
動作波長が１μｍ程度以下の高出力半導体レーザ装置の
素子寿命を大きく改善することも可能となる。

【００２４】（７）本願の第７の形態は、前記した各光
システムないし光導波部材において、モード変換領域は
その導波路部分の光の進行方向と交差する幅が光の射出
部に向かって広がっていることを特徴とする形態であ
る。レーザ光のビーム広がり角度を調整することが出来
る。

【００２５】（８）本願の第８の形態は、前記した各光
システムないし光導波部材において、光導波路部はリッ
ジ導波路型であることを特徴とする形態である。最も安
定した導波を実現出来る。 前記リッジ型導波路型の光
導波路の光の進行方向に交差する幅は光の導波方向に変
調し、ビーム広がり角度を調整することが出来る。

【００２６】リッジ型導波路を構成するに際して、リッ
ジ型導波路の光の進行方向に交差する断面形状は逆メサ
型が有用である。また、リッジ側壁が（１,１,１）Ａ結
晶面、または（０,１,―１）結晶面が製造上極めて有用
である。

【００２７】尚、 前記した各光システムないし光導波
部材において、前記光を射出する導波路型光装置部の前
記発光部は半導体レーザ、半導体レーザ増幅器、および
光ファイバー増幅器の群から選ばれた少なくとも１者な
るのが一般的である。

【００２８】

【発明の実施の形態】前述したように、本願の光伝送路
部材の代表的形態は、光を射出する導波路型光装置部
と、この導波路型光装置部に光結合する光伝送路とを有
し、前記導波路型光装置部は所定の発光部と、これに光
結合された光導波路部と、前記発光部に電流注入する電
極部とを少なくとも有し、前記光導波路部は光導波路を
構成する材料積層体の厚さが光の出射方向に薄くなって
いるモード変換領域を少なくとも一部に有し且つこの厚
さが薄くなっている材料積層体の少なくとも一部には電
流の非注入領域を有することを特徴とする光システムで
ある。

【００２９】以下に電流の非注入領域の形成方法ならび
に発光部の構成についてその実施の形態について具体的
に説明する。

【００３０】膜厚変調領域の全体に電流の非注入領域が
設けられるのが、無効電流阻止の観点から好ましい。し
かし、実際の製造に際して、膜厚変調領域の光の進行方
向の長さの１／２−１／４で発光領域の端部より間隔を
とり得る。この間隔の長さによって無効電流の阻止の程
度が異なることは言うまでもない。例えば、膜厚変調領
域の光の進行方向の長さが２００μｍ程度であると、電
流の非注入領域の光の進行方向の長さが１５０μｍ程度
で、無効電流阻止の効果が顕著に現れ、発光の発光電流
の閾値が最小を示す。

【００３１】この電流の非注入領域は、導波路型光阻止
の膜厚変調領域の上部のクラッド層への不純物添加によ
るのが第１の方法である。この不純物添加はイオン注入
によるのがその制御性において実際的である。このイオ
ン注入は通例のもので半絶縁化すれば良い。また、電流
の非注入領域は、本来の光導波路領域の上部に金属元素
を添加した材料層、半導体層を結晶成長しても良い。例
えば、導波路型光素子の結晶成長の為の半導体基板がｎ
型導電型の場合、前記電流の非注入の為の半導体層に添
加去れる不純物元素は鉄（Ｆｅ），クロム（Ｃｒ），チ
タン（Ｔｉ）の少なくとも１者であることが実際的であ
る。尚、活性層上方の電流阻止領域形成において、添加
する不純物をTiとすることは、プロトン（H⁺）や鉄（Ｆ
ｅ）を不純物として用いた場合より安定な電流阻止領域
を得ることができる。

【００３２】本願の最も実際的な形態は、前述の発光部
が半導体レーザ装置部であるので、次に半導体レーザ装
置部をより具体的に説明する。

【００３３】通例、半導体レーザ装置はダブルヘテロ構
造を持つ半導体レーザ装置である。そして、前記発光部
と前記光導波路部は連続した半導体層として形成され
る。

【００３４】ここで、半導体レーザ装置部自体は、一般
的な半導体レーザ装置のそれに従って良い。例えば、発
光に寄与する活性層領域は、通例のバルク状活性層、単
一量子井戸活性層、多重量子井戸活性層、歪単一量子井
戸活性層、歪多重量子井戸活性層、歪補償単一量子井戸
活性層、歪補償多重量子井戸活性層など要求に応じて用
いることが出来る。

【００３５】尚、歪量子井戸活性層とは格子歪みを導入
した量子井戸活性層を意味する。また歪補償量子井戸活
性層とは、格子歪みを導入した歪量子井戸層と格子歪み
を導入した歪量子障壁層で構成する歪量子井戸活性層で
あって、且つ歪量子井戸層と歪量子障壁層に導入する格
子歪みの符号を反対、即ち格子にかかる伸張、圧縮の応
力を反対としたものである。

【００３６】半導体レーザ装置とする場合の共振器長と
しては通常の知識に従って良い。共振器の幅は半導体レ
ーザ装置の通常の知識に従って良い。レーザ共振器の帰
還手段は、一般的なファブリ・ペロー共振器(Fabry-Per
ot resonator)で十分である。また、DFB(Distributed F
eedback),DBR(Distributed Gragg Reflector)などこれ
まで知られた手段を用い得ることは言うまでもない。ま
た、半導体発光装置あるいは半導体レーザ装置における
その他の部材の構成については、通例の半導体レーザ装
置に関する技術に従って良い。

【００３７】尚、一般に、発光部と光導波路部の各光導
波の領域は一体の半導体積層体として形成される。光導
波路部の各層の厚さが薄くなるテーパ領域は通例の方法
に従って実現出来る。

【００３８】また、量子井戸構造を構成する半導体材料
を例示すれば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料、ＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ
系材料、半導体レーザ装置を構成し得るその他の化合物
半導体材料を使用することが出来る。

【００３９】以下、実施例においては、先ず、実施例１
―実施例３に光導波路型光装置の例、実施例４に光伝送
システムの例を説明する。

【００４０】実施例１ 発振波長１.３μｍ帯のリッジ導波路型レーザ装置の例
を図１および図２を用いて説明する。図１は発光部なら
びに光導波路の為の半導体積層体を形成した半導体基体
を示す斜視図である。図２は本実施例の導波路型光装置
のの斜視図である。尚、図１および図２の右側手前の１
／４を欠いて図示している。これはその内部の積層構造
を解りやすくする為である。完成形態は左右対称に補足
すれば良い。

【００４１】ｎ型（１００）ＩｎＰ半導体基板１１の上
部全面に熱化学気相蒸着法（Ｔ−ＣＶＤ＝Ｔｈｅｒｍｏ
―Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）により基板に厚さ０．３０μｍのシリコン酸化膜を
形成する。引き続き、ＨＦ系エッチング液を用いた公知
の手法によりシリコン酸化膜を一対のストライプ構造に
加工し、結晶の選択成長用のマスク１２を形成する。２
本のシリコン酸化膜のマスク１２のストライプの間隔W
は４０μmとした。ストライプ形成にはにフッ素系ガス
等によるドライエッチングを用いてもよい。ストライプ
方向は［０１１］とした。

【００４２】シリコン酸化膜のストライプ状マスク１２
を半導体基板１１に形成した後、上記ｎ型（１００）Ｉ
ｎＰ半導体基板１１上部にトリメチルインジウム、トリ
エチルガリウム、アルシン、ホスフィン等のガスを用い
た有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により次の構成の
半導体積層体１３、およびｐ型ＩｎＰクラッド層０．３
μｍ１４を形成する。この半導体積層体１３は、 ｎ型
ＩｎＰバッファ層８１、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰになる下側
のガイド層８２、圧縮歪を有するＩｎＧａＡｓＰを井戸
層、ＩｎＧａＡｓＰを障壁層とする６周期の多重量子井
戸活性層８５、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８６で構成さ
れている。これらの半導体積層は通例の半導体レーザ装
置のそれに従って設計して十分である。その一例を示せ
ば次の通りである。ｎ型ＩｎＰバッファ層８１は例えば
０．１μｍ、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰになる下側のガイド層
８２（尚、この例では、ＩｎＧａＡｓＰの組成波長が
１．０５μｍ）は例えば０．０５μｍ、６．０ｎｍ厚の
１．１％圧縮歪を有するＩｎＧａＡｓＰ（尚、この例で
は、ＩｎＧａＡｓＰが組成波長が１．３μｍ）を井戸
層、１２ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（この例では組成波長
が１．０５μｍ）を障壁層とする６周期の多重量子井戸
活性層８５、厚さ０．０５μｍのＩｎＧａＡｓＰ（この
例では組成波長が１．０５μｍ）光導波路層８６でであ
る。 尚、上記の例では、多重量子井戸活性層の発光波
長は約１．３μｍである。

【００４３】また、本実施例ではＭＯＶＰＥ法を用いて
いるが、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法でも作製可能で
ある。

【００４４】これまでから知られている通り、上記結晶
成長方法では、半導体積層体はシリコン酸化膜に覆われ
ていない部分に選択的に成長し、かつその成長膜厚はマ
スクのストライプの間隔Wに反比例する。この結果、両
脇にシリコン酸化膜１２のストライプに挟まれた領域か
らそうでない領域に向かって、テーパ状に積層体１３の
膜厚が薄くなる。本発明ではシリコン酸化膜を選択成長
マスク１２に使用しているが、シリコン窒化膜を用いて
も同様の効果がある。図１ならびに図２の部分拡大図に
この状態を示している。

【００４５】こうした選択成長後、膜厚テーパ領域のｐ
型ＩｎＰクラッド層１４にチタン（Ｔｉ）イオンを注入
し電流阻止層１５を形成する。不純物濃度は１．０×１
０¹⁵／ｃｍ³とし、電流阻止層の厚さは約０．３μmとし
た。本実施例では不純物としてチタンを用いているが、
クロム等を注入した場合にも同様に電流阻止領域を形成
できる。

【００４６】電流阻止領域１５を形成した後、シリコン
酸化膜よりなるマスク１２を除去し、ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層４．０μｍ１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層０．２μｍ１
７をＭＯＶＰＥ法により形成した。

【００４７】次に周知のＢｒ₂系溶液を用いたウエット
エッチングによりＩｎＧａＡｓ層をビーム出射方向にフ
レア状に幅が広がるストライプ構造に加工する。ここで
ストライプ方向は［０１１］とし、上記選択成長により
形成した積層体の上部にストライプを形成する。ストラ
イプ幅は８．５μｍとした。続いて、周知の臭化水素酸
系エッチング溶液を用いリッジ導波路を形成する。この
結果、リッジ導波路側壁にはＩｎＰ（１１１）Ａ結晶面
が現れ、断面形状は逆メサ形状となる。リッジ底面の幅
は直線ストライプ部分で２．２μｍ、ビーム出射端面で
のリッジ底面幅は８．０μｍとした。

【００４８】続いてT-CVD法により基板全面に厚さ０．
５０μｍのシリコン酸化膜１８を形成する。ポリイミド
樹脂１９によりウエハ表面を平坦化した後、リッジ上面
にエッチバック法を用いてシリコン酸化膜窓を形成す
る。エッチバックには反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）を用いた。最後に電極２０、２１を形成の後、劈開
工程により膜厚テ−パ部３００μｍを含む共振器長６０
０μｍの素子に切り出し、後端面に反射率９５％の反射
膜２２をコートした。

【００４９】本実施例の導波路型光装置は、室温、連続
発振条件においてしきい値１０〜１２ｍＡ、発振効率
０．４５〜０．５０Ｗ／Ａと良好な発振特性を示した。
また、動作温度８５℃において閾値約４０ｍＡ、最高出
力２０mW、発振効率０．３０〜０．３２Ｗ／Ａを得た。
動作出力１０mWでのビーム広がり角度は水平、垂直方向
とも約１０度となり、フラット端面ファイバへの平均結
合損失は２dB以下となった。この結果、５mW以上の最高
モジュール出力を達成した。また、素子の長期信頼性を
７０℃、１０mWの条件下で評価し、１０万時間以上の推
定寿命を確認した。実施例２ 第２の実施例として、電流注入阻止層の形成を結晶成長
法によった例を図４を用いて説明する。図４は発光なら
びに光導波路の為の半導体積層体を形成した半導体基体
を示す斜視図である。図５は電流阻止層を形成した導波
路型光装置のの斜視図である。尚、図４および図５の右
側手前の１／４を欠いて図示している。これはその内部
の積層構造を解りやすくする為である。完成形態は左右
対称に補足すれば良い。

【００５０】実施例１と同様の手法により、ｎ型（１０
０）ＩｎＰ半導体基板３１の上部にシリコン酸化膜によ
り選択成長用のストライプ状のマスク３２を形成する。

【００５１】シリコン酸化膜よりなるストライプ状のマ
スク３２を形成した後、上記ｎ型（１００）ＩｎＰ半導
体基板１１の上部に第１の実施例と同様の手法により、
半導体積層体３３、およびｐ型ＩｎＰクラッド層３４を
形成する。尚、半導体積層体３３の積層構成は、実施例
１のそれと同様である。即ち、半導体積層体３３は、ｎ
型ＩｎＰバッファ層８１、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰになる下
側のガイド層８２、圧縮歪を有するＩｎＧａＡｓＰを井
戸層、ＩｎＧａＡｓＰを障壁層とする６周期の多重量子
井戸活性層８５、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８６で構成
されている。これらの半導体積層は通例の半導体レーザ
装置のそれに従って設計して十分である。本実施例で各
半導体層は実施例１と同じ積層構造を有している。即
ち、それは、ｎ型ＩｎＰバッファ層（８１）０．１μ
ｍ、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層（組成波長は１．
０５μｍ）（８２）０．０５μｍ、６．０ｎｍ厚の１．
１％圧縮歪を有するＩｎＧａＡｓＰ（組成波長は１．３
μｍ）を井戸層（８３）、１２ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ
（組成波長は１．０５μｍ）を障壁層（８４）とする６
周期の多重量子井戸活性層（８５）、ＩｎＧａＡｓＰ
（組成波長は１．０５μｍ）光導波路層（８６）０．０
５μｍである。そして、本実施例尾では、この上部に、
Ｔｉを添加した半絶縁ＩｎＰ層０．６μｍ３４を形成す
る。Ｔｉの添加濃度は１．０×１０１７／ｃｍ³とし
た。図４はこの状態を示している。

【００５２】この後、レーザの利得領域とする部分の半
絶縁ＩｎＰ層を塩酸（HCl）、臭化水素酸（HBr）等によ
り選択的に除去する。図５はｓこの状態を示している。

【００５３】引き続き、選択成長マスク３２に用いたシ
リコン酸化膜を除去し、ｐ型ＩｎＰクラッド層４．０μ
ｍ、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層０．２μｍをMOVPE法により形
成した。

【００５４】結晶成長工程終了後、実施例１と同様にフ
レア状ストライプのリッジ導波路を形成し、表面絶縁処
理、平坦化処理、電極形成過程を経て導波路型光装置は
完成する。尚、出来上がり構造自体は図２と同様であ
る。但し、実施例１ではクラッド層にチタンイオン打ち
込みでの半絶縁性層、実施例２ではチタン含有の半絶縁
性半導体層を結晶成長して用いている点が異なってい
る。

【００５５】本例では後端面に反射率９５％の反射膜を
コートした共振器長６００μｍの導波路型光装置を構成
した。この導波路型光装置において、室温、連続発振条
件でのしきい値１０〜１２ｍＡ、発振効率０．４５〜
０．５０Ｗ／Ａを得た。また、動作温度８５℃において
閾値約４０ｍＡ、最高出力２０mW、発振効率０．２５〜
０．３０Ｗ／Ａを得た。動作出力１０mWでのビーム出射
角度は水平、垂直方向とも約１０度となり、フラット端
面ファイバへの平均結合損失は２dB以下となった。この
結果、５mW以上の最高モジュール出力を達成した。ま
た、素子の長期信頼性を７０℃、１０mWの条件下で評価
し、１０万時間以上の推定寿命を確認した。

【００５６】実施例３ 波長１.３μｍ帯の埋込型レーザ装置に本発明の思想を
適用した実施形態を図６―図１１を用いて説明する。図
６本実施例に示す埋込型レーザ装置の主要部の斜視図で
ある。尚、図６の左側手前の一部を欠いて図示してい
る。これはその内部の積層構造を解りやすくする為であ
る。完成形態は左右対称に補足すれば良い。図７は図６
の埋込型レーザ装置をＡの矢印からみた断面図、図８は
同様にＢの矢印からみた断面図である。図９―図１１は
本実施例の構成を製造する過程の一部を示す光軸と交差
する面での断面図である。

【００５７】実施例１と同様の手法により、ｎ型（１０
０）ＩｎＰ半導体基板５１の上部に半導体積層体５２を
形成する。前述の半導体積層体５２はこれまでの実施例
と同様の構成である。即ち、半導体積層体５２は、ｎ型
ＩｎＰバッファ層（９１）１．０μｍ、ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ下側ガイド層（組成波長は１．０５μｍ）（９２）
０．０５μｍ、６．０ｎｍ厚の１．４％圧縮歪を有する
ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長は１．３μｍ）を井戸層（９
３）、１２ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（組成波長は１．０
５μｍ）を障壁層（９４）とする５周期の多重量子井戸
活性層（９５）、ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長は１．０５
μｍ）光導波路層（９６）０．１０μｍを含む積層体で
ある。更に、ｐ型ＩｎＰクラッド層５３は厚さが０．３
μｍである。 次に、実施例１と同様、膜厚テーパ領域
のｐ型ＩｎＰクラッド層にＴｉイオンを注入し電流阻止
層５４を形成した後、ｐ型ＩｎＰクラッド層４．０μｍ
５５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層０．２μｍ５６、ｐ型ＩｎＰ
キャップ層を０．１μｍ（薄いので図示を省略した）に
ＭＯＶＰＥ法により形成した（図９）。結晶成長工程に
続き、シリコン酸化膜からなる幅８．５μmのストライ
プをマスクとし、臭素メタノール溶液を用いたウエット
エッチングによりメサストライプ部を形成し（図１
０）、Ｆｅ添加した高抵抗ＩｎＰ５７でメサストライプ
部の両側部を埋め込む（図１１）。メサストライプ部の
形成には、ドライエッチングを用いることも可能であ
る。また、本実施例では、半絶縁埋込み層としてＦｅ添
加ＩｎＰを使用しているが、添加する不純物はＴｉ等で
もよい。

【００５８】続いて上記のT-CVD法により基板全面に厚
さ０．５０μｍのシリコン酸化膜５８を形成し、メサス
トライプ上部のみシリコン酸化膜を除去する。最後に電
極５９、６０を形成の後、劈開工程により膜厚テ−パ部
３００μｍを含む共振器長６００μｍの素子に切り出
し、後端面に反射率９５％の反射膜６１をコートした。

【００５９】作製した導波路型光装置の室温、連続発振
条件でのしきい値、発振効率はそれぞれ５〜８ｍＡ、
０．４０〜０．４５Ｗ／Ａとなった。また、動作温度８
５℃において閾値約３０ｍＡ、最高出力２０mW以上を得
た。動作出力１０mWでのビーム広がり角度は水平、垂直
方向とも８〜１０度となり、フラット端面ファイバへの
平均結合損失は２dB以下となった。この結果、５mW以上
の最高モジュール出力を達成した。また、素子の長期信
頼性を７０℃、１０mWの条件下で評価し１０万時間以上
の推定寿命を確認した。

【００６０】図１２、図１３は半導体レーザ装置の光帰
還手段として回折格子を用いた分布帰還型半導体レーザ
装置を用いた例を示す断面図である。各図は各々図７お
よび図８と対応した断面図である。図１２、図１３の各
符号は、各々図７および図８のそれと同じ部位を示して
いる。本例では半導体基板６１の表面上に分布帰還の為
の回折格子６１が形成されている。こうして形成した回
折格子上に前述と同様の半導体積層体５２を形成する。
回折格子等分布帰還型とする為の技術をこれまでのもの
で十分である。

【００６１】実施例４ 実施例４では、光伝送システム、光伝送に関する具体例
を示すものである。より具体的には、光モジュール、光
ネットワークユニット、光ファイバ増幅器の例を説明す
る。

【００６２】第１の例は光モジュールに本願発明を適用
した例で、その応用形態を具体的に示すものである。図
１４は半導体レーザ装置を表面実装基板上に搭載した実
施形態を示す斜視図である。図１３はあこうした光モジ
ュル（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌｅ）を適用した光ネ
ットワークユニット（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗａｒｋ
Ｕｎｉｔ）１１０の概略構成を示す図である。

【００６３】図１４に見られるように、実装基板１０１
上に、半導体レーザ装置１０２、が光ファイバ１０４に
光軸を合わせて搭載されている。通例、光ファイバ１０
４等は実装基板１０１に設けた溝によって固定されてい
る。本実施例ではこの半導体レーザ装置としてモード変
換器集積リッジ導波路型光装置を用いた。その具体的形
態は、上記実施例２に示した導波路型光装置で十分であ
る。ここで、半導体レーザ装置の共振器長および端面反
射率は実施例１あるいは実施例２で述べた値と同一であ
る。

【００６４】モード変換器集積リッジ導波路型光装置１
０２は表面実装基板１０１上に同導波路型光装置のレー
ザ部のｐ極電極を実装基板側に向け搭載した。同レーザ
部の後方には光出力監視用の受光素子１０３を搭載し
た。尚、図１２において、実装基板１０１への搭載する
各要素素子への電極パッド部が１０５として示されてい
る。但し、その詳細は通例の配線形態であるので省略し
た。

【００６５】本例では、実装基板上部に固定された光フ
ァイバ１０４への結合損失は約２ｄＢであった。光モジ
ュールは室温、連続発振条件の下しきい値１０〜１３ｍ
Ａ、発振効率０．２０〜０．２５Ｗ／Ａと良好な発振特
性を示した。また、光モジュールの最高光出力は２０ｍ
Ｗ以上となった。モジュールの長期信頼性を７０℃、５
mW光出力一定の条件下で評価したところ１０万時間以上
の推定寿命を確認した。 本実施例の導波路型光装置
は、半導体基板上部に形成された光導波路層をこれら光
導波路層よりも広バンドギャップで低屈折率な材料から
なるクラッド層で挟んだ導波路型光装置であって、導波
光の強度分布を拡大する膜厚変調領域を光導波路の少な
くとも一部に有し、かつ膜厚変調領域の一部または全領
域の直上部に電流阻止領域を有する導波路型光素子であ
る為、半導体レーザ部と光ファイバとの良好な光結合を
維持しつつ、無効電流を極力減少させることが可能とな
る。

【００６６】更に、図１５はこうした光モジュールを光
ネットワークユニット１１０に適用する具体例を示す概
略構成図である。例えば各種端末装置１１１よりインタ
ーファイス１１２を通じて、多重通信の場合は信号多重
化装置（Ｍｕｌｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）１１３を経て、
所定の信号が光モジュール１１４に供給される。そし
て、光モジュール１１４より所定の光信号１１５が光フ
ァイバーを通して伝送される。前述の光モジュール１１
４はこれまで説明してきた導波路型光素子を有する。こ
の導波路型光素子は実施例３にのべたごとき半導体レー
ザ部を有する。

【００６７】図１６は光ファイバー増幅器の構成に本願
発明の導波路型光素子を適用した例の概略構成を示す図
である。この基本構成自体はこれまでのものと同様であ
るので説明は簡潔とする。

【００６８】入力ファイバ１２０と励起用レーザ１２２
とが、偏光ビームスプリッタ１２１を介して増幅用光フ
ァイバ１２３に接続される。ここで、増幅用光ファイバ
１２３は、例えば希土類元素がドープされたた光ファイ
バである。増幅用光ファイバ１２３は励起用レーザ１２
２によって励起され、光増幅が行われる状態となる。増
幅用光ファイバ１２３はコネクタ１２４を通じて伝送用
ファイバ１２５に接続され光出力となる。こので、励起
用レーザ１２２は偏光ビームスプリッタ１２１に接続さ
れるが、本願発明の半導体レーザ素子を内臓する導波路
型光素子を採用することによって半導体レーザ部と光フ
ァイバとの良好な光結合を維持しつつ、無効電流を極力
減少させることが可能となる。

【００６９】以上、光モジュール、光ネットワークユニ
ット、光ファイバ増幅器の例を説明したが、本願発明は
その他の光システム、光伝送システムをも構成出来るこ
とは言うまでもない。

【００７０】

【発明の効果】本願発明の光システムによれば、発光部
と光伝送路との光結合を高効率に維持しつつ当該光伝送
部材の無効電流を阻止した光システムを提供することが
出来る。 本願発明の光伝送部材は、こうした高効率光
結合且つ低無効電流なる光システムに好適な光装置を提
供することが出来る。更に、例えば、素子動作電流、特
に高温条件下における動作電流を飛躍的に低減でき、本
光伝送部材を適用した光モジュールの消費電力低減が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の導波路型光装置の製造工程中の一部
を示す斜視図である。

【図２】実施例１の導波路型光装置の製造工程中の一部
を示す斜視図である。

【図３】実施例１の導波路部の半導体積層体の構成を示
す断面図である。

【図４】実施例２の導波路型光装置の製造工程中の一部
を示す斜視図である。

【図５】実施例２の導波路型光装置の製造工程中の一部
を示す斜視図である。

【図６】実施例３の導波路型光装置の斜視図である。

【図７】実施例３の導波路型光装置の図６のＡ矢印から
見た断面図である。

【図８】実施例３の導波路型光装置の図６のＢ矢印から
見た断面図である。

【図９】実施例３の導波路型光装置の製造工程の一部を
示す断面図である。

【図１０】実施例３の導波路型光装置の製造工程の一部
を示す断面図である。

【図１１】実施例３の導波路型光装置の製造工程の一部
を示す断面図である。

【図１２】半導体レーザ部に分布帰還型半導体レーザ装
置を用いた例を示す断面図である。

【図１３】半導体レーザ部に分布帰還型半導体レーザ装
置を用いた例を示す断面図である。

【図１４】光モジュールの例を示す概略構成図である。

【図１５】光ネットワークユニットの例を示す概略構成
図である。

【図１６】光ファイバー増幅器の例を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１１…ｎ型（１００）ＩｎＰ半導体基板、１２…シリコ
ン酸化膜マスク、１３…積層体、１４…ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層、１５…電流阻止層、１６…ｐ型ＩｎＰクラッド
層、１７…ＩｎＧａＡｓキャップ層、１８…シリコン酸
化膜、１９…ポリイミド樹脂、２０…ｐ側電極、２１…
ｎ側電極、２２…高反射率膜、３１…ｎ型（１００）Ｉ
ｎＰ半導体基板、３２…シリコン酸化膜マスク、３３…
ｐ型ＩｎＰクラッド層、３４…半絶縁ＩｎＰ層、５１…
ｎ型（１００）ＩｎＰ半導体基板、５２…積層体、５３
…ｐ型ＩｎＰクラッド層、５４…電流阻止層、５５…ｐ
型ＩｎＰクラッド層、５６…ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ
層、５７…半絶縁性ＩｎＰ、５８…シリコン酸化膜、５
９…ｐ側電極、６０…ｎ側電極、６１…高反射率膜、１
０１…表面実装基板、１０２…モード変換器集積半導体
レーザ、１０３…受光素子、１０４…光ファイバ、１０
５…電極パッド、８１、９１…バッファ層、８２、９２
…光ガイド層、８３、９３…量子井戸層、８４、９４…
障壁層、８５、９５…量子井戸活性層、８６、９６…光
導波路層、６１…回折格子、１１０…光ネットワークユ
ニット、１１１…端末装置、１１２…インターフェイ
ス、１１３…信号多重化装置（ＭＵＸ）、１１４…光モ
ジュール、１１５…光信号、１２０…入力ファイバ、１
２１…偏光波ビームスプリッタ、１２２…励起用レー
ザ、１２３…増幅用光ファイバ、１２４…コネクタ、１
２５…伝送用ファイバ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を射出する導波路型光装置と、この導
   波路型光装置に光結合する光伝送路とを有し、前記導波
   路型光装置は所定の発光部と、これに光結合された光導
   波路部と、前記発光部に電流注入する電極部とを少なく
   とも有し、前記光導波路部はモード変換領域を少なくと
   も一部に有し且つこのモード変換領域の無効電流発生領
   域が光の進行方向の長さの１／２を超えないことを特徴
   とする光システム。
2. 【請求項２】 前記モード変換領域はその導波路部分の
   光の進行方向と交差する幅が光の射出部に向かって広が
   っていることを特徴とする請求項１に記載の光システ
   ム。
3. 【請求項３】 光を射出する導波路型光装置部と、この
   導波路型光装置部に光結合する光伝送路とを有し、前記
   導波路型光装置部は所定の発光部と、これに光結合され
   た光導波路部と、前記発光部に電流注入する電極部とを
   少なくとも有し、前記光導波路部は光導波路を構成する
   材料積層体の厚さが光の出射方向に薄くなっているモー
   ド変換領域を少なくとも一部に有し且つこの厚さが薄く
   なっている材料積層体の少なくとも一部には電流の非注
   入領域を有することを特徴とする光システム。
4. 【請求項４】 前記電流の非注入領域は前記モード変換
   領域の無効電流発生領域の光の進行方向の長さの１／２
   を超えないことを特徴とする請求項３に記載の光システ
   ム。
5. 【請求項５】 前記モード変換領域はその導波路部分の
   光の進行方向と交差する幅が光の射出部に向かって広が
   っていることを特徴とする請求項３から請求項４に記載
   の光システム。
6. 【請求項６】 光を射出する導波路型光装置部と、この
   導波路型光装置部に光結合する光伝送路とを有し、前記
   導波路型光装置部は所定の発光部と、これに光結合され
   た光導波路部と、前記発光部に電流注入する電極部とを
   少なくとも有し、前記光導波路部は光導波路を構成する
   材料積層体の厚さが光の出射方向に薄くなっているモー
   ド変換領域を少なくとも一部に有し且つこの厚さが薄く
   なっている材料積層体の少なくとも一部に、この厚さの
   薄くなる材料積層体に実質的に添う形では電流の非注入
   領域を有することを特徴とする光システム。
7. 【請求項７】 光を射出する導波路型光装置部と、この
   導波路型光装置部に光結合する光伝送路とを有し、前記
   導波路型光装置部は所定の発光部と、これに光結合され
   た光導波路部と、前記光を射出する導波路型光装置部に
   電流注入する電極部とを少なくとも有し、前記光導波路
   部は前記光導波路部は光導波路層を挟んでこの光導波路
   層よりもバンドギャップよりも大きいバンドギャップを
   有し且つこの光導波路層よりも低い屈折率を有する材料
   からなる第１のクラッド層および第２のクラッド層とを
   少なくとも有して構成され、前記光導波路部は光射出部
   に向かって膜厚を薄くする領域を少なくとも一部に有
   し、且つこの光導波路部の膜厚の薄くする領域の少なく
   とも一部は電流の非注入領域を有することを特徴とする
   光システム。
8. 【請求項８】 前記光導波路部はリッジ導波路型である
   ことを特徴とする請求項７に記載の光システム。
9. 【請求項９】 前記リッジ型導波路型の光導波路の光の
   進行方向に交差する幅は光の導波方向に変調されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の光システム。
10. 【請求項１０】 前記光を射出する導波路型光装置部の
    前記発光部は半導体レーザ、半導体レーザ増幅器、およ
    び光ファイバー増幅器の群から選ばれた少なくとも１者
    なることを特徴とする請求項１より請求項９に記載の光
    システム。