JPH11220212A - 光素子、光素子の駆動方法及び半導体レーザ素子 - Google Patents
光素子、光素子の駆動方法及び半導体レーザ素子Info
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- JPH11220212A JPH11220212A JP10021266A JP2126698A JPH11220212A JP H11220212 A JPH11220212 A JP H11220212A JP 10021266 A JP10021266 A JP 10021266A JP 2126698 A JP2126698 A JP 2126698A JP H11220212 A JPH11220212 A JP H11220212A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザなどの光素子において、素子構
造を単純化することにより、光導波路を有する光素子の
歩留まりの改善及び特性の向上を図る。 【解決手段】 素子中央付近に設けられる光導波路をＩ
ＴＯ層２８（透明電極）により構成するとともに、この
ＩＴＯ層２８の上に通電や電界印加のためのボンディン
グパッド２７を配置し、前記ＩＴＯ層２８に電気的なエ
ネルギーの印加機構と光導波路機構の両方の機能をもた
せるようにした。
造を単純化することにより、光導波路を有する光素子の
歩留まりの改善及び特性の向上を図る。 【解決手段】 素子中央付近に設けられる光導波路をＩ
ＴＯ層２８（透明電極）により構成するとともに、この
ＩＴＯ層２８の上に通電や電界印加のためのボンディン
グパッド２７を配置し、前記ＩＴＯ層２８に電気的なエ
ネルギーの印加機構と光導波路機構の両方の機能をもた
せるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極と光導波路の
両方を必須の構成要素とする光素子に関し、とくに半導
体レーザにおける電極構造と、その応用技術に関する。
両方を必須の構成要素とする光素子に関し、とくに半導
体レーザにおける電極構造と、その応用技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの一種にＤＦＢレーザ（分
布帰還型レーザ）がある。この半導体レーザは、導波路
に沿って屈折率を周期的に変化させる回折格子を備えて
おり、この回折格子の周期で決まるブラッグ波長付近の
単一縦モード（一本の発振線）が選択されて発振するた
め、単一縦モード（ＳＬＭ：Single Longitudinal Mod
e）半導体レーザとして広く知られている。
布帰還型レーザ）がある。この半導体レーザは、導波路
に沿って屈折率を周期的に変化させる回折格子を備えて
おり、この回折格子の周期で決まるブラッグ波長付近の
単一縦モード（一本の発振線）が選択されて発振するた
め、単一縦モード（ＳＬＭ：Single Longitudinal Mod
e）半導体レーザとして広く知られている。
【０００３】ここで、上記ＤＦＢレーザの基本構造を、
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料のＤＦＢレーザの製造工
程とともに説明する。
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料のＤＦＢレーザの製造工
程とともに説明する。
【０００４】図９（ａ）〜（ｄ）は、ＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系のＤＦＢ型レーザの製造工程の一部を示す概略
斜視図である。
ＩｎＰ系のＤＦＢ型レーザの製造工程の一部を示す概略
斜視図である。
【０００５】まず、図９（ａ）に示すように、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１（成長されたｎ−ＩｎＰ緩衝層１ａを含む）の
上にＩｎＧａＡｓＰを基本とした多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）活性層（以下、ＭＱＷ活性層）２を結晶成長し、さ
らに、それよりバンドキャップの大きいＩｎＧａＡｓＰ
導波路層３を積層する（成長（１））。
Ｐ基板１（成長されたｎ−ＩｎＰ緩衝層１ａを含む）の
上にＩｎＧａＡｓＰを基本とした多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）活性層（以下、ＭＱＷ活性層）２を結晶成長し、さ
らに、それよりバンドキャップの大きいＩｎＧａＡｓＰ
導波路層３を積層する（成長（１））。
【０００６】次に、この上に回折格子１５を形成する。
この回折格子１５がその周期に整合する縦モードに選択
的に光フィードバックをかける。この原理で単一縦モー
ド発振しやすくなる。回折格子１５の共振器中央付近
に、λ／４相当（λ：管内波長）に相当する回折格子の
位相シフト１６（後述の図１０参照）を形成すると、よ
り単一縦モード発振しやすくなる。λ／４位相シフトＤ
ＦＢレーザでは、両端面にＡＲ（無反射：anti-reflect
ion）膜３０をコートして不要なＦＰモードを抑制す
る。
この回折格子１５がその周期に整合する縦モードに選択
的に光フィードバックをかける。この原理で単一縦モー
ド発振しやすくなる。回折格子１５の共振器中央付近
に、λ／４相当（λ：管内波長）に相当する回折格子の
位相シフト１６（後述の図１０参照）を形成すると、よ
り単一縦モード発振しやすくなる。λ／４位相シフトＤ
ＦＢレーザでは、両端面にＡＲ（無反射：anti-reflect
ion）膜３０をコートして不要なＦＰモードを抑制す
る。
【０００７】次に、この上にｐ−ＩｎＰ層４を成長する
（成長（２））。この後、ＭＱＷ活性層２をストライプ
状にメサエッチングする。エッチングには同図（ｂ）に
示すように、ＳｉＯ2 膜１７をマスクとする。その後、
同図（ｃ）に示すように、このストライプの周囲をｐ−
ＩｎＰ埋込層６とｎ−ＩｎＰ埋込層７を成長して、活性
層ストライプ２ａを埋込み、ＢＨ型の導波路構造とする
（成長（３））。
（成長（２））。この後、ＭＱＷ活性層２をストライプ
状にメサエッチングする。エッチングには同図（ｂ）に
示すように、ＳｉＯ2 膜１７をマスクとする。その後、
同図（ｃ）に示すように、このストライプの周囲をｐ−
ＩｎＰ埋込層６とｎ−ＩｎＰ埋込層７を成長して、活性
層ストライプ２ａを埋込み、ＢＨ型の導波路構造とする
（成長（３））。
【０００８】ｐ−ＩｎＰ埋込層６とｎ−ＩｎＰ埋込層７
の境界の逆方向接合が電流をブロックして活性層ストラ
イプ２ａにのみ電流狭窄する。
の境界の逆方向接合が電流をブロックして活性層ストラ
イプ２ａにのみ電流狭窄する。
【０００９】さらに、同図（ｄ）に示すように、ＳｉＯ
2膜１７を除去した後に、全面にｐ−ＩｎＰ層４ａ、お
よびｐ−ＩｎＧａＡｓＰオーミック・コンタクト層５を
積む（成長（４））。
2膜１７を除去した後に、全面にｐ−ＩｎＰ層４ａ、お
よびｐ−ＩｎＧａＡｓＰオーミック・コンタクト層５を
積む（成長（４））。
【００１０】図１０は、上記工程により作成された素子
の概略断面図である。図に示すように、上下両面に電流
注入のためのｐ側電極２０、ｎ側電極２１を形成し、さ
らに、前述のように端面にはＡＲ膜３０をコートして縦
モードの単一性を高めている。
の概略断面図である。図に示すように、上下両面に電流
注入のためのｐ側電極２０、ｎ側電極２１を形成し、さ
らに、前述のように端面にはＡＲ膜３０をコートして縦
モードの単一性を高めている。
【００１１】図１０の概略断面図では、ｐ側電極２０を
単純にコンタクトさせているが、実際はもっと複雑な工
程が必要である。特にＤＦＢレーザは超高速光通信用光
源として用いられるので、高速応答性を確保しなくては
いけない。これは、埋込層６、７で形成される逆バイア
ス接合の寄生容量Ｃを小さく抑える必要があるからであ
る。寄生容量低減のための電極構造として、メサ電極構
造の一例を図１１に示す。図１１では、図９及び図１０
と同等部分を同一符号で表している。このメサ電極構造
では、接合面積を減らすために、活性層の近傍だけを残
すメサストライプ２５に加工し、段差を考慮しながら厚
い酸化膜であるＳｉＯ2膜２６上のボンディングパッド
２７に接続する必要がある。
単純にコンタクトさせているが、実際はもっと複雑な工
程が必要である。特にＤＦＢレーザは超高速光通信用光
源として用いられるので、高速応答性を確保しなくては
いけない。これは、埋込層６、７で形成される逆バイア
ス接合の寄生容量Ｃを小さく抑える必要があるからであ
る。寄生容量低減のための電極構造として、メサ電極構
造の一例を図１１に示す。図１１では、図９及び図１０
と同等部分を同一符号で表している。このメサ電極構造
では、接合面積を減らすために、活性層の近傍だけを残
すメサストライプ２５に加工し、段差を考慮しながら厚
い酸化膜であるＳｉＯ2膜２６上のボンディングパッド
２７に接続する必要がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の半導体レーザにおいては、ＭＯＣＶＤ法によるエピタ
キシャル結晶成長が数回（上記例では成長（１）〜
（４））必要となり、さらに電極形成のために段差の加
工やそのためのプロセスが必要となる。
の半導体レーザにおいては、ＭＯＣＶＤ法によるエピタ
キシャル結晶成長が数回（上記例では成長（１）〜
（４））必要となり、さらに電極形成のために段差の加
工やそのためのプロセスが必要となる。
【００１３】このように、現在の光導波路構造を有する
半導体レーザでは、素子構造が複雑であるため、製造工
程も多くなり、とくにデリケートで再成長界面の信頼性
に問題の多いエピタキシャル結晶成長のような工程が複
数回あるため、歩留まりが悪く、コスト高になるという
問題点があった。また、従来の素子構造では光導波路や
電極設計に制約があり、今以上の特性の向上を図ること
は困難であった。
半導体レーザでは、素子構造が複雑であるため、製造工
程も多くなり、とくにデリケートで再成長界面の信頼性
に問題の多いエピタキシャル結晶成長のような工程が複
数回あるため、歩留まりが悪く、コスト高になるという
問題点があった。また、従来の素子構造では光導波路や
電極設計に制約があり、今以上の特性の向上を図ること
は困難であった。
【００１４】本発明は、素子構造を単純化することによ
り、光導波路を有する光素子の歩留まりの改善及び特性
の向上を実現した光素子、光素子の駆動方法、及び半導
体レーザ素子を提供することを目的とする。
り、光導波路を有する光素子の歩留まりの改善及び特性
の向上を実現した光素子、光素子の駆動方法、及び半導
体レーザ素子を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、光導波構造と電極とを有する光
素子において、前記光導波構造に含まれる光導波路と前
記電極の少なくも一部が共通の材料で構成されることを
特徴とする。
め、請求項１の発明は、光導波構造と電極とを有する光
素子において、前記光導波構造に含まれる光導波路と前
記電極の少なくも一部が共通の材料で構成されることを
特徴とする。
【００１６】請求項２の発明は、光導波構造を備えた光
素子において、前記光導波構造に含まれる光導波路を透
明電極で構成したことを特徴とする。
素子において、前記光導波構造に含まれる光導波路を透
明電極で構成したことを特徴とする。
【００１７】請求項３の発明は、前記請求項２におい
て、前記透明電極が回折格子を有する光導波機構の上に
直接形成され、かつ光導波機能を有することを特徴とす
る。
て、前記透明電極が回折格子を有する光導波機構の上に
直接形成され、かつ光導波機能を有することを特徴とす
る。
【００１８】請求項４の発明は、前記請求項２及び３に
おいて、前記透明電極自身がその屈折率もしくは導波損
失もしくは導電率について分布を有することを特徴とす
る。
おいて、前記透明電極自身がその屈折率もしくは導波損
失もしくは導電率について分布を有することを特徴とす
る。
【００１９】請求項５の発明は、前記請求項４におい
て、前記透明電極の屈折率もしくは導波損失もしくは導
電率についての分布が、それぞれ屈折率もしくは導波損
失もしくは導電率の異なる複数の層構造により実現され
ることを特徴とする。
て、前記透明電極の屈折率もしくは導波損失もしくは導
電率についての分布が、それぞれ屈折率もしくは導波損
失もしくは導電率の異なる複数の層構造により実現され
ることを特徴とする。
【００２０】請求項６の発明は、前記請求項２におい
て、前記透明電極自身の屈折率もしくは導波損失もしく
は導電率の分布が光導波路の導波方向に沿って周期的で
あることを特徴とする。
て、前記透明電極自身の屈折率もしくは導波損失もしく
は導電率の分布が光導波路の導波方向に沿って周期的で
あることを特徴とする。
【００２１】請求項７の発明は、前記請求項６におい
て、前記透明電極が、単層、又は屈折率もしくは導波損
失もしくは導電率の異なる複数の層構造を有し、前記層
の厚さを含む形状が軸方向で変化することにより前記屈
折率もしくは導路損失もしくは導電率の分布が実現され
ることを特徴とする。
て、前記透明電極が、単層、又は屈折率もしくは導波損
失もしくは導電率の異なる複数の層構造を有し、前記層
の厚さを含む形状が軸方向で変化することにより前記屈
折率もしくは導路損失もしくは導電率の分布が実現され
ることを特徴とする。
【００２２】請求項８の発明は、前記請求項２におい
て、前記透明電極自身の屈折率の分布が前記光導波路の
断面中心軸の付近で他の部分より大きいことを特徴とす
る。
て、前記透明電極自身の屈折率の分布が前記光導波路の
断面中心軸の付近で他の部分より大きいことを特徴とす
る。
【００２３】請求項９の発明は、前記請求項２におい
て、前記透明電極の断面形状が半円もしくは半楕円であ
ることを特徴とする。
て、前記透明電極の断面形状が半円もしくは半楕円であ
ることを特徴とする。
【００２４】請求項１０の発明は、前記請求項３、６及
び７において、前記透明電極の屈折率、導波損失、導電
率の分布もしくは前記回折格子の周期が、導波路光に対
して２次以上のブラッグ散乱次数であることを特徴とす
る。
び７において、前記透明電極の屈折率、導波損失、導電
率の分布もしくは前記回折格子の周期が、導波路光に対
して２次以上のブラッグ散乱次数であることを特徴とす
る。
【００２５】請求項１１の発明は、前記請求項２におい
て、前記透明電極の屈折率が下地の光導波路の屈折率よ
り小さいことを特徴とする。
て、前記透明電極の屈折率が下地の光導波路の屈折率よ
り小さいことを特徴とする。
【００２６】請求項１２の発明は、前記請求項２におい
て、前記透明電極と同程度の屈折率を有する絶縁誘電体
により前記透明電極を電気的に分離するように構成した
ことを特徴とする。
て、前記透明電極と同程度の屈折率を有する絶縁誘電体
により前記透明電極を電気的に分離するように構成した
ことを特徴とする。
【００２７】請求項１３の発明は、前記請求項１２にお
いて、前記絶縁誘電体で電気的に分離されている複数の
透明電極下の光素子を独立に駆動することを特徴とす
る。
いて、前記絶縁誘電体で電気的に分離されている複数の
透明電極下の光素子を独立に駆動することを特徴とす
る。
【００２８】請求項１４の発明は、前記請求項２乃至１
３において、前記透明電極の下に該透明電極とは異なる
屈折率もしくは光学的損失もしくは利得を有する誘電
体、又は半導体が配置されていることを特徴とする。
３において、前記透明電極の下に該透明電極とは異なる
屈折率もしくは光学的損失もしくは利得を有する誘電
体、又は半導体が配置されていることを特徴とする。
【００２９】請求項１５の発明は、前記請求項１４にお
いて、前記透明電極の下に該透明電極とは異なる屈折率
もしくは光学的損失もしくは利得を有する誘電体、又は
半導体が、光導波路方向に周期的に配置されていること
を特徴とする。
いて、前記透明電極の下に該透明電極とは異なる屈折率
もしくは光学的損失もしくは利得を有する誘電体、又は
半導体が、光導波路方向に周期的に配置されていること
を特徴とする。
【００３０】請求項１６の発明は、前記請求項２乃至１
５において、前記透明電極がＩＴＯ（Indium Tin Oxid
e）であることを特徴とする。
５において、前記透明電極がＩＴＯ（Indium Tin Oxid
e）であることを特徴とする。
【００３１】請求項１７の発明は、前記請求項１６にお
いて、前記ＩＴＯの屈折率が、該ＩＴＯに含まれる酸素
量により制御されることを特徴とする。
いて、前記ＩＴＯの屈折率が、該ＩＴＯに含まれる酸素
量により制御されることを特徴とする。
【００３２】請求項１８の発明は、前記請求項１６にお
いて、前記ＩＴＯの導電性や絶縁性が、該ＩＴＯに含ま
れる錫の組成により制御されることを特徴とする。
いて、前記ＩＴＯの導電性や絶縁性が、該ＩＴＯに含ま
れる錫の組成により制御されることを特徴とする。
【００３３】請求項１９の発明は、前記請求項２乃至１
８において、前記透明電極の下地の材料が半導体レーザ
の上部クラッド層もしくは光導波路層であることを特徴
とする。
８において、前記透明電極の下地の材料が半導体レーザ
の上部クラッド層もしくは光導波路層であることを特徴
とする。
【００３４】請求項２０の発明は、前記請求項２乃至１
９において、前記透明電極の下地の光導波路部分の屈折
率もしくは厚さが光導波路の軸方向で変化していること
を特徴とする。
９において、前記透明電極の下地の光導波路部分の屈折
率もしくは厚さが光導波路の軸方向で変化していること
を特徴とする。
【００３５】請求項２１の発明は、前記請求項２乃至２
０において、前記透明電極と下地の導波路材料の間にオ
ーミックコンタクトを得るための不純物又は金属の層を
設けたことを特徴とする。
０において、前記透明電極と下地の導波路材料の間にオ
ーミックコンタクトを得るための不純物又は金属の層を
設けたことを特徴とする。
【００３６】請求項２２の発明は、前記請求項２乃至２
０において、前記透明電極と下地の導波路材料の間の不
純物又は金属の層形状が、軸方向もしくは横方向で変化
していることを特徴とする。
０において、前記透明電極と下地の導波路材料の間の不
純物又は金属の層形状が、軸方向もしくは横方向で変化
していることを特徴とする。
【００３７】請求項２３の発明は、前記請求項１０にお
いて、前記透明電極の光出力を取り出す窓状の領域以外
の部分が、透明ではない電極で覆われていることを特徴
とする。
いて、前記透明電極の光出力を取り出す窓状の領域以外
の部分が、透明ではない電極で覆われていることを特徴
とする。
【００３８】請求項２４の発明は、前記請求項４、５、
７及び２０において、前記光学的特性の変化が、別の周
期的光学特性の変化に、実効的に位相シフトを与えるよ
うに制御されていることを特徴とする。
７及び２０において、前記光学的特性の変化が、別の周
期的光学特性の変化に、実効的に位相シフトを与えるよ
うに制御されていることを特徴とする。
【００３９】請求項２５の発明は、前記請求項２乃至２
４の光素子が同一基板上にモノリシックに集積されてい
る光素子であって、それぞれの前記光素子の透明電極の
光学パラメータが、それぞれの素子毎に異なることを特
徴とする。
４の光素子が同一基板上にモノリシックに集積されてい
る光素子であって、それぞれの前記光素子の透明電極の
光学パラメータが、それぞれの素子毎に異なることを特
徴とする。
【００４０】請求項２６の発明は、前記請求項２５の光
素子が同一基板上にモノリシックに集積され、かつ光導
波路に沿って光学的周期構造を有する分布帰還型もしく
は分布ブラッグ反射型の光素子であって、それぞれの素
子の透明電極の光学パラメータが異なることで、異なる
波長で発振することを特徴とする。
素子が同一基板上にモノリシックに集積され、かつ光導
波路に沿って光学的周期構造を有する分布帰還型もしく
は分布ブラッグ反射型の光素子であって、それぞれの素
子の透明電極の光学パラメータが異なることで、異なる
波長で発振することを特徴とする。
【００４１】請求項２７の発明は、前記請求項２乃至２
６の光素子からなる半導体レーザ素子であって、前記半
導体レーザのへき開による端面付近は透明電極が光導波
機能を有さず、半導体のみが光導波機能を有するか、も
しくは前記透明電極と半導体が全く光導波機能を有さな
い構造であることを特徴とする。
６の光素子からなる半導体レーザ素子であって、前記半
導体レーザのへき開による端面付近は透明電極が光導波
機能を有さず、半導体のみが光導波機能を有するか、も
しくは前記透明電極と半導体が全く光導波機能を有さな
い構造であることを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係わる光素子を
半導体レーザなどに適用した場合の実施形態を図面を参
照しながら詳細に説明する。
半導体レーザなどに適用した場合の実施形態を図面を参
照しながら詳細に説明する。
【００４３】［実施形態１］図１は、実施形態１に係わ
る半導体レーザの構成を示す概略斜視図である。このう
ち、（ａ）は従来と共通な部分の構成を、（ｂ）は本発
明に特徴的な部分の構成をそれぞれ示している（図９と
同等部分を同一符号で表す）。
る半導体レーザの構成を示す概略斜視図である。このう
ち、（ａ）は従来と共通な部分の構成を、（ｂ）は本発
明に特徴的な部分の構成をそれぞれ示している（図９と
同等部分を同一符号で表す）。
【００４４】まず、図１（ａ）に示すように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１（ｎ−ＩｎＰ緩衝層１ａを含む）、ＭＱＷ活性
層２、ｐ−ＩｎＰ層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３
を成長する。図９の従来例と違うのは、ＭＱＷ活性層２
の上にダブルヘテロ構造形成のために０．３μｍ厚さの
ｐ−ＩｎＰ層４を成長し、その上に０．２μｍ厚さの導
波路層３を成長したところにある。結晶成長は、この一
回のみである。
Ｐ基板１（ｎ−ＩｎＰ緩衝層１ａを含む）、ＭＱＷ活性
層２、ｐ−ＩｎＰ層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３
を成長する。図９の従来例と違うのは、ＭＱＷ活性層２
の上にダブルヘテロ構造形成のために０．３μｍ厚さの
ｐ−ＩｎＰ層４を成長し、その上に０．２μｍ厚さの導
波路層３を成長したところにある。結晶成長は、この一
回のみである。
【００４５】次に、この上に回折格子１５を形成する。
従来は、この後に多くの工程が控えていたが、この例で
は図１（ｂ）に示すように、この回折格子１５の上に屈
折率１．５のＳｉＯ2膜２６（酸化膜）を０．５μｍ厚
だけ堆積させる。
従来は、この後に多くの工程が控えていたが、この例で
は図１（ｂ）に示すように、この回折格子１５の上に屈
折率１．５のＳｉＯ2膜２６（酸化膜）を０．５μｍ厚
だけ堆積させる。
【００４６】次に、レジストを厚く塗布して、ストライ
プ状にＳｉＯ2膜２６を除去する。この後、スパッタ法
により透明電極であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層２
８を堆積させ、さらにリフトオフ法により前記ストライ
プ状にＳｉＯ2膜２６を除去した部分にのみＩＴＯ層を
残す。このＩＴＯ層の屈折率は、酸素の含有量でコント
ロールしている。この実施形態でのＩＴＯ層の屈折率は
３．０である。またＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰ（活性
層２および導波路層３）の屈折率は３．２以上である。
プ状にＳｉＯ2膜２６を除去する。この後、スパッタ法
により透明電極であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層２
８を堆積させ、さらにリフトオフ法により前記ストライ
プ状にＳｉＯ2膜２６を除去した部分にのみＩＴＯ層を
残す。このＩＴＯ層の屈折率は、酸素の含有量でコント
ロールしている。この実施形態でのＩＴＯ層の屈折率は
３．０である。またＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰ（活性
層２および導波路層３）の屈折率は３．２以上である。
【００４７】前記導波路層３から下の横幅方向の導波路
機構は利得ガイドとなる。つまり、電流注入領域で規定
される。この機構は電流レベルで変動しやすく、横モー
ドが安定にならない。しかし、ＩＴＯ層２８とＳｉＯ2
膜２６との間では横幅方向に屈折率ガイドの機構が働
く。すなわち、ＩＴＯ層がリッジ導波路として機能する
ことになる。この利得ガイドと屈折率ガイドの両方の機
構のバランスで横モード安定性が確保される。この場
合、ＭＱＷ活性層２の方が透明電極であるＩＴＯ層２８
より屈折率が高いと、ＭＱＷ活性層２での光閉込係数が
小さくなり、しきい値電流密度が上昇する。このため、
ＩＴＯ層２８の屈折率は活性層部分よりも小さな３．０
とした。また、外部電極と接続するためのワイヤ（図示
せず）はボンディングパッド２７上にボンディングす
る。
機構は利得ガイドとなる。つまり、電流注入領域で規定
される。この機構は電流レベルで変動しやすく、横モー
ドが安定にならない。しかし、ＩＴＯ層２８とＳｉＯ2
膜２６との間では横幅方向に屈折率ガイドの機構が働
く。すなわち、ＩＴＯ層がリッジ導波路として機能する
ことになる。この利得ガイドと屈折率ガイドの両方の機
構のバランスで横モード安定性が確保される。この場
合、ＭＱＷ活性層２の方が透明電極であるＩＴＯ層２８
より屈折率が高いと、ＭＱＷ活性層２での光閉込係数が
小さくなり、しきい値電流密度が上昇する。このため、
ＩＴＯ層２８の屈折率は活性層部分よりも小さな３．０
とした。また、外部電極と接続するためのワイヤ（図示
せず）はボンディングパッド２７上にボンディングす
る。
【００４８】この結果、図９で説明した従来例に比べ、
はるかに簡単な工程でＤＦＢレーザを実現することがで
きた。
はるかに簡単な工程でＤＦＢレーザを実現することがで
きた。
【００４９】［実施形態２］上記実施形態１及び従来例
では、半導体上に形成された回折格子を利用してＤＦＢ
レーザを構成しているが、透明電極に回折格子の機能を
持たせることもできる。この場合、エピタキシャル成長
された半導体に回折格子に形成する必要がなくなるた
め、製造が容易なものとなる。とくに、透明電極材料の
みを加工できるエッチング方法を用いれば、加工ミスに
より高価な半導体層構造を失うことなしに、透明電極以
降からのやり直しが可能となる。また、透明電極はエピ
タキシャル成長のように半導体基板と格子定数を近づけ
る必要がないため、屈折率の制御や絶縁膜を挿入するな
どの自由度が高くなる。さらには、回折格子が高温の結
晶成長中に平坦化するマストランスポート現象からも解
放される。
では、半導体上に形成された回折格子を利用してＤＦＢ
レーザを構成しているが、透明電極に回折格子の機能を
持たせることもできる。この場合、エピタキシャル成長
された半導体に回折格子に形成する必要がなくなるた
め、製造が容易なものとなる。とくに、透明電極材料の
みを加工できるエッチング方法を用いれば、加工ミスに
より高価な半導体層構造を失うことなしに、透明電極以
降からのやり直しが可能となる。また、透明電極はエピ
タキシャル成長のように半導体基板と格子定数を近づけ
る必要がないため、屈折率の制御や絶縁膜を挿入するな
どの自由度が高くなる。さらには、回折格子が高温の結
晶成長中に平坦化するマストランスポート現象からも解
放される。
【００５０】上述したように、透明電極の屈折率に分布
を持たせることができれば、透明電極に導波路として高
度な光学特性を持たせることができる。具体的には、Ｉ
ＴＯ層の組成、すなわち酸素の含量を制御したり、様々
な不純物をドープすることにより透明電極の屈折率を変
えることができる。以下、透明電極に回折格子としての
機能を持たせた場合の実施形態について説明する。
を持たせることができれば、透明電極に導波路として高
度な光学特性を持たせることができる。具体的には、Ｉ
ＴＯ層の組成、すなわち酸素の含量を制御したり、様々
な不純物をドープすることにより透明電極の屈折率を変
えることができる。以下、透明電極に回折格子としての
機能を持たせた場合の実施形態について説明する。
【００５１】図２は、実施形態２に係わる半導体レーザ
の構成を示す概略断面図である（図１、図９及び図１０
と同等部分を同一符号で表す）。
の構成を示す概略断面図である（図１、図９及び図１０
と同等部分を同一符号で表す）。
【００５２】まず、ｎ−ＩｎＰ基板１（ｎ−ＩｎＰ緩衝
層１ａを含む）上に、ＭＱＷ活性層２、ｐ−ＩｎＰ層
４、きわめて薄いｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５を
結晶成長する。次に、屈折率が３．０となるような透明
電極であるＩＴＯ層２８をスパッタ法により堆積させ
る。続いて、このＩＴＯ層２８上に従来例と同じ回折格
子として、回折格子１５ａを形成する。次に、屈折率
２．５となるようなＩＴＯ層２９を、同じくスパッタ法
により堆積させる。これにより、活性層からＩＴＯ層２
８、２９にしみだした導波路モードが、透明電極からな
る回折格子１５ａの周期構造を感じ、分布帰還（ＤＦ
Ｂ）が実現できる。
層１ａを含む）上に、ＭＱＷ活性層２、ｐ−ＩｎＰ層
４、きわめて薄いｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５を
結晶成長する。次に、屈折率が３．０となるような透明
電極であるＩＴＯ層２８をスパッタ法により堆積させ
る。続いて、このＩＴＯ層２８上に従来例と同じ回折格
子として、回折格子１５ａを形成する。次に、屈折率
２．５となるようなＩＴＯ層２９を、同じくスパッタ法
により堆積させる。これにより、活性層からＩＴＯ層２
８、２９にしみだした導波路モードが、透明電極からな
る回折格子１５ａの周期構造を感じ、分布帰還（ＤＦ
Ｂ）が実現できる。
【００５３】前記ＩＴＯ層２８と２９に含まれる錫（Ｔ
ｉｎ）の組成を変えることにより、透明電極の導電率や
光学損失の周期構造を実現できる。これは、損失／利得
結合型の効果の加わったＤＦＢレーザである。
ｉｎ）の組成を変えることにより、透明電極の導電率や
光学損失の周期構造を実現できる。これは、損失／利得
結合型の効果の加わったＤＦＢレーザである。
【００５４】また、この実施形態の回折格子１５ａの周
期が導波路光に対して２次であれば、光導波路とは垂直
に、すなわち基板面に垂直に光出力を取り出すことがで
きる。これは、一次の回折光が放射モードとして、回折
格子１５ａから基板に垂直に出射されるからである。こ
の構造はＧＣＳＥＬ（Grating Coupled Surface Emitti
ng LD）として知られている。ＧＣＳＥＬでは、一般に
共振器全体から、ある分布を持って放射される。放射モ
ード光が集中している狭い部分からのみ出力を取り出す
場合は、その部分以外の透明電極を光を吸収反射する金
属等で覆うようにすればよい。
期が導波路光に対して２次であれば、光導波路とは垂直
に、すなわち基板面に垂直に光出力を取り出すことがで
きる。これは、一次の回折光が放射モードとして、回折
格子１５ａから基板に垂直に出射されるからである。こ
の構造はＧＣＳＥＬ（Grating Coupled Surface Emitti
ng LD）として知られている。ＧＣＳＥＬでは、一般に
共振器全体から、ある分布を持って放射される。放射モ
ード光が集中している狭い部分からのみ出力を取り出す
場合は、その部分以外の透明電極を光を吸収反射する金
属等で覆うようにすればよい。
【００５５】［実施形態３］ここでは、本発明をＤＦＢ
レーザのような縦モードの制御ではなく、横モードの制
御に適用した場合の実施形態について説明する。
レーザのような縦モードの制御ではなく、横モードの制
御に適用した場合の実施形態について説明する。
【００５６】図３は、実施形態３に係わる半導体レーザ
の構成を示す概略斜視図である（図１及び図２と同等部
分を同一符号で表す）。
の構成を示す概略斜視図である（図１及び図２と同等部
分を同一符号で表す）。
【００５７】下地の半導体部分は、先の実施形態と同様
に構成する。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板１（ｎ−ＩｎＰ
緩衝層１ａを含む）上に、ＭＱＷ活性層２、ｐ−ＩｎＰ
層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５を結晶成長さ
せる。この上に透明電極であるＩＴＯ層２８を堆積さ
せ、ストライプ状にパターニングする。このＩＴＯ層２
８の屈折率は３．０に調整する。
に構成する。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板１（ｎ−ＩｎＰ
緩衝層１ａを含む）上に、ＭＱＷ活性層２、ｐ−ＩｎＰ
層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５を結晶成長さ
せる。この上に透明電極であるＩＴＯ層２８を堆積さ
せ、ストライプ状にパターニングする。このＩＴＯ層２
８の屈折率は３．０に調整する。
【００５８】次に、ＩＴＯ層２８より屈折率の小さい
（ｎ＝２．５）のＩＴＯ層２９を堆積させ、先に形成し
たＩＴＯ層２８に埋め込むようにストライプ状にパター
ニングする。光導波路の横モード形状に合わせて、外側
のＩＴＯ層２９の断面を半円状になるように加工する。
この後、ＳｉＯ2 膜２６で周囲を絶縁し、ボンディング
パッド２７を形成して完成する。
（ｎ＝２．５）のＩＴＯ層２９を堆積させ、先に形成し
たＩＴＯ層２８に埋め込むようにストライプ状にパター
ニングする。光導波路の横モード形状に合わせて、外側
のＩＴＯ層２９の断面を半円状になるように加工する。
この後、ＳｉＯ2 膜２６で周囲を絶縁し、ボンディング
パッド２７を形成して完成する。
【００５９】このように、外側のＩＴＯ層２９の屈折率
の分布が、光導波路の断面中心軸の付近で大きくなるよ
うに前記ＩＴＯ層２９を半円状に構成した場合には、断
面のモードを安定化させることができる。
の分布が、光導波路の断面中心軸の付近で大きくなるよ
うに前記ＩＴＯ層２９を半円状に構成した場合には、断
面のモードを安定化させることができる。
【００６０】また、ＧＣＳＥＬの場合は基板に垂直に放
射される放射モード出力に対して、シリンドリカルレン
ズとして機能するため、放射モード光のビーム広がり角
の広い側を狭くすることができる。なお、ＩＴＯ層２９
の断面形状は半円状だけでなく半楕円状であってもよ
い。ただし、方形断面の方が製作は容易である。
射される放射モード出力に対して、シリンドリカルレン
ズとして機能するため、放射モード光のビーム広がり角
の広い側を狭くすることができる。なお、ＩＴＯ層２９
の断面形状は半円状だけでなく半楕円状であってもよ
い。ただし、方形断面の方が製作は容易である。
【００６１】［実施形態４］一連の実施形態に使われる
透明電極自身は導電性を有するが、同じ程度の屈折率を
持つ絶縁誘電体と組み合わせるこことにより、さらに光
素子としての利用範囲を広げることができる。
透明電極自身は導電性を有するが、同じ程度の屈折率を
持つ絶縁誘電体と組み合わせるこことにより、さらに光
素子としての利用範囲を広げることができる。
【００６２】図４は、実施形態４に係わる半導体レーザ
の構成を示す概略断面図である（図２と同等部分を同一
符号で示す）。
の構成を示す概略断面図である（図２と同等部分を同一
符号で示す）。
【００６３】下地の半導体部分は、先の実施形態と同様
に構成する。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板１（ｎ−ＩｎＰ
緩衝層１ａを含む）上に、ＭＱＷ活性層２、ｐ−ＩｎＰ
層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５を結晶成長さ
せる。次に、絶縁誘電体であるＳｉＯ2 膜２６を堆積さ
せ、ＤＦＢ作用が得られるように軸方向に周期的に除去
し、回折格子１５を形成する。この上に透明電極である
ＩＴＯ層２８を全面に堆積させる。電流はＳｉＯ2 膜２
６により周期的にブロックされる。従って、活性層の利
得（ゲイン）も周期的に変化する。これにより、利得／
損失結合のＤＦＢレーザが実現できる。
に構成する。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板１（ｎ−ＩｎＰ
緩衝層１ａを含む）上に、ＭＱＷ活性層２、ｐ−ＩｎＰ
層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５を結晶成長さ
せる。次に、絶縁誘電体であるＳｉＯ2 膜２６を堆積さ
せ、ＤＦＢ作用が得られるように軸方向に周期的に除去
し、回折格子１５を形成する。この上に透明電極である
ＩＴＯ層２８を全面に堆積させる。電流はＳｉＯ2 膜２
６により周期的にブロックされる。従って、活性層の利
得（ゲイン）も周期的に変化する。これにより、利得／
損失結合のＤＦＢレーザが実現できる。
【００６４】上記ＳｉＯ2膜２６の屈折率は１．５程度
であるが、代わりにＳｉＮを用いると、屈折率を２．２
程度まで高めることができる。また、ＩＴＯ層２８の屈
折率も２．２程度になるように調整する。こうすると、
導波モードは屈折率の周期構造に影響されることはな
い。ゆえに、純粋に利得／損失のみによるＤＦＢ作用
（利得／損失結合）が得られる。この純粋な利得／損失
結合の条件では、図２のような位相シフト１６がなくて
も、ブラッグ波長で発振するしきい値の低い縦モードが
得られる。
であるが、代わりにＳｉＮを用いると、屈折率を２．２
程度まで高めることができる。また、ＩＴＯ層２８の屈
折率も２．２程度になるように調整する。こうすると、
導波モードは屈折率の周期構造に影響されることはな
い。ゆえに、純粋に利得／損失のみによるＤＦＢ作用
（利得／損失結合）が得られる。この純粋な利得／損失
結合の条件では、図２のような位相シフト１６がなくて
も、ブラッグ波長で発振するしきい値の低い縦モードが
得られる。
【００６５】また、絶縁誘電体からなる膜の代わりに、
半絶縁性の半導体層を用いることもできる。ただし、こ
の場合は結晶成長層の加工となるので、誘電体層より下
地を痛めるおそれがあることに注意が必要となる。
半絶縁性の半導体層を用いることもできる。ただし、こ
の場合は結晶成長層の加工となるので、誘電体層より下
地を痛めるおそれがあることに注意が必要となる。
【００６６】［実施形態５］上記実施形態４と類似の実
施形態として、ＤＦＢレーザとＥＡ変調器を集積した光
素子について説明する。
施形態として、ＤＦＢレーザとＥＡ変調器を集積した光
素子について説明する。
【００６７】図５は、実施形態５に係わるＤＦＢレーザ
とＥＡ変調器を集積した光素子の構成を示す概略断面図
である（図４と同等部分を同一符号で示す）。
とＥＡ変調器を集積した光素子の構成を示す概略断面図
である（図４と同等部分を同一符号で示す）。
【００６８】下地の半導体部分の構成は、これまでの実
施形態の素子とは異なり、二種類の導波路を持つ。片方
はＤＦＢレーザの活性層２であり、もう一方は、電解吸
収型（ＥＡ：Electro-Absorption type）の変調器の吸
収層１２である。このＤＦＢレーザとＥＡ変調器では、
ＤＦＢレーザの活性層２をＤＣ動作させておき、ＥＡ変
調器の吸収層２ａにかかる逆バイアスを変化させること
で吸収層１２の吸収率を変調する。したがって、ＤＦＢ
レーザの活性層２からＥＡ変調器の吸収層１２側への出
力光は、吸収層２ａのオン−オフにより変調される。
施形態の素子とは異なり、二種類の導波路を持つ。片方
はＤＦＢレーザの活性層２であり、もう一方は、電解吸
収型（ＥＡ：Electro-Absorption type）の変調器の吸
収層１２である。このＤＦＢレーザとＥＡ変調器では、
ＤＦＢレーザの活性層２をＤＣ動作させておき、ＥＡ変
調器の吸収層２ａにかかる逆バイアスを変化させること
で吸収層１２の吸収率を変調する。したがって、ＤＦＢ
レーザの活性層２からＥＡ変調器の吸収層１２側への出
力光は、吸収層２ａのオン−オフにより変調される。
【００６９】このような異種デバイスをモノリシックに
集積した場合、二種のデバイスは、独立に変調可能とな
るように構成する必要がある。特に、この例ではＤＦＢ
レーザは順バイアスの電流のＤＣ駆動、変調器は逆バイ
アスでの電界の高速パルス変調となるため、両者は完全
な電気的分離が必要である。
集積した場合、二種のデバイスは、独立に変調可能とな
るように構成する必要がある。特に、この例ではＤＦＢ
レーザは順バイアスの電流のＤＣ駆動、変調器は逆バイ
アスでの電界の高速パルス変調となるため、両者は完全
な電気的分離が必要である。
【００７０】次に、この構成の半導体ウェーハの上に絶
縁膜であるＳｉＯ2膜２６を堆積する。この例では、回
折格子パターン２６ａと電極分離パターン２６ｂを残
す。透明電極であるＩＴＯ層２８は、電解分離パターン
２６ｂを境として分離されるようにパターニングする。
具体的には、全面に形成して電極分離パターン２６ｂ上
のＩＴＯ層２８を抜く。あるいは電極分離パターン２６
ｂは、ＩＴＯ層２８をパターンに従って除去した後にＩ
ＴＯと同じ屈折率を有する絶縁誘電体膜を充填する。
縁膜であるＳｉＯ2膜２６を堆積する。この例では、回
折格子パターン２６ａと電極分離パターン２６ｂを残
す。透明電極であるＩＴＯ層２８は、電解分離パターン
２６ｂを境として分離されるようにパターニングする。
具体的には、全面に形成して電極分離パターン２６ｂ上
のＩＴＯ層２８を抜く。あるいは電極分離パターン２６
ｂは、ＩＴＯ層２８をパターンに従って除去した後にＩ
ＴＯと同じ屈折率を有する絶縁誘電体膜を充填する。
【００７１】このような構成によると、ＤＦＢレーザの
活性層２からＥＡ変調器の吸収層２ａを通る導波路光は
屈折率変動を受けなくなる。この場合、同じ横モード形
状を保ったまま連続的に通過するので、エネルギーの散
乱をなくすことができる。
活性層２からＥＡ変調器の吸収層２ａを通る導波路光は
屈折率変動を受けなくなる。この場合、同じ横モード形
状を保ったまま連続的に通過するので、エネルギーの散
乱をなくすことができる。
【００７２】また、ＩＴＯ層２８と電極分離パターン２
６ｂの形状をテーパ状とすることで、導波路光の変換を
滑らかにすることができる。
６ｂの形状をテーパ状とすることで、導波路光の変換を
滑らかにすることができる。
【００７３】［実施形態６］図６は、実施形態６に係わ
る半導体レーザの構成を示す概略断面図である（図５と
同等部分を同一符号で示す）。
る半導体レーザの構成を示す概略断面図である（図５と
同等部分を同一符号で示す）。
【００７４】一般に、半導体上に直接ＩＴＯ層を堆積し
ても、それだけではオーミックコンタクトが得られない
ことが多い。しかし、図６に示すように、光学特性にあ
まり影響を与えない厚さの金属層５０（又は不純物な
ど）を半導体の表面にフラッシュして付着させると、十
分なオーミックコンタクトを得ることができる。また、
このフラッシュした金属の層を回折格子状に形成して、
軸方向に周期構造を設けるとＤＦＢ作用を持たせること
ができる。この場合は、吸収による光学損や電流注入の
摂動を発生し、利得／損失結合（gain/losscoupling）
の割合が強くなる。この例では、金と亜鉛の合金層を５
ｎｍほどの厚さに堆積させた。
ても、それだけではオーミックコンタクトが得られない
ことが多い。しかし、図６に示すように、光学特性にあ
まり影響を与えない厚さの金属層５０（又は不純物な
ど）を半導体の表面にフラッシュして付着させると、十
分なオーミックコンタクトを得ることができる。また、
このフラッシュした金属の層を回折格子状に形成して、
軸方向に周期構造を設けるとＤＦＢ作用を持たせること
ができる。この場合は、吸収による光学損や電流注入の
摂動を発生し、利得／損失結合（gain/losscoupling）
の割合が強くなる。この例では、金と亜鉛の合金層を５
ｎｍほどの厚さに堆積させた。
【００７５】［実施形態７］図７は、実施形態７に係わ
る半導体レーザの構成を示す概略斜視図である（図１と
同等部分を同一符号で示す）。
る半導体レーザの構成を示す概略斜視図である（図１と
同等部分を同一符号で示す）。
【００７６】従来より、類似の素子をモノリシックにア
レイ状にならべた集積素子が知られている。例えば、Ｗ
ＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長多重）
方式の光通信用の光源などである。この実施形態に示す
応用例は、一定間隔で異なる発振波長のＤＦＢレーザを
アレイ状に配置したもので、それぞれの波長がチャネル
となるように構成したものである。
レイ状にならべた集積素子が知られている。例えば、Ｗ
ＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長多重）
方式の光通信用の光源などである。この実施形態に示す
応用例は、一定間隔で異なる発振波長のＤＦＢレーザを
アレイ状に配置したもので、それぞれの波長がチャネル
となるように構成したものである。
【００７７】各レーザの発振波長を変えるには、それぞ
れの素子で回折格子の周期を変えるか、実効的な屈折率
を変えるかすればよい。この点について、透明電極が光
導波路の一部ではない従来例の場合には、（１）面倒な
結晶成長を繰り返す、（２）選択成長等で活性層の組成
を変える、（３）光導波路の幅を変える、（４）半導体
上の回折格子の周期を変える、などの方法をとる必要が
あった。しかし、光導波路を透明電極により構成する
と、半導体はすべて共通とすることができ、透明電極の
光学特性のみで実効屈折率を変えることができる。透明
電極の実効屈折率の変更は、単素子の場合として今まで
の実施形態の中で例示してきた方法を用いることにより
実現できる。例えば、実施形態３の一層目の屈折率の高
いＩＴＯ層２８の幅を素子毎に変化させることで発振波
長を変えることができる。この実施形態では、図７に示
すように、ＩＴＯ層２８−１〜２８−４の幅を素子毎に
変化させている。なお、この他にも、実施形態２又は３
のＩＴＯ層２８の厚さを、素子毎に変わるようにパター
ニングとエッチングを繰り返すなどの方法がある。
れの素子で回折格子の周期を変えるか、実効的な屈折率
を変えるかすればよい。この点について、透明電極が光
導波路の一部ではない従来例の場合には、（１）面倒な
結晶成長を繰り返す、（２）選択成長等で活性層の組成
を変える、（３）光導波路の幅を変える、（４）半導体
上の回折格子の周期を変える、などの方法をとる必要が
あった。しかし、光導波路を透明電極により構成する
と、半導体はすべて共通とすることができ、透明電極の
光学特性のみで実効屈折率を変えることができる。透明
電極の実効屈折率の変更は、単素子の場合として今まで
の実施形態の中で例示してきた方法を用いることにより
実現できる。例えば、実施形態３の一層目の屈折率の高
いＩＴＯ層２８の幅を素子毎に変化させることで発振波
長を変えることができる。この実施形態では、図７に示
すように、ＩＴＯ層２８−１〜２８−４の幅を素子毎に
変化させている。なお、この他にも、実施形態２又は３
のＩＴＯ層２８の厚さを、素子毎に変わるようにパター
ニングとエッチングを繰り返すなどの方法がある。
【００７８】なお、この実施形態のように、ＩＴＯ層２
８の幅を変える方法は、一回のパターニングでできるの
で製作が容易となる。しかも、ＩＴＯ層２８と２９の屈
折率差を大きくとれるので、波長の調整範囲も大きくす
る事ができるという利点がある。
８の幅を変える方法は、一回のパターニングでできるの
で製作が容易となる。しかも、ＩＴＯ層２８と２９の屈
折率差を大きくとれるので、波長の調整範囲も大きくす
る事ができるという利点がある。
【００７９】さらに、この応用として、屈折率の変化
が、別の周期的な屈折率の変化に実効的に位相シフトを
与えるように構成することができる。これは、素子毎で
はなく、素子の共振器方向の屈折率変化に対応するもの
である。回折格子が一様な場合、実効的な位相シフト
は、光導波路の実効屈折率を共振器内で変化させれば、
その変化した部分で実現される。これは、その部分の導
波光の管内波長が変わるので、回折格子の位相シフトと
同じ効果を生じるからである。これは比較的簡単に実現
することができる。すなわち、一層目のＩＴＯ層２８の
幅を共振器内で変化させれば良い。例えば、図３に示す
ように、ＩＴＯ層２８の中央部を広くすればよい。
が、別の周期的な屈折率の変化に実効的に位相シフトを
与えるように構成することができる。これは、素子毎で
はなく、素子の共振器方向の屈折率変化に対応するもの
である。回折格子が一様な場合、実効的な位相シフト
は、光導波路の実効屈折率を共振器内で変化させれば、
その変化した部分で実現される。これは、その部分の導
波光の管内波長が変わるので、回折格子の位相シフトと
同じ効果を生じるからである。これは比較的簡単に実現
することができる。すなわち、一層目のＩＴＯ層２８の
幅を共振器内で変化させれば良い。例えば、図３に示す
ように、ＩＴＯ層２８の中央部を広くすればよい。
【００８０】［実施形態８］図８は、実施形態８に係わ
る半導体レーザの構成を示す概略斜視図である（図１と
同等部分を同一符号で示す）。
る半導体レーザの構成を示す概略斜視図である（図１と
同等部分を同一符号で示す）。
【００８１】一般に、端面から出力を取り出すタイプの
半導体レーザには、へき開面が必要となる。ところが、
上述した各実施形態を半導体レーザに適用すると、光導
波路が透明電極と重なり合った構造となる。この透明電
極部は下地の半導体と違い、へき開性がないため、きれ
いな端面が得られず、出力が得られにくい。
半導体レーザには、へき開面が必要となる。ところが、
上述した各実施形態を半導体レーザに適用すると、光導
波路が透明電極と重なり合った構造となる。この透明電
極部は下地の半導体と違い、へき開性がないため、きれ
いな端面が得られず、出力が得られにくい。
【００８２】この実施形態８では、共振器両端面付近の
半導体のみ厚くすることにより、へき開端面を得るよう
に構成した場合の例を示す。
半導体のみ厚くすることにより、へき開端面を得るよう
に構成した場合の例を示す。
【００８３】図８において、あらかじめ、ｐ−ＩｎＰ層
４を厚く成長した半導体層を、端面となるべき領域を除
いて、エッチングで活性層２の側まで掘る。この凹んだ
領域を含め全面にＩＴＯ層２８とＳｉＯ2膜２６を形成
する。このとき形成されるテーパ部６０により、凹み部
でのＩＴＯ層が段切れもなく形成される。また、端面付
近のＩＴＯ層２８やＳｉＯ2膜２６は後から除去する。
なお、端面をドライエッチで形成する場合や、ＧＣＳＥ
Ｌなどの表面放射型の場合は、このような構造とする必
要はない。
４を厚く成長した半導体層を、端面となるべき領域を除
いて、エッチングで活性層２の側まで掘る。この凹んだ
領域を含め全面にＩＴＯ層２８とＳｉＯ2膜２６を形成
する。このとき形成されるテーパ部６０により、凹み部
でのＩＴＯ層が段切れもなく形成される。また、端面付
近のＩＴＯ層２８やＳｉＯ2膜２６は後から除去する。
なお、端面をドライエッチで形成する場合や、ＧＣＳＥ
Ｌなどの表面放射型の場合は、このような構造とする必
要はない。
【００８４】なお、本発明において、光導波路を構成す
る透明電極は上記実施形態で示したＩＴＯ（Indium Tin
Oxide）に限定されるものではなく、同等に機能し得る
ものであれば他の材料を用いることもできる。例えば、
ＳｎＯ2や多結晶シリコンなどが挙げられる。
る透明電極は上記実施形態で示したＩＴＯ（Indium Tin
Oxide）に限定されるものではなく、同等に機能し得る
ものであれば他の材料を用いることもできる。例えば、
ＳｎＯ2や多結晶シリコンなどが挙げられる。
【００８５】また、これまで述べてきた実施形態の他に
も、本発明は種々に応用が可能である。例えば、ＬｉＮ
ｂ０３で形成された各種光導波路への応用である。従来
は、Ｔｉを拡散して導波路を作る必要があったが、本発
明によれば、電極を作ればそれがそのまま導波路にな
る。また、Ｔｉ拡散導波路の導波路特性を向上させるこ
とができる。すなわち、本発明は上述した実施形態に提
示された素子に限らず、様々な光導波路デバイスに適用
することができる。
も、本発明は種々に応用が可能である。例えば、ＬｉＮ
ｂ０３で形成された各種光導波路への応用である。従来
は、Ｔｉを拡散して導波路を作る必要があったが、本発
明によれば、電極を作ればそれがそのまま導波路にな
る。また、Ｔｉ拡散導波路の導波路特性を向上させるこ
とができる。すなわち、本発明は上述した実施形態に提
示された素子に限らず、様々な光導波路デバイスに適用
することができる。
【００８６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至請求
項２７の発明においては、電極構造と光導波路機構とを
共通化するようにしたので、従来の素子構造に比べて構
造を単純なものとすることができる。これによると、製
造工程を少なくすることができ、とくに複雑で手間のか
かるエピタキシャル結晶成長などの工程を減らすことが
できるので、歩留まりが向上し、コストの低減を図るこ
とができる。
項２７の発明においては、電極構造と光導波路機構とを
共通化するようにしたので、従来の素子構造に比べて構
造を単純なものとすることができる。これによると、製
造工程を少なくすることができ、とくに複雑で手間のか
かるエピタキシャル結晶成長などの工程を減らすことが
できるので、歩留まりが向上し、コストの低減を図るこ
とができる。
【００８７】また、従来は結晶と金属の物性のみで特性
が決まっていたが、本発明のように透明電極と光導波路
を共通化すると、光導波路や電極設計の自由度が増すた
め、さらなる特性の向上を図ることができる。
が決まっていたが、本発明のように透明電極と光導波路
を共通化すると、光導波路や電極設計の自由度が増すた
め、さらなる特性の向上を図ることができる。
【００８８】このうち、請求項３、６、１０、１５、１
９、２２、２３、２４、２６の発明によれば、従来構造
に比べて、はるかに簡単な工程でＤＦＢレーザを実現す
ることができる。
９、２２、２３、２４、２６の発明によれば、従来構造
に比べて、はるかに簡単な工程でＤＦＢレーザを実現す
ることができる。
【００８９】とくに請求項６の発明のように、透明電極
そのものに屈折率の周期構造を作成した場合には、電極
部分を作り直せば、高価な半導体ウェーハを再利用する
ことができる。また、半導体結晶ではドライエッチング
を用いると結晶性に対するダメージがあるが、透明電極
は単結晶ではないのでダメージは少ない。さらには、量
産化にも向いている。
そのものに屈折率の周期構造を作成した場合には、電極
部分を作り直せば、高価な半導体ウェーハを再利用する
ことができる。また、半導体結晶ではドライエッチング
を用いると結晶性に対するダメージがあるが、透明電極
は単結晶ではないのでダメージは少ない。さらには、量
産化にも向いている。
【００９０】また、請求項１６、１７、１８の発明にお
いては、透明電極の屈折率等の光学パラメータを、これ
ら発明に示された材料、方法により制御することができ
る。しかも、その制御範囲は半導体結晶よりも広く、電
極設計に幅を持たせることができる。
いては、透明電極の屈折率等の光学パラメータを、これ
ら発明に示された材料、方法により制御することができ
る。しかも、その制御範囲は半導体結晶よりも広く、電
極設計に幅を持たせることができる。
【００９１】また、請求項１５、２２の発明のように、
透明電極と絶縁性材料や吸収性材料とを組み合わせる
と、利得／損失結合型のＤＦＢレーザを実現しやすくな
る。
透明電極と絶縁性材料や吸収性材料とを組み合わせる
と、利得／損失結合型のＤＦＢレーザを実現しやすくな
る。
【００９２】また、請求項１０、２３の発明のように、
２次の回折格子を用いたＧＣＳＥＬへ適用した場合は、
透明電極の部分が表面放射出力を取り出す窓としての役
目を果たすため、より効果的に出力を取り出すことがで
きる。
２次の回折格子を用いたＧＣＳＥＬへ適用した場合は、
透明電極の部分が表面放射出力を取り出す窓としての役
目を果たすため、より効果的に出力を取り出すことがで
きる。
【００９３】また、請求項９の発明のように、光導波路
の断面形状を半円もしくは半楕円とした場合には、この
部分がシリンドリカルレンズとして機能するため、放射
モード光のビーム広がり角の広い側を狭くすることがで
きる。
の断面形状を半円もしくは半楕円とした場合には、この
部分がシリンドリカルレンズとして機能するため、放射
モード光のビーム広がり角の広い側を狭くすることがで
きる。
【００９４】また、請求項２４の発明のように、屈折率
の変化が別の周期的な屈折率の変化に実効的に位相シフ
トを与えるように構成した場合は、電極側の加工によっ
て、ＤＦＢレーザに実効的に位相シフトを設けることが
できる。
の変化が別の周期的な屈折率の変化に実効的に位相シフ
トを与えるように構成した場合は、電極側の加工によっ
て、ＤＦＢレーザに実効的に位相シフトを設けることが
できる。
【００９５】また、請求項２６の発明のように、ＤＦＢ
レーザをアレイ状とし、ＷＤＭ用光源として異なる波長
で発振させるような構造に適用することもできる。すな
わち、活性層を含む半導体部分を共通にしながら、電極
の加工のみで波長多重用集積ＤＦＢレーザ・アレイを実
現することができる。
レーザをアレイ状とし、ＷＤＭ用光源として異なる波長
で発振させるような構造に適用することもできる。すな
わち、活性層を含む半導体部分を共通にしながら、電極
の加工のみで波長多重用集積ＤＦＢレーザ・アレイを実
現することができる。
【００９６】さらに、請求項８、９の発明のように、Ｄ
ＦＢレーザの他にも、一般的な横モードの制御用導波路
として適用することができる。
ＦＢレーザの他にも、一般的な横モードの制御用導波路
として適用することができる。
【図１】実施形態１に係わる半導体レーザの構成を示す
概略斜視図。
概略斜視図。
【図２】実施形態２に係わる半導体レーザの構成を示す
概略断面図。
概略断面図。
【図３】実施形態３に係わる半導体レーザの構成を示す
概略斜視図。
概略斜視図。
【図４】実施形態４に係わる半導体レーザの構成を示す
概略断面図。
概略断面図。
【図５】実施形態５に係わるＤＦＢレーザとＥＡ変調器
を集積した光素子の構成を示す概略断面図。
を集積した光素子の構成を示す概略断面図。
【図６】実施形態６に係わる半導体レーザの構成を示す
概略断面図。
概略断面図。
【図７】実施形態７に係わる半導体レーザの構成を示す
概略斜視図。
概略斜視図。
【図８】実施形態８に係わる半導体レーザの構成を示す
概略斜視図。
概略斜視図。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系
のＤＦＢ型レーザの製造工程の一部を示す概略斜視図。
のＤＦＢ型レーザの製造工程の一部を示す概略斜視図。
【図１０】図９の工程により作成された素子の概略断面
図。
図。
【図１１】メサ電極構造の一例を示す概略斜視図。
１ ｎ−ＩｎＰ基板 １ａ ｎ−ＩｎＰ緩衝層 ２ ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ構造レーザ活性層（ＭＱＷ
活性層） ２ａ 活性層ストライプ ３ ＩｎＧａＡｓＰ導波層 ４ ｐ−ＩｎＰ層（下側） ４ａ ｐ−ＩｎＰ層（上側） ５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰオーミック・コンタクト層 ６ ｐ−ＩｎＰ埋込み層 ７ ｎ−ＩｎＰ埋込み層 １５ 回折格子 １５ａ 透明電極中の回折格子 １６ 回折格子の位相シフト（λ／４） １７ ＳｉＯ2膜（エッチングマスク） ２０ ｐ側電極（従来例） ２１ ｎ側電極 ２５ メサストライプ（寄生容量低減用） ２６ ＳｉＯ2 膜 ２６ａ ＳｉＯ2 絶縁膜（電極分離用） ２７ ボンディングパッド ２８ 透明電極（ＩＴＯ等：ｐ側、屈折率：が大きい
方） ２９ 透明電極（ＩＴＯ等：ｐ側、屈折率：が小きい
方） ３０ ＡＲ（無反射）膜 ５０ 金属層 ６０ テーパ部
活性層） ２ａ 活性層ストライプ ３ ＩｎＧａＡｓＰ導波層 ４ ｐ−ＩｎＰ層（下側） ４ａ ｐ−ＩｎＰ層（上側） ５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰオーミック・コンタクト層 ６ ｐ−ＩｎＰ埋込み層 ７ ｎ−ＩｎＰ埋込み層 １５ 回折格子 １５ａ 透明電極中の回折格子 １６ 回折格子の位相シフト（λ／４） １７ ＳｉＯ2膜（エッチングマスク） ２０ ｐ側電極（従来例） ２１ ｎ側電極 ２５ メサストライプ（寄生容量低減用） ２６ ＳｉＯ2 膜 ２６ａ ＳｉＯ2 絶縁膜（電極分離用） ２７ ボンディングパッド ２８ 透明電極（ＩＴＯ等：ｐ側、屈折率：が大きい
方） ２９ 透明電極（ＩＴＯ等：ｐ側、屈折率：が小きい
方） ３０ ＡＲ（無反射）膜 ５０ 金属層 ６０ テーパ部
Claims (27)
- 【請求項１】 光導波構造と電極とを有する光素子にお
いて、 前記光導波構造に含まれる光導波路と前記電極の少なく
も一部が共通の材料で構成されることを特徴とする光素
子。 - 【請求項２】 光導波構造を備えた光素子において、 前記光導波構造に含まれる光導波路を透明電極で構成し
たことを特徴とする光素子。 - 【請求項３】 前記請求項２記載の光素子において、 前記透明電極が回折格子を有する光導波機構の上に直接
形成され、かつ光導波機能を有することを特徴とする光
素子。 - 【請求項４】 前記請求項２及び３記載の光素子におい
て、 前記透明電極自身がその屈折率もしくは導波損失もしく
は導電率について分布を有することを特徴とする光素
子。 - 【請求項５】 前記請求項４記載の光素子において、 前記透明電極の屈折率もしくは導波損失もしくは導電率
についての分布が、それぞれ屈折率もしくは導波損失も
しくは導電率の異なる複数の層構造により実現されるこ
とを特徴とする光素子。 - 【請求項６】 前記請求項２記載の光素子において、 前記透明電極自身の屈折率もしくは導波損失もしくは導
電率の分布が光導波路の導波方向に沿って周期的である
ことを特徴とする光素子。 - 【請求項７】 前記請求項６記載の光素子において、 前記透明電極が、単層、又は屈折率もしくは導波損失も
しくは導電率の異なる複数の層構造を有し、前記層の厚
さを含む形状が軸方向で変化することにより前記屈折率
もしくは導路損失もしくは導電率の分布が実現されるこ
とを特徴とする光素子。 - 【請求項８】 前記請求項２記載の光素子において、 前記透明電極自身の屈折率の分布が前記光導波路の断面
中心軸の付近で他の部分より大きいことを特徴とする光
素子。 - 【請求項９】 前記請求項２記載の光素子において、 前記透明電極の断面形状が半円もしくは半楕円であるこ
とを特徴とする光素子。 - 【請求項１０】 前記請求項３、６及び７記載の光素子
において、 前記透明電極の屈折率、導波損失、導電率の分布もしく
は前記回折格子の周期が、導波路光に対して２次以上の
ブラッグ散乱次数であることを特徴とする光素子。 - 【請求項１１】 前記請求項２記載の光素子において、 前記透明電極の屈折率が下地の光導波路の屈折率より小
さいことを特徴とする光素子。 - 【請求項１２】 前記請求項２記載の光素子において、 前記透明電極と同程度の屈折率を有する絶縁誘電体によ
り前記透明電極を電気的に分離するように構成したこと
を特徴とする光素子。 - 【請求項１３】 前記請求項１２記載の光素子の駆動方
法において、 前記絶縁誘電体で電気的に分離されている複数の透明電
極下の光素子を独立に駆動することを特徴とする光素子
の駆動方法。 - 【請求項１４】 前記請求項２乃至１２記載の光素子に
おいて、 前記透明電極の下に該透明電極とは異なる屈折率もしく
は光学的損失もしくは利得を有する誘電体、又は半導体
が配置されていることを特徴とする光素子。 - 【請求項１５】 前記請求項１４記載の光素子におい
て、 前記透明電極の下に該透明電極とは異なる屈折率もしく
は光学的損失もしくは利得を有する誘電体、又は半導体
が、光導波路方向に周期的に配置されていることを特徴
とする光素子。 - 【請求項１６】 前記請求項２乃至１２、１４及び１５
記載の光素子において、 前記透明電極がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）であること
を特徴とする光素子。 - 【請求項１７】 前記請求項１６記載の光素子におい
て、 前記ＩＴＯの屈折率が、該ＩＴＯに含まれる酸素量によ
り制御されることを特徴とする光素子。 - 【請求項１８】 前記請求項１６記載の光素子におい
て、 前記ＩＴＯの導電性や絶縁性が、該ＩＴＯに含まれる錫
の組成により制御されることを特徴とする光素子。 - 【請求項１９】 前記請求項２乃至１２、１４乃至１８
記載の光素子において、 前記透明電極の下地の材料が半導体レーザの上部クラッ
ド層もしくは光導波路層であることを特徴とする光素
子。 - 【請求項２０】 前記請求項２乃至１２、１４乃至１９
記載の光素子において、 前記透明電極の下地の光導波路部分の屈折率もしくは厚
さが光導波路の軸方向で変化していることを特徴とする
光素子。 - 【請求項２１】 前記請求項２乃至１２、１４乃至２０
記載の光素子において、 前記透明電極と下地の導波路材料の間にオーミックコン
タクトを得るための不純物又は金属の層を設けたことを
特徴とする光素子。 - 【請求項２２】 前記請求項２乃至１２、１４乃至２０
記載の光素子において、 前記透明電極と下地の導波路材料の間の不純物又は金属
の層形状が、軸方向もしくは横方向で変化していること
を特徴とする光素子。 - 【請求項２３】 前記請求項１０記載の光素子におい
て、 前記透明電極の光出力を取り出す窓状の領域以外の部分
が、透明ではない電極で覆われていることを特徴とする
光素子。 - 【請求項２４】 前記請求項４、５、７及び２０記載の
光素子において前記光学的特性の変化が、別の周期的光
学特性の変化に、実効的に位相シフトを与えるように制
御されていることを特徴とする光素子。 - 【請求項２５】 前記請求項２乃至１２、１４乃至２４
記載の光素子が同一基板上にモノリシックに集積されて
いる光素子であって、 それぞれの前記光素子の透明電極の光学パラメータが、
それぞれの素子毎に異なることを特徴とする光素子。 - 【請求項２６】 前記請求項２５記載の光素子が同一基
板上にモノリシックに集積され、かつ光導波路に沿って
光学的周期構造を有する分布帰還型もしくは分布ブラッ
グ反射型の光素子であって、 それぞれの素子の透明電極の光学パラメータが異なるこ
とで、異なる波長で発振することを特徴とする光素子。 - 【請求項２７】 前記請求項２乃至１２、１４乃至２６
記載の光素子からなる半導体レーザ素子であって、 前記半導体レーザ素子のへき開による端面付近は透明電
極が光導波機能を有さず、半導体のみが光導波機能を有
するか、もしくは前記透明電極と半導体が全く光導波機
能を有さない構造であることを特徴とする半導体レーザ
素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10021266A JPH11220212A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 光素子、光素子の駆動方法及び半導体レーザ素子 |
| US09/238,493 US6327413B1 (en) | 1998-02-02 | 1999-01-27 | Optoelectronic device and laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10021266A JPH11220212A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 光素子、光素子の駆動方法及び半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220212A true JPH11220212A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12050313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10021266A Pending JPH11220212A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 光素子、光素子の駆動方法及び半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6327413B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11220212A (ja) |
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