JPH11312842A - 発光素子モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が容易で、光出力効率が高く、かつ、光
出力特性の良い発光素子モジュールを提供する。 【解決手段】 発光素子モジュール１０は、発光素子１
２と内部に回折格子４４を有する光ファイバ１４とを組
み合わせて構成される。発光素子１２は、基板１６上
に、下側クラッド層１８、導波路として作用する活性層
２０、上側クラッド層２２が順次積層された構造となっ
ており、劈開によって形成された出射面１２ａと、同じ
く劈開によって形成され、出射面１２ａと平行な反射面
１２ｂとを有している。上記導波路（活性層２０）の光
軸は、出射面１２ａの法線と７．５°の角度を有するよ
うに形成されている。また、発光素子１２の出射面１２
ａ、反射面１２ｂには、それぞれ低反射膜４０、高反射
膜４２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子を有する
光ファイバと発光素子とを備えて構成される発光素子モ
ジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内部に回折格子を有する光ファイバを発
光素子の出射面に対向させて配置した発光素子モジュー
ルは、簡単な構造でありながら比較的安定したスペクト
ルを有するため、広く使用されている。

【０００３】かかる発光素子モジュールにおいては、上
記発光素子の反射面（出射面と対向する面）と上記光フ
ァイバ内の回折格子とがブラッグ反射器型共振器を構成
するため、上記回折格子の格子間距離によって決定され
る特定の波長の光（以下ブラッグモード光という）が発
振し、この光が発光素子モジュールの出力光として出力
される。

【０００４】しかし、発光素子の出射面の反射率が完全
に０にはならないため、出射面で反射された一部の光
は、発光素子の出射面と反射面との間で共振を起こし、
上記出射面と上記反射面との間隔によって決定される特
定の波長の光（以下ファブリ−ペローモード光という）
が発生する。かかるファブリペローモード光の波長は、
発光素子の駆動電流に伴って変化し、この変化はブラッ
グモード光に、ファブリペローモード光の波長間隔に相
当する大きなモードホッピングを生じさせる。その結
果、ブラッグモード光の電流−光出力特性にキンク（非
直線性）が生じ、発光素子モジュールの光出力特性を悪
化させる。

【０００５】かかる光出力特性の悪化を防止するための
試みとして、以下に示すような発光素子モジュールが知
られている。例えば、国際公開ＷＯ９６／２７９２９号
公報には、反射面の法線と平行かつ出射面の法線と所定
の角度を有するように曲線状に形成された導波路を有す
る発光素子モジュール（レーザ）が記載されており、特
開平１０−１２９５９号公報には、出射面（の活性層の
部分）と導波路とが直交しないように、出射面の一部を
ドライエッチング処理によって除去した発光素子モジュ
ールが記載されている。いずれの発光素子モジュール
も、出射面と導波路とが直交しないように発光素子を構
成することで、出射面における反射率を小さくでき、発
光素子の反射面と光ファイバ内の回折格子との間で発生
するブラッグモード光と比較して、発光素子の出射面と
反射面との間で発生するファブリ−ペローモード光を小
さく押さえられる。その結果、ファブリ−ペローモード
光に起因するブラッグモード光のモードホッピングの影
響を小さくすることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の発
光素子モジュールには、以下に示すような問題点が残さ
れる。すなわち、反射面の法線と平行かつ出射面の法線
と所定の角度を有するように曲線状に形成された導波路
を有する発光素子モジュールは、導波路を曲線状に形成
する際の加工が困難であり、加工精度上、発光素子を小
さくすることが難しい。その結果、発光素子の消費電力
も増加し、発熱量が大きくなってしまう。

【０００７】また、出射面の一部をドライエッチング処
理によって除去した発光素子モジュールは、製造は比較
的容易であるが、エッチング処理によって得られた端面
は劈開によって得られた端面と比較して粗面であるた
め、出射面から出射される光の出射損失が増加し、光出
力効率が低下してしまう。

【０００８】そこで本発明は、上記問題点を解決し、製
造が容易で、光出力効率が高く、かつ、光出力特性の良
い発光素子モジュールを提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の発光素子モジュールは、半導体基板上に形
成された導波路と、導波路の一方の端面側に形成された
第１の劈開面と、導波路の他方の端面側に形成された第
２の劈開面とを有する発光素子と、端部が発光素子の第
１の劈開面に対向して設けられるとともに、端部から所
定の距離だけ隔てられた位置に、発光素子の導波路を介
して第２の劈開面との間で光共振を発生させる回折格子
が形成された光ファイバとを備え、導波路は、略直線上
に形成されており、導波路の光軸と第１の劈開面の法線
とのなす角は、鋭角となっていることを特徴としてい
る。

【００１０】上記発光素子モジュールは、導波路の光軸
と第１の劈開面の法線とのなす角が鋭角となっているこ
とから、第１の端面（出射面）における反射率を小さく
できる。また、導波路が略直線上に形成されていること
から、特殊形状（曲線形状）を有するマスクパターンを
用いることなく、直線状のマスクパターンを用いて導波
路を形成することが可能となる。さらに、導波路の端面
側に形成された発光素子の両端面が劈開面であることか
ら、エッチング処理によって形成された端面と比較し
て、第１の劈開面（出射面）における出射損失、及び、
第２の端面（反射面）における反射損失が減少する。

【００１１】本発明の発光素子モジュールは、第１の劈
開面に、当該第１の劈開面における反射率を小さくする
ための低反射膜が設けられており、第２の劈開面に、当
該第２の劈開面における反射率を大きくするための高反
射膜が設けられていることを特徴とすることが好適であ
る。

【００１２】第１の劈開面に低反射膜を設けることで、
第１の劈開面における反射率を低減させ、第１の劈開面
と第２の劈開面との間で発生するファブリ−ペローモー
ド光の強度を小さく押さえられる。一方、第２の劈開面
に高反射膜を設けることで、第２の劈開面における反射
率を増加させ、第２の劈開面と光ファイバ内の回折格子
との間で発振するブラッグモード光の強度を大きくする
ことができる。

【００１３】本発明の発光素子モジュールは、導波路の
上記一方の端面側に、当該導波路の断面積が当該一方の
端面に向かって小さくなるスポットサイズ変換領域が形
成されていることを特徴としても良い。

【００１４】上記スポットサイズ変換領域を形成するこ
とで、第１の劈開面から出射される光のビームスポット
径を小さくすることができる。

【００１５】本発明の発光素子モジュールは、導波路の
一方の端面と第１の劈開面との間隙に、導波路を構成す
る材料よりもバンドギャップが大きい材料から形成され
た窓領域が形成されていることを特徴とすることが好適
である。

【００１６】導波路の一方の端面と第１の劈開面との間
隙に窓領域を設けることにより、当該窓領域内で光はビ
ームスポット径を増加させながら進行する。よって、導
波路の一方の端面から出射され、第１の劈開面で反射し
て再び導波路の一方の端面に入射する光量は極めて小さ
くなる。その結果、第１の劈開面における実質的な反射
率が極めて小さくなり、第１の劈開面と第２の劈開面と
の間で発生するファブリ−ペローモード光の強度を極め
て小さく押さえられる。

【００１７】本発明の発光素子モジュールは、導波路の
光軸と第１の劈開面の法線とのなす角が、５゜以上であ
り、かつ、１５゜以下であることを特徴とすることが好
適である。

【００１８】導波路の光軸と第１の劈開面の法線とのな
す角を５゜以上とすることで、第１の劈開面における反
射率を効率よく低減できる。また、１５゜以下とするこ
とで、第２の劈開面における反射率の低減を防止でき、
第２の劈開面における反射率を高い状態に維持できる。

【００１９】本発明の発光素子モジュールは、導波路の
光軸と前記第１の劈開面の法線とのなす角が、５゜以上
であり、かつ、１０゜以下であることを特徴とすること
がさらに好適である。

【００２０】導波路の光軸と第１の劈開面の法線とのな
す角を５゜以上とすることで、第１の劈開面における反
射率を効率よく低減できる。また、１０゜以下とするこ
とで、第２の劈開面における反射率の低減を防止でき、
第２の劈開面における反射率を極めて高い状態に維持で
きる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態にかかる発光素
子モジュールについて説明する。まず本実施形態にかか
る発光素子モジュールの構成について説明する。図１
は、本実施形態にかかる発光素子モジュールの斜視図で
ある（尚、一部切り欠き部分がある）。

【００２２】発光素子モジュール１０は、図１に示すよ
うに、発光素子１２と光ファイバ１４とを組み合わせた
構成となっている。

【００２３】発光素子１２は、ｎ型ＩｎＰからなる基板
１６の上面（（１００）面）に、下側クラッド層１８、
導波路として作用する活性層２０、上側クラッド層２２
が順次積層された構造となっており、劈開によって形成
された出射面１２ａ（第１の劈開面）と、同じく劈開に
よって形成され、出射面と平行な反射面（第２の劈開
面）とを有している。

【００２４】下側クラッド層１８は、ｎ型ＩｎＰからな
り、基板１６の上面に帯状に形成されている。また、下
側クラッド層１８は、０．５μｍ程度の厚みを有してい
る。

【００２５】活性層２０は、ＧａＩｎＡｓＰからなり
０．００５μｍ程度の厚みを有する量子井戸層を、組成
比を変えることによって当該量子井戸層よりもエネルギ
ーギャップを大きくしたＧａＩｎＡｓＰからなり０．０
１μｍ程度の厚みを有する障壁層で挟み込んだ量子井戸
構造を有しており、さらにこの量子井戸構造を複数積層
した多重量子井戸構造として、下側クラッド１８上に形
成されている。

【００２６】上側クラッド層２２は、ｐ型ＩｎＰからな
り、活性層２０上に形成されている。また、上側クラッ
ド層２２は、０．４μｍ程度の厚みを有している。

【００２７】下側クラッド層１８と上側クラッド層２２
との間に挟まれた活性層２０は、発光素子１２の導波路
として作用し、これらの層が基板１６上に帯状に形成さ
れていることから、当該発光素子１２は略直線上の導波
路を有することになる。また、発光素子モジュール１０
を図１のＡ−Ａ’を通りｘｙ平面に平行な平面で切った
場合の模式的な断面図である図２に示すように、上記導
波路（活性層２０）の光軸は、出射面１２ａ（及び反射
面１２ｂ）の法線と７．５°の角度を有するように形成
されている。

【００２８】また、帯状に形成された下側クラッド層１
８、活性層２０及び上側クラッド層２２の両側部には、
図１に示すように、ｐ型ＩｎＰ層及びｎ型ＩｎＰ層を積
層した電流阻止層２４が設けられている。さらに電流阻
止層２４の外側には、素子分離のための分離溝２６が、
上記導波路の光軸と平行、すなわち、出射面１２ａの法
線と７．５°の角度を有するように設けられている。

【００２９】上側クラッド層２２及び電流阻止層２４の
上面にはさらに、光がコンタクト層（後述）まで達しな
いように所定の厚みをもったｐ型ＩｎＰからなるクラッ
ド層２８が設けられており、クラッド層２８は、平坦に
なっていない上側クラッド層２２と電流阻止層との境界
部を平坦化する作用も併せ持っている。

【００３０】クラッド層２８の上面には、ｐ⁺型ＧａＩ
ｎＡｓからなり０．５μｍ程度の厚さを有するコンタク
ト層３０が設けられ、当該コンタクト層３０の上面には
コンタクト層３０側からＴｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層を積
層した３層構造の上面電極３２が形成されており、ま
た、基板１６の下面には基板１６側からＴｉ層、ＡｕＧ
ｅ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層及びＡｕ層を積層した５層構造の
下面電極３４が形成されている。ここで、活性層２０の
上部に相当する部分では、コンタクト層３０と上面電極
３２とが接しているが、活性層２０の上部に相当しない
部分では、コンタクト層３０と上面電極３２との間隙に
ＳｉＯ₂からなる絶縁層３６が設けられ、コンタクト層
３０と上面電極３２とが電気的に絶縁されている。さら
に、コンタクト層３０の上面には電極として作用する金
メッキ層３８が設けられている。

【００３１】発光素子１２の出射面１２ａには、出射面
１２ａにおける反射率を小さくするために、ＳｉＮから
なる低反射膜４０が形成されている。一方、反射面１２
ｂには、反射面１２ｂにおける反射率を大きくするため
に、ＳｉＮからなる膜とα−Ｓｉからなる膜とを交互に
２層ずつ積層した高反射膜４２が設けられている。

【００３２】光ファイバ１４は、その端部１４ａが発光
素子１０の出射面１２ａの活性層２０の部分に対向して
設けられている。具体的には、光ファイバ１４の光軸が
発光素子の出射面１２ａから出射された光の光軸と一致
するように光軸あわせがなされている。また、光ファイ
バ１４のコア４３には、端部１４ａから所定の距離だけ
隔てられた位置に回折格子４４が設けられ、発光素子１
０の導波路を介して発光素子１０の反射面１２ｂとの間
で光共振を発生させることができるようになっている。
ここで、発光素子１２の出射面１２ａと光ファイバ１４
の端部１４ａとの間隔、光ファイバ１４の端部１４ａと
回折格子４４との間隔、回折格子４４の格子間隔は、所
望の共振周波数を得られるように、適宜調節することが
できる。また、発光素子１２の等価屈折率（３．５３）
と空気の屈折率との相違を考慮して、光ファイバ１４
は、図２に示すように、その光軸が発光素子１２の出射
面１２ａの法線と約２７．４゜の角度を有するように配
置されている。このように配置することで、回折格子４
４と発光素子１０の反射面１２ｂとの間の共振が効率よ
く発生する。また、この共振によって発生したレーザ光
は、光ファイバ１４内を伝達し、光ファイバ１４の他の
端部から出力されることになる。

【００３３】続いて、本実施形態にかかる発光素子モジ
ュールに用いる発光素子１２の製造方法について説明す
る。

【００３４】発光素子１２を製造するには、まず、図３
に示すように、基板１６の上面全面に、下側クラッド層
１８、活性層２０、上側クラッド層２２を順次形成し、
上側クラッド層２２の上面全面にｐ型ＧａＩｎＡｓから
なり下部層を保護する作用を有するキャップ層４６を
０．２μｍ程度の厚さをもって形成する。

【００３５】続いて、キャップ層４６の上面に、例えば
ＳｉＮからなる絶縁層４８を形成し、さらに絶縁層４８
上にフォトレジストを塗布する。このフォトレジストを
帯状のパターンを有するマスクを用いて露光し、絶縁層
４８上に、フォトレジストで覆われた略直線上の導波路
のパターンを形成する。この際、マスクに形成されてい
る帯状のパターンの軸（帯形状の長辺に平行な辺）が、
後工程において劈開によって形成する出射面１２ａの法
線と７．５゜の角度を有するようにマスクを配置して露
光を行う。その結果、略直線上の導波路のパターンの軸
も、出射面１２ａの法線と７．５゜の角度を有するよう
になる。その後、露光によって残されたフォトレジスト
をマスクとしてエッチングを行う。このエッチングによ
り、略直線上の導波路のパターン直下以外の部分にある
絶縁層４８が除去される。その後、フォトレジストを剥
離し、絶縁層４８のうち残った部分をマスクとして、キ
ャップ層４６、上側クラッド層２２、活性層２０及び下
側クラッド層１８が除去される。その結果、図４に示す
ように、出射面１２ａの法線と７．５°の角度を有する
ような略直線上の導波路が形成される。

【００３６】続いて、図５に示すように、帯状に形成さ
れた下側クラッド層１８、活性層２０及び上側クラッド
層２２の両側部に、上記工程で残された絶縁層４８をマ
スクとした選択埋め込み成長により電流阻止層２４を形
成する。

【００３７】その後、残されていた絶縁層４８及びキャ
ップ層４６を除去し、図６に示すように、上側クラッド
層２２及び電流阻止層２４の上面全面にクラッド層２８
を成長させ、続いてコンタクト層３０を形成する。

【００３８】コンタクト層３０を形成した後、図７に示
すように素子分離のための分離溝２６を形成する。具体
的には、まず、コンタクト層３０の上面全面に、例えば
ＳｉＮからなる絶縁層５０を形成し、さらに絶縁層５０
上にフォトレジストを塗布する。その後、作製すべき分
離溝のパターンを有するマスクを用いてこのフォトレジ
ストを露光し、絶縁層５０上に、分離溝のパターン（分
離溝の部分のみフォトレジストが除去されたパターン）
を形成する。当該分離溝のパターンは、導波路の両側に
配置されるとともに導波路と平行となる２つの帯状のパ
ターンとして形成される。上記工程で残された絶縁層５
０をマスクとして選択的エッチングを行うことにより、
導波路の両側に２つの分離溝２６が形成される。

【００３９】続いて、マスクとして用いた絶縁層５０を
除去し、図８に示すように、コンタクト層３０の上面で
あって導波路の上部に相当しない部分、及び、分離溝２
６の内壁部分に絶縁層３６を形成する。具体的には、熱
ＣＶＤ法によってコンタクト層３０の上面、及び、分離
溝２６の内壁部分に絶縁層３６を形成した後、絶縁層３
６のうち導波路の上部に相当する部分をエッチングによ
って除去する。

【００４０】その後、図９に示すように、絶縁層３６の
上面、及び、コンタクト層３０の上面であって導波路の
上部に相当する部分（すなわち、絶縁層３６が形成され
なかった部分）を覆うように上面電極３２を蒸着によっ
て形成する。

【００４１】続いて、図１０に示すように上面電極３２
の上面をＡｕでメッキすることにより、Ａｕメッキ層３
８を形成し、さらに、エッチングによって基板１６の厚
みを低減させた後、図１１に示すように、基板１６の下
面全体に下面電極３４を蒸着によって形成する。

【００４２】その後に、劈開によって出射面１２ａ及び
反射面１２ｂを形成した後、図１２に示すように、出射
面全面に低反射膜４０を形成し、反射面１２ｂには高反
射膜４２を形成する。

【００４３】ここで、図３〜１２においては、便宜上基
板上に１つ発光素子素子を形成するものとして説明して
きたが、同一基板上に複数の発光素子素子を形成し、最
後に各素子を分離することも可能である。この場合、各
素子の分離は劈開によって行うことが好適である。

【００４４】続いて、本実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの作用及び効果について説明する。本実施形態に
かかる発光素子モジュール１０は、導波路である活性層
２０の光軸と出射面１２ａの法線とのなす角が鋭角とな
っている。導波路である活性層２０の光軸と出射面１２
ａの法線とが鋭角となっていることで、出射面における
反射率を低減させることが可能となる。従って、発光素
子１２の反射面１２ｂと光ファイバ１４内の回折格子４
４との間で発生するブラッグモード発振と比較して、発
光素子１２の出射面１２ａと反射面１２ｂとの間で発生
するファブリ−ペローモード発生を小さく押さえられ
る。その結果、ファブリ−ペローモード光に起因するブ
ラッグモード光のモードホッピングの影響を小さくする
ことが可能となり、良好な光出力特性を得ることが可能
となる。

【００４５】ここで、発光素子１２の出射面１２ａ及び
反射面１２ｂは、劈開によって互いに平行に形成されて
いるため、略直線上の導波路（活性層２０）と出射面１
２ａの法線とのなす角、導波路と反射面１２ｂの法線と
のなす角は互いに等しくなっている。従って、出射面１
２ａにおける反射率を低減させ、ファブリ−ペローモー
ド光の発生を小さく押さえるためには、導波路と出射面
１２ａ（反射面１２ｂ）の法線とのなす角を大きくする
ことが要求される一方で、反射面１２ｂにおける反射率
の低下を防止し、ブラッグモード発振を効率良く発生さ
せるためには、導波路と反射面１２ｂの法線とのなす角
を小さくすることが要求される。

【００４６】上記要求は、導波路と出射面１２ａ（反射
面１２ｂ）の法線とのなす角を決定するに当たって相反
する要求であるが、光出力特性を向上させるためには、
この角を５°以上１５゜以下とすることが好適であり、
５°以上１０゜以下とすることがさらに好適であると考
えられる。

【００４７】図１３は、従来技術にかかる発光素子モジ
ュールの光出力特性と本実施形態にかかる発光素子モジ
ュール１０の光出力特性とを比較した図である。図１３
（ａ）は、従来技術にかかる発光素子モジュール、すな
わち、導波路と出射面の法線とが平行に形成されている
発光素子モジュールにおける、駆動電流と出力光強度と
の関係を表したグラフであり、図１３（ｂ）は、本実施
形態にかかる発光素子モジュール１０における、駆動電
流と出力光強度との関係を表したグラフである。従来技
術にかかる発光素子モジュールにおいては、駆動電流を
増加させていった場合に、出力光強度に数カ所のキンク
（非直線部分）が現れるのに対し、本実施形態にかかる
発光素子モジュール１０においては、駆動電流の増加に
伴って出力光強度も直線的に増加しており、良好な光出
力特性を示していることがわかる。

【００４８】また、本実施形態にかかる発光素子モジュ
ール１０は、導波路である活性層２０が略直線上（帯
状）に形成されている。従って、曲線形状等の特殊形状
を有するマスクパターンを用いることなく、直線状のマ
スクパターンを用いて導波路を形成することが可能とな
る。従って、曲線のエッジを有するマスクの生成工程や
基板上に曲線パターンを形成するための露光工程などの
困難で複雑なプロセスを必要とせず、製造が容易とな
る。また、導波路が略直線状という単純な形状を有して
いるので、高度な加工精度が要求されることもなく、発
光素子１２自体を小型化することが可能となる。その結
果、発光素子１２の消費電力、発熱量を低減させること
ができる。

【００４９】さらに、本実施形態にかかる発光素子モジ
ュールは、出射面１２ａ及び反射面１２ｂをともに劈開
面としている。その結果、エッチング処理によって形成
された端面と比較して、出射面１２ａにおける出射損
失、及び、反射面１２ｂにおける反射損失が減少し、光
出力効率を高めることが可能となる。

【００５０】また、本実施形態にかかる発光素子モジュ
ール１０は、出射面１２ａに低反射膜４０を設けること
で、出射面１２ａにおける反射率をさらに低減させ、反
射面１２ｂに高反射膜４２を設けることで、反射面１２
ｂにおける反射率をさらに増加させている。従って、発
光素子１２の出射面１２ａと反射面１２ｂとの間で発生
するファブリ−ペローモード光の発生をさらに小さく押
さえられるとともに、発光素子１２の反射面１２ｂと光
ファイバ１４内の回折格子４４との間で発生するブラッ
グモード発振をさらに大きくすることが可能となる。そ
の結果、かかる低反射膜４０及び高反射膜４２を設けな
い場合と比較して、ファブリ−ペローモード光に起因す
るブラッグモード光のモードホッピングの影響をさらに
小さくすることが可能となり、極めて良好な光出力特性
を得ることができる。

【００５１】次に、本発明の第２の実施形態にかかる発
光素子モジュールについて説明する。尚、図面の説明に
おいて上記第１の実施形態にかかる発光素子モジュール
１０と同一の要素には同一の符号を用いるものとし、重
複する説明は省略する。まず本実施形態にかかる発光素
子モジュールの構成について説明する。図１４は、本実
施形態にかかる発光素子モジュール６０の斜視図であり
（尚、一部切り欠き部分がある）、図１５は発光素子モ
ジュール６０を図１４のＢ−Ｂ’を通りｘｙ平面に平行
な平面で切った場合の模式的な断面図である本実施形態
にかかる発光素子モジュール６０が、第１の実施形態に
かかる発光素子モジュール１０と異なる点は、本実施形
態にかかる発光素子モジュール６０に用いる発光素子６
２は、帯状に形成された下部クラッド層１８、活性層２
０、上部クラッド層２２が出射面６２ａまでのびておら
ず、かかる帯状に形成された下部クラッド層１８、活性
層２０、上部クラッド層２２の出射面１２ａ側の端面
（以下単に出射端面Ｐという）と出射面１２ａとの間隙
に、導波路の光軸方向に沿って窓領域Ｓが設けられてい
る点である（図１５参照）。窓領域Ｓは、導波路（活性
層２０）を構成する材料よりもバンドギャップが大きい
材料から形成されており、出射端面Ｐの活性層２０の部
分から出射された光のビームスポット径を増加させる作
用を有する。窓領域Ｓは、具体的にはｐ型ＩｎＰ層及び
ｎ型ＩｎＰ層の２層構造となっており、下側クラッド層
１８、活性層２０及び上側クラッド層２２の両側部電流
阻止層２４を形成するときに同時に形成される。

【００５２】続いて、本実施形態にかかる発光素子モジ
ュールに用いる発光素子６２の製造方法について説明す
る。発光素子６２も発光素子１２と同様に、まず、図３
に示すように、基板１６の上面全面に、下側クラッド層
１８、活性層２０、上側クラッド層２２、キャップ層４
６を順次形成する。

【００５３】続いて、絶縁層４８の形成、フォトレジス
トの塗布、フォトレジストの露光による略直線上の導波
路のパターン形成を行うのであるが、この際、後工程に
おいて劈開によって形成する出射面６２ａまで貫通しな
い帯状のパターンを有するマスクを用いて露光を行う。
当該帯状のパターンの軸が出射面６２ａの法線と７．５
゜の角度を有するようにマスクを配置することは発光素
子６２を製造する場合と同じである。露光後のエッチン
グ処理で、露光によって残されたフォトレジスト直下以
外の部分を除去することで、図１６に示すように、出射
面６２ａの法線と７．５°の角度を有し、かつ出射面６
２ａまで貫通しない直線上の導波路（活性層２０）が形
成される。

【００５４】続いて、図１７に示すように、帯状に形成
された下側クラッド層１８、活性層２０及び上側クラッ
ド層２２の両側部並びに出射端面Ｐよりも出射面６２ａ
側にの部分に、上記工程で残された絶縁層４８をマスク
とした選択埋め込み成長により電流阻止層２４を形成す
る。ここで、出射端面Ｐよりも出射面６２ａ側に形成さ
れた部分は、発光素子６２において窓領域Ｓとして作用
する。

【００５５】その後、残されていた絶縁層４８及びキャ
ップ層４６を除去し、図１８に示すように、上側クラッ
ド層２２及び電流阻止層２４の上面全面にクラッド層２
８を成長させ、続いてコンタクト層３０を形成し、さら
に図１９に示すように分離溝２６を形成する。

【００５６】続いて、図２０に示すように、コンタクト
層３０の上面であって導波路の上部に相当しない部分、
及び、分離溝２６の内壁部分に絶縁層３６を形成する。
ここで注意すべき点は、窓領域Ｓの部分には導波路が形
成されていないので、当該窓領域Ｓの上部にも絶縁層３
６が形成される。

【００５７】その後、図２１に示すように、絶縁層３６
の上面及びコンタクト層３０の上面であって導波路の上
部に相当する部分（すなわち、絶縁層３６が形成されな
かった部分）を覆うように上面電極３２を蒸着によって
形成する。

【００５８】その後のＡｕメッキ層３８の形成、基板１
６の減厚処理、下面電極３４の蒸着、劈開による出射面
６２ａ及び反射面６２ｂの形成、低反射膜４０および高
反射膜４２の形成は、発光素子１２を製造する場合と同
様である。

【００５９】続いて、本実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの作用及び効果について説明する。本実施形態に
かかる発光素子モジュール６０は、上記第１の実施形態
にかかる発光素子モジュール１０が奏する作用及び効果
に加えて、以下に示すような作用及び効果を有する。す
なわち、発光素子モジュール６０においては、導波路の
出射端面（出射端面Ｐの一部）と出射面６２ａとの間隙
に窓領域Ｓを設けたことにより、当該窓領域Ｓ内で光は
ビームスポット径を増加させながら進行する。よって、
導波路の出射端面から出射され、出射面６２ａで反射し
て再び導波路の出射端面に入射する光量は極めて小さく
なる。従って、出射面６２ａにおける実質的な反射率が
極めて小さくなり、出射面６２ａと反射面６２ｂとの間
で発生するファブリ−ペローモード光の強度を極めて小
さく押さえられる。その結果、窓領域Ｓを設けない場合
と比較して、光出力特性をさらに向上させることが可能
となる。

【００６０】上記第１及び第２の実施形態にかかる発光
素子モジュールにおいては、発光素子の導波路と出射面
の法線とのなす角を７．５゜としていたが、これはこの
角度に限定されるものではなく、様々な角度をとりうる
ものである。特にこの角度を、５゜以上かつ１５゜以下
とすると、出射面における反射率を効率よく低減できる
とともに、反射面における反射率の低減を防止でき、反
射面における反射率を高い状態に維持できる。さらに、
この角度を５゜以上かつ１０゜以下とすることで、反射
面における反射率を十分高い状態に維持できる。

【００６１】また、上記第１の実施形態にかかる発光素
子モジュール１０は、発光素子１２の活性層２０（導波
路）の出射端面（一方の端面）側に、活性層２０の断面
積が出射端面に向かって小さくなるスポットサイズ変換
領域が形成されていてもよい。スポットサイズ変換領域
Ｔは、例えば以下に示す方法で形成する。すなわち、基
板１６、下側クラッド層１８を形成した後に、図２２
（ａ）に示すような、帯状の通過領域を有するとともに
両端部の幅が中央部よりも狭くなっている形状を有する
選択成長マスク７０を用いて、活性層２０、上側クラッ
ド層２２を順次形成する。ここで、成長マスク７０の中
央部は成長マスク７０の幅が大きいため、供給される反
応ガスは成長マスク７０上を拡散して中央の通過領域に
集中し、成長が促進される。これに対して成長マスク７
０の両端部は成長マスク７０の幅が小さく、あるいは、
成長マスク７０に覆われていないため、当該反応ガスが
広く分布する。その結果、図２２（ｂ）に示すように、
反応ガスの集中する中央部には活性層２０が厚く形成さ
れ、反応ガスが広く（密度が小さく）供給される両端部
は、活性層２０が中央部と比較して薄く形成される。そ
の後、基板１６上に下側クラッド層１８及び活性層２０
を形成したものを、図２２（ｂ）のＣ−Ｃ’で劈開す
る。当該劈開面は発光素子１２の反射面に相当し、活性
層２０が薄く形成された部分がスポットサイズ変換領域
Ｔとなる。その後、導波路となる部分を残して、他の部
分をエッチングにより除去する。その後、電流阻止層２
４の形成以降の処理は、第１の実施形態における発光素
子１２の製造方法と同様である。

【００６２】かかるスポットサイズ変換領域Ｔを形成す
ることで、活性層２０内を伝達する光の一部は、スポッ
トサイズ変換領域Ｔからクラッド層にしみ出し、この光
は発光素子１２内の出射面１２ａ付近で大きなビームス
ポット径を形成する。その結果、発光素子１２の出射面
１２ａから出射された光は、拡がり角の小さいファーフ
ィールドパタンを形成するため、発光素子１２の出射面
１２ａから出射された光のビームスポット径は、スポッ
トサイズ変換領域Ｔのない通常の出射面から出射される
光と比べて大きくは拡がらない。その結果、光ファイバ
１４との光軸あわせが容易となり、光結合効率が向上す
る。

【００６３】また、上記スポットサイズ変換領域Ｔは、
発光素子を構成する各層の積層方向にテーパ形状を有し
ていたが、これは各層の積層方向と垂直方向にテーパ形
状を有するように形成しても良い。かかるテーパ形状の
形成は、絶縁層４８上に塗布したフォトレジストを露光
する際、出射面１２ａ側に向かって幅が狭くなるテーパ
形状のマスクを用いればよい。この場合、エッチング後
に実際にできた導波路の幅は、例えば導波路部分で１．
５μｍ程度、出射面側で０．５μｍ程度とすればよい。

【００６４】

【発明の効果】本発明の発光素子モジュールは、導波路
の光軸と第１の劈開面の法線とのなす角が鋭角となって
いることから、第１の劈開面（出射面）における反射率
を小さくできる。その結果、ファブリ−ペローモード光
に起因するブラッグモード光のモードホッピングの影響
を小さくすることが可能となり、良好な光出力特性を得
ることが可能となる。

【００６５】また、本発明の発光素子モジュールは、発
光素子の導波路が略直線上に形成されていることから、
特殊形状（曲線形状）を有するマスクパターンを用いる
ことなく、直線上のマスクパターンを用いて導波路を形
成することが可能となる。その結果、複雑な製造プロセ
スを必要とせずに、製造が容易となる。また、高度な加
工精度が不要となり、発光素子自体を小型化することが
可能となるため、共振器長を短くすることができ、発光
素子の消費電力、発熱量を低減させることができる。

【００６６】さらに、本発明の発光素子モジュールは、
導波路の端面側に形成された発光素子の両端面が劈開面
であることから、エッチング処理によって形成された端
面と比較して、第１の劈開面（出射面）における出射損
失、及び、第２の端面（反射面）における反射損失が減
少する。その結果、光出力効率を高めることが可能とな
る。

【００６７】また、本発明の発光素子モジュールは、第
１の劈開面に低反射膜を設けることで、第１の劈開面に
おける反射率を低減させ、第１の劈開面と第２の劈開面
との間で発振するファブリ−ペローモード光の強度を小
さく押さえられる。一方、第２の劈開面に高反射膜を設
けることで、第２の劈開面における反射率を増加させ、
第２の劈開面と光ファイバ内の回折格子との間で発振す
るブラッグモード光の強度を大きくすることができる。
その結果、上記低反射膜及び高反射膜を設けない場合と
比較して良好な光出力特性を得ることが可能となる。

【００６８】また、本発明の発光素子モジュールは、ス
ポットサイズ変換領域を形成することで、第１の劈開面
から出射される光のビームスポット径を小さくすること
ができる。その結果、発光素子と光ファイバとの光軸あ
わせが容易となり、光結合効率が向上する。

【００６９】また、本発明の発光素子モジュールは、導
波路の一方の端面と第１の劈開面との間隙に窓領域を設
けたことにより、当該窓領域内で光はビームスポット径
を増加させながら進行する。よって、導波路の一方の端
面から出射され、第１の劈開面で反射して再び導波路の
一方の端面に入射する光量は極めて小さくなる。その結
果、第１の劈開面における実質的な反射率が極めて小さ
くなり、第１の劈開面と第２の劈開面との間で発生する
ファブリ−ペローモード光の強度を極めて小さく押さえ
られる。その結果、窓領域を設けない場合と比較して、
良好な光出力特性を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの模式的な断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの製造工程図である。

【図４】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの製造工程図である。

【図５】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの製造工程図である。

【図６】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの製造工程図である。

【図７】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの製造工程図である。

【図８】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの製造工程図である。

【図９】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの製造工程図である。

【図１０】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図１１】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図１２】本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図１３】従来技術にかかる発光素子モジュールの光出
力特性と本発明の第１の実施形態にかかる発光素子モジ
ュールの光出力特性との比較を示す図である。

【図１４】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの斜視図である。

【図１５】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの模式的な断面図である。

【図１６】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図１７】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図１８】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図１９】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図２０】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図２１】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【図２２】本発明の第２の実施形態にかかる発光素子モ
ジュールの製造工程図である。

【符号の説明】

１０、６０…発光素子モジュール、１２、６２…発光素
子、１４…光ファイバ、１６…基板、１８…下側クラッ
ド層、２０…活性層、２２…上側クラッド層、２４…電
流阻止層、２６…分離溝、２８…クラッド層、３０…コ
ンタクト層、３２…上面電極、３４…下面電極、３６、
４８、５０…絶縁層、３８…Ａｕメッキ層、４０…低反
射膜、４２…高反射膜、４４…回折格子、４６…キャッ
プ層、７０…成長マスク

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の発光素子モジュールは、半導体基板上に形
成された導波路と、導波路の一方の端面側に形成された
第１の劈開面と、導波路の他方の端面側に形成された第
２の劈開面とを有する発光素子と、端部が発光素子の第
１の劈開面に対向して設けられるとともに、端部から所
定の距離だけ隔てられた位置に、発光素子の導波路を介
して第２の劈開面との間で光共振を発生させる回折格子
が形成された光ファイバとを備え、導波路は、略直線上
に形成されており、導波路の光軸と第１の劈開面の法線
とのなす角は、鋭角となっており、導波路の一方の端面
側に、導波路の断面積が当該一方の端面に向かって小さ
くなるスポットサイズ変換領域が形成されていることを
特徴としている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】上記発光素子モジュールは、導波路の光軸
と第１の劈開面の法線とのなす角が鋭角となっているこ
とから、第１の端面（出射面）における反射率を小さく
できる。また、導波路が略直線上に形成されていること
から、特殊形状（曲線形状）を有するマスクパターンを
用いることなく、直線状のマスクパターンを用いて導波
路を形成することが可能となる。さらに、導波路の端面
側に形成された発光素子の両端面が劈開面であることか
ら、エッチング処理によって形成された端面と比較し
て、第１の劈開面（出射面）における出射損失、及び、
第２の端面（反射面）における反射損失が減少する。ま
た、上記スポットサイズ変換領域を形成することで、第
１の劈開面から出射される光のビームスポット径を小さ
くすることができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】削除

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】削除

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された導波路と、前
   記導波路の一方の端面側に形成された第１の劈開面と、
   前記導波路の他方の端面側に形成された第２の劈開面と
   を有する発光素子と、 端部が前記発光素子の前記第１の劈開面に対向して設け
   られるとともに、前記端部から所定の距離だけ隔てられ
   た位置に、前記発光素子の前記導波路を介して前記第２
   の劈開面との間で光共振を発生させる回折格子が形成さ
   れた光ファイバとを備え、 前記導波路は、略直線上に形成されており、 前記導波路の光軸と前記第１の劈開面の法線とのなす角
   は、鋭角となっていることを特徴とする発光素子モジュ
   ール。
2. 【請求項２】 前記第１の劈開面には、該第１の劈開面
   における反射率を小さくするための低反射膜が設けられ
   ており、 前記第２の劈開面には、該第２の劈開面における反射率
   を大きくするための高反射膜が設けられていることを特
   徴とする請求項１に記載の発光素子モジュール。
3. 【請求項３】 前記導波路の前記一方の端面側に、該導
   波路の断面積が該一方の端面に向かって小さくなるスポ
   ットサイズ変換領域が形成されていることを特徴とする
   請求項１または２に記載の発光素子モジュール。
4. 【請求項４】 前記導波路の前記一方の端面と前記第１
   の劈開面との間隙に、前記導波路を構成する材料よりも
   バンドギャップが大きい材料から形成された窓領域が形
   成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいず
   れか１項に記載の発光素子モジュール。
5. 【請求項５】 前記導波路の光軸と前記第１の劈開面の
   法線とのなす角は、５゜以上であり、かつ、１５゜以下
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の発光素子モジュール。
6. 【請求項６】 前記導波路の光軸と前記第１の劈開面の
   法線とのなす角は、５゜以上であり、かつ、１０゜以下
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の発光素子モジュール。