JPH1168242A - 半導体レーザー - Google Patents
半導体レーザーInfo
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- JPH1168242A JPH1168242A JP9221424A JP22142497A JPH1168242A JP H1168242 A JPH1168242 A JP H1168242A JP 9221424 A JP9221424 A JP 9221424A JP 22142497 A JP22142497 A JP 22142497A JP H1168242 A JPH1168242 A JP H1168242A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
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- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
- G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging
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- H—ELECTRICITY
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザーにおいて、高光出力特性でシ
ングルモード光を出力する。 【解決手段】 １×Ｎマルチモード干渉型（１×Ｎ−Ｍ
ＭＩ）光導波路（Ｎは２以上の整数、この例では３）で
あるマルチモード導波路領域１と、その両端部に接続さ
れている１対のシングルモード導波路領域２、３とから
なる光導波路構造が設けられている。マルチモード導波
路領域１は、長さが２８０μｍ程度で導波路幅Ｗ１が１
８μｍであり、シングルモード導波路領域２、３は、そ
れぞれ長さが５０μｍ程度で導波路幅Ｗ２が２μｍであ
る。１×３−ＭＭＩ光導波路を用いることによりシング
ルモード光出力が可能であるとともに、導波路幅が広い
ため高出力が得られる。
ングルモード光を出力する。 【解決手段】 １×Ｎマルチモード干渉型（１×Ｎ−Ｍ
ＭＩ）光導波路（Ｎは２以上の整数、この例では３）で
あるマルチモード導波路領域１と、その両端部に接続さ
れている１対のシングルモード導波路領域２、３とから
なる光導波路構造が設けられている。マルチモード導波
路領域１は、長さが２８０μｍ程度で導波路幅Ｗ１が１
８μｍであり、シングルモード導波路領域２、３は、そ
れぞれ長さが５０μｍ程度で導波路幅Ｗ２が２μｍであ
る。１×３−ＭＭＩ光導波路を用いることによりシング
ルモード光出力が可能であるとともに、導波路幅が広い
ため高出力が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザー、
特に高光出力特性を提供する光導波路構造を有するシン
グルモード半導体レーザーに関する。
特に高光出力特性を提供する光導波路構造を有するシン
グルモード半導体レーザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】今日光エレクトロニクス技術は、コンパ
クトディスク（ＣＤ）に代表される情報入出力技術、あ
るいは光ファイバーを使った光通信技術など、様々な分
野に利用されて発展してきた。この光エレクトロニクス
技術を支えるデバイスとして、半導体レーザー（ＬＤ）
が開発されている。例えば、ＣＤには近赤外もしくは可
視光帯の半導体レーザーが用いられ、光通信には長波長
帯の半導体レーザーが用いられるなど、様々な半導体レ
ーザーがこの光エレクトロニクス技術に貢献している。
クトディスク（ＣＤ）に代表される情報入出力技術、あ
るいは光ファイバーを使った光通信技術など、様々な分
野に利用されて発展してきた。この光エレクトロニクス
技術を支えるデバイスとして、半導体レーザー（ＬＤ）
が開発されている。例えば、ＣＤには近赤外もしくは可
視光帯の半導体レーザーが用いられ、光通信には長波長
帯の半導体レーザーが用いられるなど、様々な半導体レ
ーザーがこの光エレクトロニクス技術に貢献している。
【０００３】このようなＬＤには様々な構造のものがあ
るが、そのうちの導波路型のＬＤとしては、いわゆるシ
ングルモード（Transverse single-mode）光が得られる
ような導波路構造を有する構成が一般的である。ＣＤに
関しては、情報量を増加するためには記録密度が重要で
あり、この記録密度を高密度化するためにはシングルモ
ード光を得る必要がある。また、光通信に関しては、マ
ルチモード信号光を用いると、マルチモード分散の影響
により長距離伝送に適さないといった問題がある。その
ため、シングルモード光を出力する導波路型ＬＤが一般
的に使用されている。
るが、そのうちの導波路型のＬＤとしては、いわゆるシ
ングルモード（Transverse single-mode）光が得られる
ような導波路構造を有する構成が一般的である。ＣＤに
関しては、情報量を増加するためには記録密度が重要で
あり、この記録密度を高密度化するためにはシングルモ
ード光を得る必要がある。また、光通信に関しては、マ
ルチモード信号光を用いると、マルチモード分散の影響
により長距離伝送に適さないといった問題がある。その
ため、シングルモード光を出力する導波路型ＬＤが一般
的に使用されている。
【０００４】このシングルモード光を得るために、ＬＤ
の導波路として、導波路幅がある程度の細さに制限され
ておりマルチモード光に関してはカットオフするシング
ルモード導波路が一般的に採用されている。具体的に
は、ＬＤの導波路の活性層の幅が、２〜４μｍ程度の狭
い幅に制限されている。従って、ＬＤに注入できる電流
がある程度の小ささに制限され、それに伴って光出力に
限界がある。高い注入電流を許容し、飽和光出力レベル
を向上するためには、ＬＤの導波路幅を広くすることが
最も簡単な方法である。しかし、この方法は前述のシン
グルモード導波路を実現するための制約と相反するた
め、結局ＬＤの高出力化には技術的な限界があった。
の導波路として、導波路幅がある程度の細さに制限され
ておりマルチモード光に関してはカットオフするシング
ルモード導波路が一般的に採用されている。具体的に
は、ＬＤの導波路の活性層の幅が、２〜４μｍ程度の狭
い幅に制限されている。従って、ＬＤに注入できる電流
がある程度の小ささに制限され、それに伴って光出力に
限界がある。高い注入電流を許容し、飽和光出力レベル
を向上するためには、ＬＤの導波路幅を広くすることが
最も簡単な方法である。しかし、この方法は前述のシン
グルモード導波路を実現するための制約と相反するた
め、結局ＬＤの高出力化には技術的な限界があった。
【０００５】上記の課題を解決するためにこれまでに様
々な方法が提案されている。「アイトリプルイー・ジャ
ーナル・オブ・クォンタム・エレクトロニクス（IEEE J
ournal of Quantum Electronics） Ｖｏｌ．ＱＥ−２
３ Ｎｏ．６ １９８７」第７３０〜７３７頁（著者：
Patrick Vanwikelbergeなど）に、モードフィルターが
集積されたマルチモードＬＤが報告されている（第１の
従来例）。これは、主光励起領域を導波路幅の広いマル
チモードＬＤで構成し、飽和光出力を改善した構成であ
る。
々な方法が提案されている。「アイトリプルイー・ジャ
ーナル・オブ・クォンタム・エレクトロニクス（IEEE J
ournal of Quantum Electronics） Ｖｏｌ．ＱＥ−２
３ Ｎｏ．６ １９８７」第７３０〜７３７頁（著者：
Patrick Vanwikelbergeなど）に、モードフィルターが
集積されたマルチモードＬＤが報告されている（第１の
従来例）。これは、主光励起領域を導波路幅の広いマル
チモードＬＤで構成し、飽和光出力を改善した構成であ
る。
【０００６】また別の方法として、「アプライド・フィ
ジクス・レターズ（Applied Physics Letters） Ｖｏ
ｌ．６０ Ｎｏ．６ １９９２」第６６８〜６７０頁
（著者：L.J.Mawstなど）に、 フェイズ・ロックトＬ
Ｄアレイ（Phase-locked LaserDiode Array）が報告さ
れている（第２の従来例）。これは、複数個（例えば２
０個）の半導体レーザーを、ある間隔を隔てて光の導波
方向に垂直に並べて集積し、お互いに共鳴させながら最
終的に高いシングルモード出力を得るものである。この
方法によれば、原理的には半導体が２０個以上であって
も集積は可能である。
ジクス・レターズ（Applied Physics Letters） Ｖｏ
ｌ．６０ Ｎｏ．６ １９９２」第６６８〜６７０頁
（著者：L.J.Mawstなど）に、 フェイズ・ロックトＬ
Ｄアレイ（Phase-locked LaserDiode Array）が報告さ
れている（第２の従来例）。これは、複数個（例えば２
０個）の半導体レーザーを、ある間隔を隔てて光の導波
方向に垂直に並べて集積し、お互いに共鳴させながら最
終的に高いシングルモード出力を得るものである。この
方法によれば、原理的には半導体が２０個以上であって
も集積は可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】第１の従来例では、マ
ルチモード導波路領域がシングルモード光のみならず１
次モード、２次モードの光も励起するが、モードフィル
ターによりこの１次モード光および２次モード光を除去
することによって、シングルモード光が得られる構成で
ある。１次モード光および２次モード光の光エネルギー
はＬＤのシングルモード光出力には寄与しないので、通
常のシングルモードＬＤと比べても電気／光変換効率が
悪化するという問題がある。
ルチモード導波路領域がシングルモード光のみならず１
次モード、２次モードの光も励起するが、モードフィル
ターによりこの１次モード光および２次モード光を除去
することによって、シングルモード光が得られる構成で
ある。１次モード光および２次モード光の光エネルギー
はＬＤのシングルモード光出力には寄与しないので、通
常のシングルモードＬＤと比べても電気／光変換効率が
悪化するという問題がある。
【０００８】第２の従来例は、構造が複雑で製造が難し
く、歩留まり良く素子を得ることが困難である。また、
共鳴条件を満たすような構造条件のトレランスが厳しく
（許容誤差が小さく）、再現性良く素子を製造すること
が困難であるという問題がある。
く、歩留まり良く素子を得ることが困難である。また、
共鳴条件を満たすような構造条件のトレランスが厳しく
（許容誤差が小さく）、再現性良く素子を製造すること
が困難であるという問題がある。
【０００９】以上の通り、従来一般的に用いられている
シングルモード光を得るための幅の狭い導波路幅を有す
る半導体レーザーは、許容注入電流量が低く制限され、
高出力化に限界があるいう問題があった。この課題を回
避するために提案されている前記第１、２の従来例に関
しては、高い電気−光変換効率が得られにくい、再現性
良く素子を製造できない、製作トレランスが厳しい、構
造が複雑であるなどの問題がある。このように、シング
ルモード出力光を得ながら、極めて高い出力を得るため
にＬＤの導波路幅を広くすることは困難である。
シングルモード光を得るための幅の狭い導波路幅を有す
る半導体レーザーは、許容注入電流量が低く制限され、
高出力化に限界があるいう問題があった。この課題を回
避するために提案されている前記第１、２の従来例に関
しては、高い電気−光変換効率が得られにくい、再現性
良く素子を製造できない、製作トレランスが厳しい、構
造が複雑であるなどの問題がある。このように、シング
ルモード出力光を得ながら、極めて高い出力を得るため
にＬＤの導波路幅を広くすることは困難である。
【００１０】そこで本発明の目的は、構成が簡単で製造
が容易であり、シングルモード光が高出力で得られる半
導体レーザーを提供することにある。
が容易であり、シングルモード光が高出力で得られる半
導体レーザーを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、シング
ルモード光を出力する半導体レーザーであって、１×Ｎ
（Ｎは２以上の整数）マルチモード干渉型光導波路であ
るマルチモード導波路領域を含む光導波路構造を有する
ことにある。
ルモード光を出力する半導体レーザーであって、１×Ｎ
（Ｎは２以上の整数）マルチモード干渉型光導波路であ
るマルチモード導波路領域を含む光導波路構造を有する
ことにある。
【００１２】前記光導波路構造は、前記マルチモード導
波路領域と、該マルチモード導波路領域の少なくとも一
方の端部に接続されているシングルモード導波路領域と
からなる。
波路領域と、該マルチモード導波路領域の少なくとも一
方の端部に接続されているシングルモード導波路領域と
からなる。
【００１３】そして、前記マルチモード導波路領域が、
前記シングルモード導波路領域よりも導波路幅が広い。
前記シングルモード導波路領域よりも導波路幅が広い。
【００１４】このような構成とすることにより、原理的
には無限に導波路幅の広げる事のできるマルチモード導
波路を主な光導波路構造として有していながら、シング
ルモード光出力を実現する半導体レーザーが、比較的単
純な構造にて提供される。
には無限に導波路幅の広げる事のできるマルチモード導
波路を主な光導波路構造として有していながら、シング
ルモード光出力を実現する半導体レーザーが、比較的単
純な構造にて提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について説明する。
の実施形態について説明する。
【００１６】図１は、本発明の実施形態である１．５μ
ｍ帯半導体レーザーの概略斜視図である。この半導体レ
ーザーは、マルチモード導波路領域１と、その両端に接
続されたシングルモード導波路領域２、３とから構成さ
れている。各領域の長さは、マルチモード導波路領域１
が２８０μｍ程度、シングルモード導波路領域２および
３がそれぞれ共に５０μｍ程度、合計で素子長は３８０
μｍ程度となっている。後述するが、本実施形態ではマ
ルチモード導波路領域１は１×３−ＭＭＩとして設計さ
れている。図２には、図１の１点鎖線Ａ−Ａ’（マルチ
モード導波路領域１内の位置）およびＢ−Ｂ’（シング
ルモード導波路領域２内の位置）の断面の層構造が示し
てある。図２（ａ）および（ｂ）に示されるＡ−Ａ’線
およびＢ−Ｂ’線の断面の層構造はほとんど同一であ
り、異なっている点は導波路幅だけである。図２（ａ）
のマルチモード導波路領域１の導波路幅Ｗ１および図２
（ｂ）のシングルモード導波路領域２の導波路幅Ｗ２
は、それぞれＷ１＝１８μｍ、Ｗ２＝２μｍである。
ｍ帯半導体レーザーの概略斜視図である。この半導体レ
ーザーは、マルチモード導波路領域１と、その両端に接
続されたシングルモード導波路領域２、３とから構成さ
れている。各領域の長さは、マルチモード導波路領域１
が２８０μｍ程度、シングルモード導波路領域２および
３がそれぞれ共に５０μｍ程度、合計で素子長は３８０
μｍ程度となっている。後述するが、本実施形態ではマ
ルチモード導波路領域１は１×３−ＭＭＩとして設計さ
れている。図２には、図１の１点鎖線Ａ−Ａ’（マルチ
モード導波路領域１内の位置）およびＢ−Ｂ’（シング
ルモード導波路領域２内の位置）の断面の層構造が示し
てある。図２（ａ）および（ｂ）に示されるＡ−Ａ’線
およびＢ−Ｂ’線の断面の層構造はほとんど同一であ
り、異なっている点は導波路幅だけである。図２（ａ）
のマルチモード導波路領域１の導波路幅Ｗ１および図２
（ｂ）のシングルモード導波路領域２の導波路幅Ｗ２
は、それぞれＷ１＝１８μｍ、Ｗ２＝２μｍである。
【００１７】次に、図３〜７を参照しながら本実施形態
による半導体レーザーの製造方法を説明する。まず、図
３に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２３上に、ｎ−ＩｎＰ
バッファ層２４と、１．５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層２
５と、ｐ−ＩｎＰクラッド層２６とが、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）により順番に積層形成されてい
る。各層の層厚は、ｎ−ＩｎＰバッファ層２４が２００
ｎｍ程度、１．５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層２５が１０
０ｎｍ程度、ｐ−ＩｎＰクラッド層２６が２００ｎｍ程
度である。
による半導体レーザーの製造方法を説明する。まず、図
３に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２３上に、ｎ−ＩｎＰ
バッファ層２４と、１．５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層２
５と、ｐ−ＩｎＰクラッド層２６とが、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）により順番に積層形成されてい
る。各層の層厚は、ｎ−ＩｎＰバッファ層２４が２００
ｎｍ程度、１．５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層２５が１０
０ｎｍ程度、ｐ−ＩｎＰクラッド層２６が２００ｎｍ程
度である。
【００１８】次に、図４に示すように、通常のフォトリ
ソグラフィ法により、ｐ−ＩｎＰクラッド層２６上にエ
ッチング用マスク３１が形成される。その後、反応性イ
オンエッチング法（ＲＩＥ法）により、図５に示すよう
に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２６と、１．５μｍ組成Ｉｎ
ＧａＡｓＰ２５と、ｎ−ＩｎＰバッファ層２４が、部分
的に（マスク３１が形成されていない部分のみ）除去さ
れ、メサ構造が形成される。
ソグラフィ法により、ｐ−ＩｎＰクラッド層２６上にエ
ッチング用マスク３１が形成される。その後、反応性イ
オンエッチング法（ＲＩＥ法）により、図５に示すよう
に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２６と、１．５μｍ組成Ｉｎ
ＧａＡｓＰ２５と、ｎ−ＩｎＰバッファ層２４が、部分
的に（マスク３１が形成されていない部分のみ）除去さ
れ、メサ構造が形成される。
【００１９】次に、通常の熱ＣＶＤ法でＳｉＯ2膜が全
面に形成された後に、通常のフォトリソグラフィ法によ
り、図６に示すように、メサ両脇に選択的結晶成長法に
よる埋め込み層形成のためのＳｉＯ2マスク３２が形成
される。その後、ＭＯＶＰＥ法により、図７に示すよう
に、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２７およびｐ−ＩｎＧａＡｓ
キャップ層２８が形成される。ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２
７は２μｍ程度、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層は２００
ｎｍ程度の厚さである。
面に形成された後に、通常のフォトリソグラフィ法によ
り、図６に示すように、メサ両脇に選択的結晶成長法に
よる埋め込み層形成のためのＳｉＯ2マスク３２が形成
される。その後、ＭＯＶＰＥ法により、図７に示すよう
に、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２７およびｐ−ＩｎＧａＡｓ
キャップ層２８が形成される。ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２
７は２μｍ程度、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層は２００
ｎｍ程度の厚さである。
【００２０】そして、図示しないが、素子の裏面に研磨
が施され、裏面電極および表面電極が通常のスパッタリ
ング法により形成され、素子劈開後の端面に通常の無反
射（ＡＲ）コーティングおよび半反射（ＨＲ）コーティ
ングが施される。ＡＲコーティングは１×Ｎ構造（本実
施形態では１×３構造）の１側端面５１に、ＨＲコーテ
ィングはＮ側端面（本実施形態では３側端面）５２にそ
れぞれ施される。こうして、半導体素子の製造が完了す
る。以上が、本実施形態の半導体レーザーの製造方法の
一例である。
が施され、裏面電極および表面電極が通常のスパッタリ
ング法により形成され、素子劈開後の端面に通常の無反
射（ＡＲ）コーティングおよび半反射（ＨＲ）コーティ
ングが施される。ＡＲコーティングは１×Ｎ構造（本実
施形態では１×３構造）の１側端面５１に、ＨＲコーテ
ィングはＮ側端面（本実施形態では３側端面）５２にそ
れぞれ施される。こうして、半導体素子の製造が完了す
る。以上が、本実施形態の半導体レーザーの製造方法の
一例である。
【００２１】このような半導体レーザーの特性について
次に説明する。本実施形態の半導体レーザーは、図１に
示すようにマルチモード導波路領域１を含んだ構造であ
り、このマルチモード領域は、ＭＭＩ（Multimode Inte
rference)このＭＭＩ理論は今まで主に、１×Ｎもしく
はＮ×Ｎ等の分岐・合流受動光導波路を設計する理論と
して知られている（例えば、「ジャーナル・オブ・ライ
トウェア・テクノロジー（Journal of Lightware Techn
ology） Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．４ １９９５」第６１
５〜６２７頁（著者：Lucas B.Soldano）に開示）。こ
のＭＭＩ理論によって一般に導かれるＭＭＩ長Ｌπの式
を具体的に示す。
次に説明する。本実施形態の半導体レーザーは、図１に
示すようにマルチモード導波路領域１を含んだ構造であ
り、このマルチモード領域は、ＭＭＩ（Multimode Inte
rference)このＭＭＩ理論は今まで主に、１×Ｎもしく
はＮ×Ｎ等の分岐・合流受動光導波路を設計する理論と
して知られている（例えば、「ジャーナル・オブ・ライ
トウェア・テクノロジー（Journal of Lightware Techn
ology） Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．４ １９９５」第６１
５〜６２７頁（著者：Lucas B.Soldano）に開示）。こ
のＭＭＩ理論によって一般に導かれるＭＭＩ長Ｌπの式
を具体的に示す。
【００２２】
【数１】 ここで、ＬはＭＭＩ領域の長さ、Ｗ１はＭＭＩ領域の
幅、Ｎｒは導波路の屈折率、Ｎｃはクラッドの屈折率、
λ0は入射光波長、σはＴＥモードのときσ＝０、軸モ
ードのときσ＝１である。
幅、Ｎｒは導波路の屈折率、Ｎｃはクラッドの屈折率、
λ0は入射光波長、σはＴＥモードのときσ＝０、軸モ
ードのときσ＝１である。
【００２３】ＭＭＩ理論によると、
【００２４】
【数２】 という条件を満たすとき、ＭＭＩ領域は１×Ｎ光導波路
として動作することが一般的に知られている。なお、Ｎ
は正の整数であり、１であっても勿論問題はない。
として動作することが一般的に知られている。なお、Ｎ
は正の整数であり、１であっても勿論問題はない。
【００２５】この原理を利用すれば、ＭＭＩ領域は幅の
広いマルチモード光導波路でありながら、一方の端面に
おいてはシングルモード光（基本モード光）のみが伝搬
する構造を実現する１×Ｎ−ＭＭＩ光導波路の設計が可
能になる。
広いマルチモード光導波路でありながら、一方の端面に
おいてはシングルモード光（基本モード光）のみが伝搬
する構造を実現する１×Ｎ−ＭＭＩ光導波路の設計が可
能になる。
【００２６】この式（１）〜（３）によると、ＭＭＩ領
域の長さＬと、正の整数Ｎと、ＭＭＩ領域の幅Ｗ１との
関係が表されている。例えば、ＭＭＩ領域長Ｌを一定と
すると、Ｎが大きくなるとＬπも大きくなることが式
（３）からわかり、Ｌπが大きくなるとＷｅも大きくな
ることが式（２）からわかり、Ｗｅが大きくなるとＭＭ
Ｉ領域の幅Ｗ１も大きくなることが式（１）からわか
る。すなわち、Ｎを増やすことによって、導波路幅Ｗ１
を広くすることができる。一例として、ＭＭＩ領域長Ｌ
がＬ＝２８０μｍの時の、Ｎの値と導波路幅Ｗ１とを計
算した結果を図８に示している。Ｎは正の整数であるの
で、Ｗ１も離散的な値となるが、Ｎを増やすにつれて単
調にＷ１が増加していることが分かる。従って、この設
計方法に従えば、ＬＤの導波路構造に１×Ｎ−ＭＭＩ導
波路を適用することによって、同一素子長であっても、
Ｎを増やすことによってＷ１を拡げていくことが可能と
なる。Ｗ１が広がっていくにつれて、飽和注入電流値の
制限がますます緩和されていくため、より高い電流を注
入して極めて高い光出力を得ることができる。この一例
として、本実施形態のＬＤは１×３−ＭＭＩ光導波路を
適用した。１×３−ＭＭＩを適用することによって、導
波路幅は約１８μｍと極めて広くできる。
域の長さＬと、正の整数Ｎと、ＭＭＩ領域の幅Ｗ１との
関係が表されている。例えば、ＭＭＩ領域長Ｌを一定と
すると、Ｎが大きくなるとＬπも大きくなることが式
（３）からわかり、Ｌπが大きくなるとＷｅも大きくな
ることが式（２）からわかり、Ｗｅが大きくなるとＭＭ
Ｉ領域の幅Ｗ１も大きくなることが式（１）からわか
る。すなわち、Ｎを増やすことによって、導波路幅Ｗ１
を広くすることができる。一例として、ＭＭＩ領域長Ｌ
がＬ＝２８０μｍの時の、Ｎの値と導波路幅Ｗ１とを計
算した結果を図８に示している。Ｎは正の整数であるの
で、Ｗ１も離散的な値となるが、Ｎを増やすにつれて単
調にＷ１が増加していることが分かる。従って、この設
計方法に従えば、ＬＤの導波路構造に１×Ｎ−ＭＭＩ導
波路を適用することによって、同一素子長であっても、
Ｎを増やすことによってＷ１を拡げていくことが可能と
なる。Ｗ１が広がっていくにつれて、飽和注入電流値の
制限がますます緩和されていくため、より高い電流を注
入して極めて高い光出力を得ることができる。この一例
として、本実施形態のＬＤは１×３−ＭＭＩ光導波路を
適用した。１×３−ＭＭＩを適用することによって、導
波路幅は約１８μｍと極めて広くできる。
【００２７】通常のシングルモード導波路においては、
本実施形態と同様な層構造を有する場合、その導波路幅
は全域にわたって２μｍ程度に制約される。すなわち、
導波路が全長にわたって本実施形態のシングルモード導
波路領域２の導波路幅Ｗ２と同程度の幅で形成されてい
る必要がある。
本実施形態と同様な層構造を有する場合、その導波路幅
は全域にわたって２μｍ程度に制約される。すなわち、
導波路が全長にわたって本実施形態のシングルモード導
波路領域２の導波路幅Ｗ２と同程度の幅で形成されてい
る必要がある。
【００２８】しかしながら本実施形態の半導体レーザー
では、前述の通りＬＤが１×３−ＭＭＩ光導波路として
動作するように設計されているので、光導波路幅が従来
の約９倍の１８μｍであっても一方の端部からシングル
モード光が得られ、かつ極めて高い光出力が実現され
る。
では、前述の通りＬＤが１×３−ＭＭＩ光導波路として
動作するように設計されているので、光導波路幅が従来
の約９倍の１８μｍであっても一方の端部からシングル
モード光が得られ、かつ極めて高い光出力が実現され
る。
【００２９】本実施形態のＬＤは１×Ｎ導波路構造が適
用されているため、一方の端部はシングルモード光、他
方の端部はマルチモード光となる。本実施形態のＬＤ
は、一方の端部からシングルモード光を得ることを目的
とするデバイスであるので、他方の端がマルチモード光
であっても何ら差し支えない。例えば、本実施形態では
ＨＲコート端面を３本のシングルモード導波路が集積さ
れたマルチモード光端面、ＡＲコート端面を１本のシン
グルモード導波路からなるシングルモード光端面として
おり、使用されるべき光はＡＲコート端面から得られ、
極めて高い光出力のシングルモード光が得られることに
なる。
用されているため、一方の端部はシングルモード光、他
方の端部はマルチモード光となる。本実施形態のＬＤ
は、一方の端部からシングルモード光を得ることを目的
とするデバイスであるので、他方の端がマルチモード光
であっても何ら差し支えない。例えば、本実施形態では
ＨＲコート端面を３本のシングルモード導波路が集積さ
れたマルチモード光端面、ＡＲコート端面を１本のシン
グルモード導波路からなるシングルモード光端面として
おり、使用されるべき光はＡＲコート端面から得られ、
極めて高い光出力のシングルモード光が得られることに
なる。
【００３０】以上の原理を適用すれば、ＭＭＩ領域は幅
の極めて広いマルチモード光導波路でありながら、一方
の端面においてはシングルモード光のみが伝搬する構造
が実現できるため、極めて高い光出力を提供するＬＤが
実現される。しかも、全ての高次モード光がシングルモ
ード光に変換されるため、高い電気／光変換効率が得ら
れる。
の極めて広いマルチモード光導波路でありながら、一方
の端面においてはシングルモード光のみが伝搬する構造
が実現できるため、極めて高い光出力を提供するＬＤが
実現される。しかも、全ての高次モード光がシングルモ
ード光に変換されるため、高い電気／光変換効率が得ら
れる。
【００３１】また、本実施形態の素子の層構造は通常の
半導体レーザーの層構造と同等であり、通常の半導体レ
ーザーの製造工程と完全に同一工程とすることが出来
る。従ってこの半導体レーザーは、既に確立されている
製造方法のみを駆使して製造することが出来、再現性お
よび歩留まりに優れた比較的容易な製造工程で製造でき
る。またこのように構造が比較的単純であるため、集積
光デバイスにも適した構造である。
半導体レーザーの層構造と同等であり、通常の半導体レ
ーザーの製造工程と完全に同一工程とすることが出来
る。従ってこの半導体レーザーは、既に確立されている
製造方法のみを駆使して製造することが出来、再現性お
よび歩留まりに優れた比較的容易な製造工程で製造でき
る。またこのように構造が比較的単純であるため、集積
光デバイスにも適した構造である。
【００３２】なお、本実施形態においては、１×Ｎ構造
の一例として１×３構造を用いたが、これに限るわけで
はなく、Ｎは正の整数であれば良いので、例えば１×４
や、１×５であっても、本発明は適用可能であることは
言うまでもない。また、本実施形態は単純な埋め込み構
造半導体レーザー構造であるが、本発明はこれに限定さ
れるわけではなく、たとえば電流狭窄に優れたＤＣ−Ｐ
ＢＨ（double channelplanner buried heterostructur
e）構造を採用した半導体レーザーにも、本発明は充分
に適用可能である。また、レーザーの波長を１．５μｍ
帯としたが、もちろんこれに限るわけではなく、可視光
帯域であっても良いし、近赤外光帯てあっても、本発明
は適用可能である。
の一例として１×３構造を用いたが、これに限るわけで
はなく、Ｎは正の整数であれば良いので、例えば１×４
や、１×５であっても、本発明は適用可能であることは
言うまでもない。また、本実施形態は単純な埋め込み構
造半導体レーザー構造であるが、本発明はこれに限定さ
れるわけではなく、たとえば電流狭窄に優れたＤＣ−Ｐ
ＢＨ（double channelplanner buried heterostructur
e）構造を採用した半導体レーザーにも、本発明は充分
に適用可能である。また、レーザーの波長を１．５μｍ
帯としたが、もちろんこれに限るわけではなく、可視光
帯域であっても良いし、近赤外光帯てあっても、本発明
は適用可能である。
【００３３】製造方法として、本実施形態では結晶成長
法にＭＯＶＰＥ法が、メサ形成方法としてＲＩＥ法がそ
れぞれ採用されているが、もちろんこれに限定されるわ
けではなく、結晶成長方法として、例えばＭＢＥ法を用
いることも可能であり、また、メサ形成方法として、ウ
ェットエッチング法を用いても構わない。
法にＭＯＶＰＥ法が、メサ形成方法としてＲＩＥ法がそ
れぞれ採用されているが、もちろんこれに限定されるわ
けではなく、結晶成長方法として、例えばＭＢＥ法を用
いることも可能であり、また、メサ形成方法として、ウ
ェットエッチング法を用いても構わない。
【００３４】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明による半導体
レーザーは、シングルモード出力光が得られ、かつ高光
出力化が達成され、低しきい値電流密度および高い電気
−光変換効率が得られる。また、本発明による半導体レ
ーザーは、構造が比較的単純で、歩留まり良くかつ再現
性良く素子を製造することができる。
レーザーは、シングルモード出力光が得られ、かつ高光
出力化が達成され、低しきい値電流密度および高い電気
−光変換効率が得られる。また、本発明による半導体レ
ーザーは、構造が比較的単純で、歩留まり良くかつ再現
性良く素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である半導体レーザーの概略
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１に示す半導体レーザーの断面図である。
【図３】図１に示す半導体レーザーの第１の製造工程の
説明図である。
説明図である。
【図４】図１に示す半導体レーザーの第２の製造工程の
説明図である。
説明図である。
【図５】図１に示す半導体レーザーの第３の製造工程の
説明図である。
説明図である。
【図６】図１に示す半導体レーザーの第４の製造工程の
説明図である。
説明図である。
【図７】図１に示す半導体レーザーの第５の製造工程の
説明図である。
説明図である。
【図８】１×Ｎ光導波路においてＭＭＩ領域の長さＬを
一定（２８０μｍ）としたときの、正の整数ＮとＭＭＩ
領域の幅Ｗ１との関係図である。
一定（２８０μｍ）としたときの、正の整数ＮとＭＭＩ
領域の幅Ｗ１との関係図である。
１ マルチモード導波路領域 ２ シングルモード導波路領域 ３ シングルモード導波路領域 ２３ ｎ−ＩｎＰ基板 ２４ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ２５ １．５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層 ２６ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ２７ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 ２８ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 ３１ エッチング用マスク ３２ ＳｉＯ2マスク ５１ １×Ｎ構造の１側端面 ５２ １×Ｎ構造のＮ側端面 Ｗ１ マルチモード導波路領域の幅 Ｗ２ シングルモード導波路領域の幅
Claims (3)
- 【請求項１】 シングルモード光を出力する半導体レー
ザーであって、１×Ｎ（Ｎは２以上の整数）マルチモー
ド干渉型光導波路であるマルチモード導波路領域を含む
光導波路構造を有する半導体レーザー。 - 【請求項２】 前記光導波路構造が、前記マルチモード
導波路領域と、該マルチモード導波路領域の少なくとも
一方の端部に接続されているシングルモード導波路領域
とからなる請求項１に記載の半導体レーザー。 - 【請求項３】 前記マルチモード導波路領域が、前記シ
ングルモード導波路領域よりも導波路幅が広い請求項２
に記載の半導体レーザー。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22142497A JP3244116B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 半導体レーザー |
| EP98402071A EP0898346B1 (en) | 1997-08-18 | 1998-08-17 | Single-transverse-mode 1 x n multi-mode interferometer type semiconductor laser device |
| US09/135,054 US6205163B1 (en) | 1997-08-18 | 1998-08-18 | Single-transverse-mode 1×N multi-mode interferometer type semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22142497A JP3244116B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 半導体レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168242A true JPH1168242A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3244116B2 JP3244116B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=16766535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22142497A Expired - Fee Related JP3244116B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 半導体レーザー |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6205163B1 (ja) |
| EP (1) | EP0898346B1 (ja) |
| JP (1) | JP3244116B2 (ja) |
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| JP2003273462A (ja) * | 2002-03-14 | 2003-09-26 | Nec Corp | 半導体レーザーモジュール、ファイバー型光増幅器、光中継器、および光伝送システム |
| US6768758B1 (en) * | 1999-05-13 | 2004-07-27 | Nec Corporation | Semiconductor laser, semiconductor optical amplifier, and production method thereof |
| US6842472B1 (en) | 1999-09-28 | 2005-01-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser element and electronic device using the same |
| JP2005191364A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Nec Corp | 半導体レーザー |
| JP2005345702A (ja) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Hitachi Chem Co Ltd | 光分岐光導波路 |
| WO2006016453A1 (ja) * | 2004-08-13 | 2006-02-16 | Nec Corporation | 半導体レーザ、半導体光アンプ、及び光通信装置 |
| JPWO2005022223A1 (ja) * | 2003-08-28 | 2007-11-01 | 日本電気株式会社 | 導波路型光デバイスおよびその製造方法 |
| JP2009054699A (ja) * | 2007-08-24 | 2009-03-12 | Kyushu Univ | 半導体レーザー及び半導体レーザー装置 |
| JP2010256707A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-11-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光素子とその製造方法 |
| WO2012124741A1 (ja) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | 国立大学法人九州大学 | 半導体レーザー |
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| DE60215965T2 (de) * | 2001-09-13 | 2007-03-01 | Japan Science And Technology Agency, Kawaguchi | FLIP-FLOP in vollständig optischer Bauweise |
| US20030075671A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-04-24 | Yet-Zen Liu | Method and apparatus for reducing power saturation in photodetectors |
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| WO2007125452A2 (en) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Intracavity upconversion laser |
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| JPH0268975A (ja) | 1988-09-02 | 1990-03-08 | Seiko Epson Corp | 半導体レーザ |
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| JPH04370343A (ja) | 1991-06-19 | 1992-12-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | ２サイクルエンジンのアイドル回転数制御装置 |
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1997
- 1997-08-18 JP JP22142497A patent/JP3244116B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-17 EP EP98402071A patent/EP0898346B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-18 US US09/135,054 patent/US6205163B1/en not_active Expired - Lifetime
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